Science 中文摘要 | 05 August 2016
VOL 353, ISSUE 6299
审校 赵维杰 魏若妍 邓卓
生命科学
C2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector
C2c2是一种单组分可编程的RNA引导的RNA靶向CRISPR效应蛋白
翻译 王相丽
Omar O. Abudayyeh,Ekaterina Semenova, Leonid Minakhin, Konstantin Severinov, Aviv Regev, Eric S.Lander, Eugene V. Koonin, Feng Zhang
http://science.sciencemag.org/content/353/6299/aaf5573
CRISPR-Cas获得性免疫系统通过DNA或RNA-DNA干扰帮助微生物抵御外来基因侵染。我们鉴定出第VI类2型CRISPR-Cas效应蛋白C2c2并揭示了其针对RNA的核糖核酸酶功能。来自细菌 Leptotrichia shahii 的C2c2可以对抗RNA噬菌体的感染。体外生化分析显示C2c2可被一段CRISPR RNA引导进而可编程性地切割与gRNA互补的单链RNA靶标。在细菌中，C2c2可被编程敲除特定mRNAs。该切割活性由两个保守的高等真核生物和原核生物核酸结合（HigherEukaryotes and Prokaryotes Nucleotide-binding, HEPN）结构域的催化氨基酸残基介导，这些催化氨基酸位点的突变会导致RNA结合蛋白酶活的丧失。这些实验结果加深了我们对CRISPR-Cas系统的认识，暗示C2c2可以用来发展新型的靶向RNA的编辑工具。
Circadian regulation of sunflower heliotropism, floral orientation, and pollinator visits
向日葵向日性、花朵朝向和传粉者访花的昼夜节律调节
翻译 李昕骥
Hagop S. Atamian, Nicky M. Creux, EvanA. Brown, Austin G. Garner, Benjamin K. Blackman, Stacey L. Harmer
生长期的向日葵植株白天由东向西跟踪太阳，然后在夜间重新朝向东方等待拂晓的来临。而成熟植株的花盘则停止运动，始终面向东方。我们证明，定向生长通路的昼夜节律调控导致了以上现象，并提高了营养生长、促进了传粉者访花。茎的东西两侧伸长的反相式样驱动了向日运动。控制向光性生长的相关基因，但非时钟基因，在向日茎的两侧差异表达。因此，环境响应通路和内部昼夜振荡之间的相互作用，共同调节产生了变化的生长和繁殖环境下的可预见的生理过程。
Macromolecular recognition directs calciumions to coccolith mineralization sites
大分子识别将钙离子引导至颗石矿化位点
翻译 雷文茜
Assaf Gal, Richard Wirth, Joachim Kopka,Peter Fratzl, Damien Faivre, André Scheffel
许多生命体都可以形成由高度有序排列的矿物晶体和有机大分子组成的精细矿化结构。这些精密结构内晶体的排布可能是由矿物相与成核大分子的互相作用所决定的。我们发现，在成核前，可溶性有机分子和一种有机骨架结构间的特异性相互作用可以引导矿物成分到达特定位点。这个机制是颗石（coccoliths）形成的基础，颗石是由一种海洋微型藻类产生的高度有序排列的方解石晶体。在体外，我们将不可溶的有机颗石骨架与可溶的颗石相关分子相结合，发现在体内形成晶体的位置上有大量的钙离子堆积。这个体外过程与体内颗石生物合成的初级阶段有极大的相似性。
Spatial organization of chromatin domains and compartments in singlechromosomes
染色体中染色质结构域和分区的空间组织
翻译 赵维杰
Siyuan Wang, Jun-Han Su, Brian J. Beliveau, Bogdan Bintu, Jeffrey R.Moffitt, Chao-ting Wu, Xiaowei Zhuang
