Science 中文摘要 | 29 July 2016
VOL 353, ISSUE 6298
审校 赵维杰 史静雯 邓卓 谭坤
微生物
Basidiomycete yeasts in the cortex of ascomycete macrolichens
在子囊菌大型地衣的皮质里发现单细胞担子菌
Toby Spribille1,, Veera Tuovinen,Philipp Resl, Dan Vanderpool, Heimo Wolinski, Helmut Mayrhofer, HannaJohannesson, John P. McCutcheon
在过去的140年，地衣被认为是单菌种（通常是一种子囊菌< ascomycete >）和光合植物的一种共生联合体。其他真菌偶尔会作为寄生物存在，但是地衣的单菌种模式很少受到怀疑。本研究中我们却发现，许多常见的地衣是由子囊菌、光合植物，以及意料之外的单细胞担子菌(basidiomycete)三者共同构成的。这些担子菌包埋于地衣的皮层，而在以前难以解释的地衣间的表型差异与地衣中担子菌丰度的差异相关。无论地域分布的距离差异有多大，地衣中担子菌的类别都和地衣的类别密切相关，而在六个大洲上均有含单细胞担子菌的地衣被发现。皮质在地衣的结构上非常重要，它之前被认为是由子囊菌分化中的菌丝构成的，而如今却被确认为两种不相干的真菌的组合。
Increased plasmid copy number is essential for Yersinia T3SS function and virulence
质粒拷贝数量的增加是影响耶尔森氏鼠疫杆菌T3SS功能和毒性的必要因素
翻译 闫海洋
He Wang, KemalAvican, Anna Fahlgren, Tomas Edgren, Hans Wolf-Watz
致病菌已经进化出了许多能造成传染病的毒性机制。肠杆菌耶尔森氏鼠疫杆菌利用的是Ⅲ型分泌系统（T3SS），由一种7万碱基、低拷贝、IncFII型的毒性质粒编码。我们报道一种Y.假结核病中新型的毒性策略，这种病原体在感染期间会上调质粒拷贝数量。我们发现质粒编码基因的量增加是T3SS的毒性和大量提升其表达量和功能必不可少的。引人注目的是，我们观察到质粒复制和T3SS功能之间直接紧密的偶联关系。这种调控通路为进一步探究致病菌的环境敏感机制提供了框架。
Crystalstructure of Zika virus NS2B-NS3 protease in complex with a boronate inhibitor
寨卡病毒NS2B-NS3蛋白酶同硼酸盐抑制剂的复合物晶体结构
JianLei, Guido Hansen, Christoph Nitsche, Christian D. Klein, Linlin Zhang, RolfHilgenfeld
http://science.sciencemag.org/content/353/6298/503
正在持续的寨卡病毒（Zika virus,ZIKV）爆发可引起严重的神经错乱。ZIKV依赖NS2B/NS3蛋白酶进行多聚蛋白处理。因此，该蛋白酶是一个极具吸引力的药物靶标。分辨率为2.7埃的ZIKV蛋白酶同拟肽类硼酸盐抑制剂的复合物晶体结构显示在硼酸与甘油间形成一个环二酯键。该抑制剂的P2 4-氨基甲基苯丙氨酸部分与NS2B的非保守Asp83形成盐桥，Asp83与底物P2残基间的离子对可能可以解释该酶的高催化效率。晶体结构中看到的ZIKV蛋白酶同抑制剂复合物形成的非寻常二聚体为在多聚蛋白处理位点内质网膜发生的由高浓度蛋白酶形成的组装提供了一个模型。
An atomic model of HIV-1capsid-SP1 reveals structures regulating assembly and maturation
HIV-1衣壳-SP1 的原子模型揭示了调控组装和成熟的结构
翻译 赵红蕾
Florian K. M. Schur, Martin Obr,Wim J. H. Hagen, William Wan, Arjen J. Jakobi, Joanna M. Kirkpatrick, CarstenSachse, Hans-Georg Kräusslich, John A. G. Briggs