染色质的空间组织对基因组的功能有着严格的影响。最近的研究中，染色体构象捕捉结果显示，拓扑相关结构域（topologicallyassociating domain，TAD）在染色质组织方式中保守存在，然而TAD在各条染色体中的空间组织形式还没有得到研究。本研究中，我们发展了一种可以追踪一条染色体上多个基因区域空间位置的成像技术，使用这一技术，我们对处于分裂间期的人类细胞常染色体和X染色体中的TAD空间位置进行了追踪。我们观察到，染色体的折叠在大长度尺度上与传统的分形-球状模型（fractal-globulemodel）产生了明显的偏差，而各条染色体上的TAD多数集中在极性分布的两个空间区域中。有活性和去活性化的X染色体在折叠和分区上都不相同。这些结果显示，染色质结构域的空间组织可以根据调控信号产生相应的改变。
代谢工程
Metabolic engineering of microbialcompetitive advantage for industrial fermentation processes
提高微生物在工业发酵过程中竞争优势的代谢工程手段
http://www.hl99cn.com/uploadimg/201074104155490.jpg
翻译 雷文茜
A. Joe Shaw, Felix H. Lam, W. GregLaTouf1, Colin R. South, Hans van Dijken, Gregory Stephanopoulos
微生物污染是利用微生物工程大量制备先进生物燃料和化学制品的障碍之一。目前在实际生产中的灭菌方法和抗生素的大量使用耗费了大量资金并且促进了微生物的耐药性。我们设计了一种可以吸收生物异源复合物三聚氰胺的大肠杆菌（Escherichia coli）。通过实验室中的适应性进化提高通路效率之后，以三聚氰胺作为氮源，工程菌株迅速通过竞争战胜其他菌株。此外，我们又设计了Saccharomycescerevisiae和Yarrowia lipolytica两种可以从亚磷酸钾中吸收氨腈和磷的两种酵母菌，它们可以在低成本给料的几种情况下通过竞争战胜污染菌株。考虑到工程催化剂只能在定制的发酵环境中获得更好的适应性，这种通过利用异生物质或者自然生态中少有的化学物质来为微生物供给生长营养物质的方法可以在引发最低外部风险的前提下为微生物提供竞争优势。
生物医学
The inhibition mechanism of human 20S proteasomes enables next-generation inhibitor design
人类的20S蛋白酶体的抑制机制使下一代抑制剂的设计成为可能
翻译 谭坤
Jil Schrader, FabianHenneberg, Ricardo A. Mata, Kai Tittmann, Thomas R. Schneider, Holger Stark,Gleb Bourenkov, Ashwin Chari
蛋白酶体是抗癌治疗的有效靶点，蛋白酶体抑制在临床中被用于治疗肿瘤和恶性血液肿瘤。我们描述了人体天然20S蛋白酶体以及它与抑制剂的复合体的结构。我们选取的抑制剂要么已被证明可有效治疗癌症，或者在进行临床试验中。我们以前所未有的、1.8埃的分辨率解析了天然人体蛋白酶体20S 的结构。另外，6种抑制剂-蛋白酶体复合物的分辨率则在1.9到2.1埃之间。总而言之，高解析度的结构为抑制剂的催化机制提供了新的见解，并让修订蛋白酶体活性位点成为必须。关于抑制机理的知识给肽的水解过程提供了新的见解，为下一代基于蛋白酶体的癌症疗法的发展指引了策略方向。
RIPK1 mediatesaxonal degeneration by promoting inflammation and necroptosis in ALS
RIPK1通过在ALS中促发炎症和细胞凋亡介导轴突变性
翻译 王相丽
Yasushi Ito,Dimitry Ofengeim, Ayaz Najafov, Sudeshna Das, Shahram Saberi, Ying Li, ManolisPasparakis, Michelle A. Kelliher, John Ravits, Junying Yuan
http://science.sciencemag.org/content/353/6299/603
视神经蛋白（OPTN）基因的突变已表明在家族性和散发性肌萎缩侧索硬化症（ALS）中存在。然而，该蛋白在中枢神经系统（CNS）中的功能及其如何促进ALS病状尚不清楚。在这里，我们发现视神经蛋白通过调节信号回转有效地抑制受体相互作用蛋白激酶1（RIPK1）依赖的信号传导。OPTN的缺失会调动包括RIPK1、RIPK3和混合来源类蛋白激酶结构域蛋白（MLKL）的CNS神经细胞凋亡机制进而导致渐进性脱髓鞘和轴突变性。此外，RIPK1和RIPK3介导的轴突变性可以在SOD1G93A转基因小鼠和人类ALS患者的病理样品中普遍观察到。因此，RIPK1和RIPK3在介导渐进性轴突退化中至关重要。而且，抑制RIPK1蛋白激酶活性可能会为ALS及其它以轴突变性为特点的人类退化性疾病的治疗提供轴突保护策略。
物理·材料
BeyondDirac and Weyl fermions: Unconventional quasiparticles in conventional crystals
狄拉克与外尔费米子之外：常规晶体中的非常规准粒子
（图片来源：）
翻译：刘小鸥
BarryBradlyn, Jennifer Cano, Zhijun Wang, M. G. Vergniory, C. Felser, R. J. Cava, B.Andrei Bernevig
我们知道，在量子场理论中费米子有三种：马约拉纳费米子、外尔费米子与狄拉克费米子。在本研究中，我们通过分析表明了这种分类在固态系统中是不完全的，并且发现了若干种额外的受晶体对称性保护的自由费米子激发。在具有自旋轨道耦合与时间反演对称性的固态系统中，我们把由空间群对称性所稳定的线性和二次的三条、六条及八条能带交叉进行了全面的分类。一些不同类型的费米子由此而产生，它们区别于高度对称的点、线与面上的简并度。这些费米子存在的显著物理意义在于出现在非外尔系统中的费米弧以及狄拉克线。通过第一性原理计算我们确认了若干能够实现这些接近费米能级的特殊费米子的材料。
Grain-resolvedanalysis of localized deformation in nickel-titanium wire under tensile load
镍钛金属线在拉伸负载下局部形变的晶粒尺度分析
翻译：邓卓
P.Sedmák, J. Pilch, L. Heller1, J. Kopeček, J.Wright, P. Sedlák, M. Frost, P. Šittner
在张力作用下的镍-钛形状记忆合金的应力诱导马氏体转变过程是在局部形变的宏观波阵面传播的驱动下发生的。我们利用具有微米尺度分辨率的三维同步X射线衍射对一个预应变的镍-钛金属线中的一个波阵面附近的奥氏体进行了晶粒尺度下的弹性应变和应力成像分析。我们发现在奥氏体晶粒中的局部应力变化是发生在马氏体转变开始的鼻锥状埋接界面之前的。在鼻锥状界面处增加的剪切应力解释了马氏体转变过程以局域化形式进行的原因。通过本研究我们建立起了单个晶粒中的应力与金属线内部连续宏观的应力场之间的联系。同时，通过对局部形变进行有限元模拟分析，我们把实验观测到的内部应力场和宏观波阵面的拓扑形貌进行了合理化的解释。
Origin and hysteresisof lithium compositional spatio dynamics within battery primary particles
电池主要粒子中锂成分空间动力学的来源和滞后性质
翻译 卓思琪
Jongwoo Lim, YiyangLi, Daan Hein Alsem, Hongyun So, Sang Chul Lee, Peng Bai, Daniel A. Cogswell,Xuzhao Liu, Norman Jin, Young-sang Yu, Norman J. Salmon, David A. Shapiro, MartinZ. Bazant, Tolek Tyliszczak, William C. Chueh
http://science.sciencemag.org/content/353/6299/566
对于电化学装置—例如锂离子电池—固-液界面处的动力学和离子嵌入反应的均匀性分别支配着放电能力和电池寿命。通过现场原位X-射线平台对锂离子成分动力学和LixFePO4中的嵌入速率进行测量，我们发现嵌入速率和锂离子成分中的纳米尺度空间变化把锂化途径控制在亚粒子的长度范围内。具体地说，嵌入速率常数的空间变化导致了不均匀区域的形成，而速率常数对成分的依赖性在去锂化的过程中扩大了这种不均匀性；但却在锂化过程中抑制了这种不均匀性，同时还稳定了固体溶液。锂成分和表面反应速率之间的耦合控制了电化学离子嵌入过程中的动力学和均匀性。
Tuning the valley and chiral quantum state of Dirac electrons in van der Waalshetero structures
范德瓦尔斯异质结构中狄拉克电子的能谷和手征性量子态调节
翻译 邓卓
J.R. Wallbank, D. Ghazaryan, A. Misra, Y. Cao, J. S. Tu, B. A. Piot, M. Potemski,A. K. Geim, V. I. Fal'ko, K. S. Novoselov, A. Mishchenko