在蛋白水解切割病毒Gag多聚蛋白诱导结构成熟之前，未成熟的HIV-1在质膜上完成组装并出芽。成熟能被成熟抑制剂（MIs）抑制，从而失去侵染性。Gag的CA（衣壳）和SP1（间隔肽1）区域是组装和成熟的主要调节者，是MIs的靶标。我们应用优化的冷冻电子断层成像和局部断层平均计算，在3.9埃的分辨率下解析了组装未成熟的HIV-1微粒该区域的结构，建立起了一个原子模型。结构揭示了由介导未成熟HIV-1组装的分子内和分子间的相互作用网络。CA和SP1之间的蛋白水解切割位点是蛋白酶无法达到的。我们提出，MIs通过稳定它的结构阻止CA-SP1的切割，破坏CA-SP1的稳定发展了MI的抵抗力。
分子生物学
Molecular recordings by directed CRISPR spaceracquisition
定向CRISPR间隔序列生成技术可用于分子记录
翻译 赵维杰
Seth L. Shipman, Jeff Nivala, Jeffrey D. Macklis, GeorgeM. Church
将特定的分子事件稳定记录在特异性基因组位点中的技术，可以用于细胞长时程的检测并在多个领域（比如发育生物学和合成生物学领域）具有应用前景。在这里我们展示，大肠杆菌中的I-E型CRISPR-Cas系统可以向基因组中引入特定的合成DNA序列。利用这一技术，我们在细菌群体基因组中引入了特异性DNA序列作为标记或记录。接下来，我们使用定向突变技术来改变Cas1-Cas2复合物对原型间隔序列邻近基序（PAM，protospacer adjacent motif ）的识别过程，使得上述记录过程可以通过两种模式同时进行。使用这一系统，我们揭示了间隔序列生成的方式，而这是CRISPR-Cas适应过程的基础。上述结果为细胞内多模式记录方式的设计提供了基础。
Whole-organism lineage tracing by combinatorial andcumulative genome editing
通过组合和累积基因组编辑对全生物体细胞谱系的追踪
翻译 雷文茜
Aaron McKenna, Gregory M. Findlay, James A. Gagnon,Marshall S. Horwitz, Alexander F. Schier, Jay Shendure
多细胞系统是由单细胞通过不同谱系发展而来。然而目前对完整复杂有机体的谱系追踪方法仍然有待改善。我们运用基因组编辑的方法，经过多次细胞分裂在DNA条形码中逐渐引进和积累多种突变。这个条码是CRISPR/Cas9的靶点序列，可以标记细胞并且能够通过细胞间分享的突变体模式说明细胞谱系关系。在细胞培养体系和斑马鱼中，我们发现编辑的速率和模式是可调节的，并且上千个包含谱系信息的条形码等位基因可以被生成。通过从不同斑马鱼个体中提取的成千上万的细胞样本，我们发现大多数成体鱼中的细胞都源于相对少量的一些胚胎祖细胞。在未来的研究分析中，合成靶标阵列基因组编辑用于谱系追踪的方法(GESTALT) 可被用于对多细胞生物体正常发育和疾病发生过程中细胞谱系的大范围测绘。
Early-life nutrition modulatesthe epigenetic state of specific rDNA genetic variants in mice
早期营养调节小鼠体内特定rDNA基因变异体的表观遗传状态
翻译 赵红蕾
Michelle L. Holland, Robert Lowe,Paul W. Caton, Carolina Gemma, Guillermo Carbajosa, Vardhman K. Rakyan
怀孕期间较低的营养水平或压力导致的未达最佳状态的早期生活环境，会影响后代终生的表现性。表观遗传因素被认为是这些影响的主要介导者。我们展示了从怀孕到断奶期间对小鼠的蛋白质限制，会诱导在生长限制和核糖体DNA（rDNA）甲基化之间的线性关系。这些表观遗传反应一直保持到成年期，受到启动子内特定遗传变异体相关的rDNA拷贝的限制。相关的影响在母体高脂肪和肥胖饮食的模型中也被发现。我们的工作鉴定了环境因素诱导的依赖于潜在遗传变异得表观遗传动态变化，确立了rDNA作为营养缺陷的基因靶标。
Arabidopsistranscriptional repressor VAL1 triggers Polycomb silencing at FLC duringvernalization
拟南芥转录抑制子VAL1在春化过程中触发FLC的多梳沉默
翻译 闫海洋
Julia I.Qüesta, Jie Song, Nuno Geraldo, Hailong An, Caroline Dean