手征性是在石墨烯和拓扑绝缘体中具有相对论能谱的电子的一种基本性质。尽管它在许多相对论相关现象(例如：Klein 隧穿)中都非常重要，然而对这一性质的直接观测却比较困难。在本文中我们报导了在两个几乎对齐的石墨烯晶体之间对隧穿电子的手征性和赝自旋进行直接观测和操纵。我们利用一个很强的平面内磁场去分辨出具有不同矢量波函数中两个分量之间的相位差的手征性电子态的贡献。我们的实验结果不仅进一步阐明了手征性的本质，而且还展示了一种在石墨烯中制备一个处在能谷中的特定量子手征态的狄拉克电子的实验手段。
化学
Direct conversion of methane to aromatics in a catalytic co-ionic membrane reactor
甲烷在催化式共离子膜反应器中的直接脱氢芳构化
S. H. Morejudo, R.Zanón, S. Escolástico, I. Yuste-Tirados, H. Malerød-Fjeld, P. K. Vestre, W. G.Coors, A. Martínez, T. Norby, J. M. Serra, C. Kjølseth
翻译：朱思洁
http://science.sciencemag.org/content/353/6299/563
利用形状选择性的Mo /分子筛催化剂进行非氧化甲烷脱氢芳构化（MDA：6CH4↔C6H6+9H2）是把天然气储备直接转化成液体运输的一项关键技术。然而，该反应面临两个主要问题：一步转换受限于热力学原理，并且从动力学上来看，催化剂很容易被焦化而失活。我们展示了一种基于BaZrO3的电化学膜能将质子和氧化物离子传导到MDA的反应器，集成后可以大大提高芳烃产率，增加催化剂稳定性。这些效果是通过氢的同时提取和氧化物离子沿着反应器长度方向的分布式注射达到的。此外，我们的实验证明了电化学共离子膜反应器可实现高碳效率（高达80%），从而提高了工艺在技术上和经济上的可行性。
Permanentexcimer super structures by supramolecular networking of metal quantum clusters
利用金属量子团簇的超分子网络制造的永久性准分子超结构
（图片来源：）
翻译 刘小鸥
BeatrizSantiago-Gonzalez, Angelo Monguzzi, Jon Mikel Azpiroz, Mirko Prato, Filippo DeAngelis, Francesco Meinardi, Sergio Brovelli
准分子是一种通常在分子间相互碰撞作用中形成并仅存在激发态寿命的逐渐消失的准粒子。我们利用金属量子簇的特殊结构，制造了由不发生相互作用的基态金核构成的永久性类准分子的胶体超结构，并通过其加帽配体间的氢键网络合成一体。我们通过光谱实验与第一性原理计算研究了这种前所未知的物质聚集态。它将准分子的光物理转化为稳定的纳米粒子，这克服了准分子在单粒子应用中的内在局限（即它们在极稀释溶液中几乎为零的形成概率）。离体实验证明超结构作为细胞内非共振探测的适用性，并进一步表明它们清除活性氧化物的能力。这些特性增加了它们在生物医学应用中作为抗细胞毒性药物的可能。
地质考古
Outburst flood at 1920 BCE supports historicity of China’s Great Flood and the Xia dynasty
公元前1920年的洪水爆发为中国传说中的大洪水和夏朝的存在提供证据
翻译 赵维娜
Qinglong Wu, Zhijun Zhao, LiLiu, Darryl E. Granger, Hui Wang, David J. Cohen, Daoyang Yuan, Wuyun Qi,Linhai Cai, Shibiao Bai
中国史学记载中，大禹治水建立了夏王朝，从而开始人类文明。然而洪水和夏王朝存在的真实性是具有争议的。在本文中，我们重建了公元前1920年左右在黄河流域由地震诱发滑坡坝继而爆发的洪水。它被认为是全新世中其中一次最大的淡水洪水，并有可能直接导致了中国古代文献记录的大禹治水中的大洪水爆发。根据这一研究我们推测夏王朝始于公元前1900年左右，这比传统认识晚了几个世纪。这一时间与考古学记录中黄河流域新石器时代到青铜器时代重大过渡时间吻合，并支持“二里头文化”（Erlitou culture）是夏王朝考古遗迹的假说。
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