对于哪些因素决定了多梳沉默复合物（多梳沉默：由多梳蛋白Polycomb介导的的基因沉默）的基因组作用位点，目前还不清楚。拟南芥开花基因C（Arabidopsis FLOWERING LOCUS C ，FLC）的多梳沉默会加速开花，此过程涉及一个低温依赖性的表观遗传转态转换。我们发现，FLC中一个基因内成核位点上的单点突变能够阻止这个表观遗传状态转换的发生。这个突变可以阻断植物同源异形结构域（plant homeodomain, PHD）与多梳蛋白抑制复合物2（Polycomb repressive complex 2, PHD-PRC2）之间的成核过程，转录抑制因子VAL1在这种沉默机制中发挥作用。在体内，VAL1定位到这个成核区域，促进组蛋白去乙酰化和FLC转录沉默，并与保守的凋亡-剪接相关蛋白（apoptosis- and splicing-associated protein, ASAP）复合物的组分相互作用。转录抑制因子的序列特异性结合由此招募PHD-PRC2成核和表观遗传沉默所需的分子机器。
Detectionof the plant parasite Cuscuta reflexa by a tomato cell surface receptor
西红柿细胞表面受体识别植物寄生物反折菟丝子
翻译 王相丽
VolkerHegenauer, Ursula Fürst, Bettina Kaiser, Matthew Smoker, Cyril Zipfel, GeorgFelix, Mark Stahl, Markus Albert
http://science.sciencemag.org/content/353/6298/478
寄生性植物是全球农业发展的限制因素。反折菟丝子（Cuscuta reflexa，C. reflexa）是茎类全寄生物，可以感染大部分双子叶植物。番茄是个例外，它可以抗C. reflexa。我们发现，番茄可以对伴随反折菟丝子虫害发生的由微生物相关分子模式激活的免疫反应产生的一个小肽因子做出反应。我们确认细胞表面类受体蛋白CUSCUTA RECEPTOR 1 (CuRe1)对于识别该寄生虫相关的分子模式是必要的。在易感植物中异源表达时，CuRe1足以对抗菟丝子感染因子并提高对寄生物C. reflexa的抗性。我们的研究揭示，植物可以以一种类似于感知微生物病原体的方式识别寄生性植物。
进化·生态
Early Neolithic genomes from the eastern Fertile Crescent
来自新月沃地东部的新石器时代早期基因组
翻译 李昕骥
Farnaz Broushaki, Mark G. Thomas, Vivian Link,Saioa López, Lucy van Dorp, Karola Kirsanow, Daniel Wegmann, GarrettHellenthal, Joachim Burger
我们测序了来自伊朗扎格罗斯地区（新月沃地东部）的新石器时代早期基因组，找到了该地区一些农耕的最早期证据。我们鉴别出一个先前未知的群体，他们既不是早期欧洲农民的祖先、也并未对现代欧洲人有显著的遗传贡献。这些人类估计在46,000到77,000年前从安纳托利亚的新石器时代早期农民中分离出来，并与现代的巴基斯坦和阿富汗人群具有亲缘关系，尤其是伊朗的拜火教徒。我们推断，多个具有遗传分化的狩猎-采集群体在亚洲西南部开始了耕作；随着农耕扩散到邻近地区，前新石器时期群体结构的组成被保留下来；而扎格罗斯地区是东扩的起点。
Rapid evolution accelerates plantpopulation spread in fragmented experimental landscapes
快速进化加速了在碎片化实验景观中植物种群的传播
翻译 卓思琪
Jennifer L. Williams, Bruce E.Kendall, Jonathan M. Levine
材料·技术
Orbitalangular momentum microlaser
基于轨道角动量的微型激光器
翻译 邓卓
PeiMiao, Zhifeng Zhang, Jingbo Sun, Wiktor Walasik, Stefano Longhi, Natalia M.Litchinitser, Liang Feng
结构化的发光过程为现代光学的发展和应用提供了一个额外的自由度。利用轨道角动量（OAM）产生激光辐射，特别是在微米和纳米尺度级别下，能够有效地满足对信息储量日益增长的需求。在本文中我们通过在一个异常点的非厄密光电子设计展示了一个微米级的环状谐振腔激光器。这个激光器可以产生单模OAM漩涡状激光并且能够精确地定义OAM模式的拓扑电荷。此外，与OAM激光辐射相关联的偏振还可以根据需求被加以调制，产生径向偏振的漩涡状光辐射。我们研制的OAM微型激光器可用于同时在量子和经典机制下进行光通讯的下一代集成式光电子器件。
Nanostructured transition metal dichalcogenideelectrocatalysts for CO2 reduction in ionic liquid
利用纳米结构过渡金属硫族化物做电催化剂还原离子液体中的CO2
翻译 雷文茜
Mohammad Asadi, Kibum Kim, Cong Liu, Aditya VenkataAddepalli, Pedram Abbasi, Poya Yasaei, Patrick Phillips, AmirhosseinBehranginia, José M. Cerrato, Richard Haasch6, Peter Zapol, Bijandra Kumar,Robert F. Klie, Jeremiah Abiade, Larry A. Curtiss, Amin Salehi-Khojin
将二氧化碳(CO2)转化为燃料对于很多能源和环境问题都是一个极具有吸引力的解决方案。然而CO2的化学惰性使得许多电化学和光化学转换过程的效率很低。我们报导了一种可以在离子液体中通过电化学过程把CO2转换成一氧化碳(CO)的过渡金属硫化物纳米催化结构。我们发现二硒化钨纳米薄片展示出18.95毫安每平方厘米的电流密度，24%的CO法拉第电流效率以及在54毫伏的低过电压下达到0.28每秒的一氧化碳形成转化频率。同时，我们还把这种催化结构应用到一个可以在缺乏外加电势情况下进行水氧化的集光人造树叶平台。
地球科学
North Atlantic ocean circulation andabrupt climate change during the last glaciation
末次冰期中北大西洋环流与气候突变
（图片来源：http://phys.org/news/2016-06-ocean-circulation-implicated-abrupt-climate.html）
翻译：刘小鸥
L. G. Henry, J. F. McManus, W. B.Curry, N. L. Roberts, A. M. Piotrowski, L. D. Keigwin
最近一次冰期的特点是迅速及半球不同步的气候振荡，但这种振荡的来源仍然未知。海洋经向热传输的差异可能导致在海洋氧同位素3阶段（MIS 3，即2万5千年至6万年前冰期）最显著的反复气候变化。我们检验了该时间区间内，北大西洋深部沉积物岩芯中高分辨率的气候与海洋环流替代指标，并结合动态示踪指标镤/钍（Pa/Th）与深水团示踪指标浅海δ13C。这些指标暗示，在每个寒冷的北半球亚冰期中大西洋翻转环流减少，并在间歇性的哈德逊海峡冰山排水时减少最多，而北半球骤然变暖紧接着翻转的再次活跃。研究结果为海洋在冰期气候突变中的持续而关键的作用提供了直接证据。
社会
Teaching accreditation exams revealgrading biases favor women in male-dominated disciplines in France
法国教育资格认证考试反映男性主导科目中偏向女性的评分偏差
（图片来源：http://www.independent.co.uk/news/education/education-news/delays-to-gcse-a-level-exams-accreditation-spell-disaster-sats-warning-a7033826.html）
翻译 刘小鸥
Thomas Breda & Mélina Hillion
对女性的歧视被认为是女性人数在某些STEM（即科学、科技、工程与数学类）学科中较少的原因。我们发现，对招聘法国几乎所有的中学及高等教育教师教授的竞争考试而言，情况并非如此。比较2006-2013年间约100,000名考生在11门学科中的非性别盲口试与性别盲笔试的结果发现，有利于女性的偏向性随着学科中男性主导的程度的提高而明显升高。这种偏向性从男性在文学及外语学科中所占的3至5百分点的优势，转变至女性在数学、物理或哲学中所占的约10百分点的优势。这些发现对如何适当干预以提高目前女性人数不足的领域中的女性数量的争论具有重要意义。
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