Science 中文摘要 | 19 AUG 2016

VOL 353, ISSUE 6301

审校 邓卓 史静雯 魏若妍 赵维杰

神经生物学

Microglia development follows a stepwise program toregulate brain homeostasis

小胶质细胞的发育遵循一个循序渐进的程序来调节大脑内稳态

翻译 雷文茜

OritMatcovitch-Natan, Deborah R. Winter,Erika Lorenzo-Vivas, Shalev Itzkovitz, EranElinav, Michael H. Sieweke, Michal Schwartz, Ido Amit

http://science.sciencemag.org/content/353/6301/aad8670

小胶质细胞是中枢神经系统的守卫者。然而，由于小神经胶质细胞是在发育期间迁移进入大脑，所以它们所经历的包括那些可以影响基因表达的各种变化很难记录。Matcovitch-Natan 等人对产后初期小鼠的基因表达进行了转录测绘，并且在单细胞水平上分析了小胶质细胞的表观遗传标记。他们确定了小胶质细胞发育的三个阶段，不同阶段以基因表达为特征，与染色质变化相关，这个过程是和大脑发育同步进行的。进一步得他们说明了小胶质细胞的正常发育会受到微生物组的影响。

小胶质细胞是中枢神经系统组织固有的髓系细胞，在整个生命过程中大脑的维持和病理过程中具有重要功能。尽管它们非常重要，但是它们在大脑发育过程的调控动态过程还没有被完全阐述清晰。通过使用全基因组范围内染色质和基因表达图谱，结合发育中单细胞转录组分析的方法，我们发现小胶质细胞经历了与大脑同步的三个发育阶段，即早期，成熟前和成熟的小胶质细胞，这三者具有不同的调控回路。敲除编码成熟小胶质细胞转录因子MAFB的基因，或对诸如影响微生物组或胎儿期免疫激活的环境因素进行干扰，均会导致发育基因和免疫应答通路的破坏。综上，我们的工作鉴定了一套小胶质细胞循序渐进的发育程序，其中整合了可能与某些神经发育失调疾病相关的免疫应答通路。

社会科学

Combining satellite imagery and machine learning to predict poverty

结合卫星图像和机器学习来预测贫穷问题

翻译 邓卓

Neal Jean,Marshall Burke, Michael Xie, W. Matthew Davis, David B. Lobell, Stefano Ermon

http://science.sciencemag.org/content/353/6301/790

有关发展中国家经济和民生状况的数据目前来说还是比较缺乏的，这对数据研究以及为改善问题而进行政策制定带来了很大的阻碍。在本文中我们展示了一种通过高分辨率卫星图像来估算国家消费支出和资产财富的方法，这种方法具有准确、低成本和可量化的特点。通过从五个非洲国家 – 尼日利亚，坦桑尼亚，乌干达，马拉维和卢旺达采集到的调查和卫星数据，我们展示了一个卷积神经网络（convolutionalneural network）可以通过训练来识别图像特征，从而去解释高达75% 的地方层面的经济成果变化。这种方法只需利用到公开的数据，就可以对发展中国家的贫穷问题进行追踪和研究。同时，它还展示了机器学习在有限训练数据的架构支持下强大的应用能力，为许多科研领域提供了广阔的应用前景。

物理

Quantum thermalization through entanglement in an isolated many-body system

在孤立多体系统中通过纠缠实现量子热化

翻译 邓卓

Adam M. Kaufman,M. Eric Tai, Alexander Lukin, Matthew Rispoli, Robert Schittko, Philipp M.Preiss, Markus Greiner

 http://science.sciencemag.org/content/353/6301/794

统计力学依赖于一个处在热平衡态下系统内部的熵最大化。然而，一个在纯态下被初始化的孤立量子多体系统在经历薛定谔演化过程中将会保持纯态，从这层意义上来说这个系统的熵是静态的，且数值为零。在本文中我们通过实验研究了统计力学在一个量子态中的发生，并且观察了量子纠缠在促进这种发生过程中所扮演的角色。对一个演变中的量子系统进行显微观测，表明了完整量子态保持了纯态的特性，而热化过程却发生在一个局域尺度上。基于热力学熵存在于热化过程中的假设，我们对纠缠态的熵进行了直接测量。纠缠态产生了使统计物理定律适用于本地可观察量的本地熵。我们的测量结果基本符合特征态热化假设的结果。

地质

Northward migration of the eastern Himalayan syntaxisrevealed by OSL thermochronometry

OSL热年代学揭示喜马拉雅东构造结向北迁移

图片来源：science

翻译 刘小鸥

Georgina E. King, Frédéric Herman, Benny Guralnik

http://science.sciencemag.org/content/353/6301/800

侵蚀影响着山脉的动态演化。但地表运动对构造影响的证据来源主要依靠起伏地形、大水流功率，侵蚀，与岩石隆升的偶然巧合。我们使用光释光法（OSL）热年代学技术，量化了喜马拉雅东构造结剥露的时间与空间概况。我们发现，在过去100万年间南迦巴瓦-加拉白垒（Namche Barwa–Gyala Peri）穹隆西北端剥露速率在增加。这些观测结果暗示着帕隆江（Parlung River）溯源发展的侵蚀模式，意味着快速剥露的区域轨迹已向北迁移。尽管地表运动影响着剥露速率，但它未必参与在决定构造变形位置的反馈机制中。

材料科学

Reverse osmosis molecular differentiation of organicliquids using carbon molecular sieve membranes

利用碳分子筛膜进行有机液体的反向渗透分子区分

（图片来源：http://science.sciencemag.org/content/353/6301/804）

翻译 刘小鸥

Dong-Yeun Koh, Benjamin A. McCool, Harry W. Deckman, RyanP. Lively

http://science.sciencemag.org/content/353/6301/804

利用薄膜对相似尺寸的有机分子进行液相分离是高耗能工业中分离过程的一大挑战。我们制造了独立式碳分子筛膜，它将水分离的反向渗透优势转化至有机液体的分离。高聚物前驱体与一锅法技术交联从而在碳化过程中保护薄膜的多孔结构不发生热诱导的结构重组。利用动力学直径相差小于1埃的苯衍生物进行渗透研究，结果表现出动力选择有机液体反向渗透作用。观测到的对二苯甲与邻二苯甲的单组分通量比超过25，对二苯甲与邻二苯甲的液体混合物在环境温度下被有效分离且没有发生相变，其等摩尔供给量增加至含81%（摩尔）的对二甲苯。

Coordinative alignment of molecules in chiralmetal-organic frameworks

手性金属有机框架材料中的分子协同排列

（图片来源：http://science.sciencemag.org/content/353/6301/808）

翻译：刘小鸥

Seungkyu Lee, Eugene A. Kapustin, Omar M.Yaghi

http://science.sciencemag.org/content/353/6301/808

手性金属有机框架材料MOF-520被用于协同结合与排列具有不同尺寸、复杂性及功能性的分子。通过协同排列法降低运动自由度，使分子结构能够通过单晶X光衍射技术确定。MOF骨架的手性也可作为结合分子绝对构型明确配置的结构解析参考。16种分子代表了4种常见官能团（伯醇、苯酚、邻二醇与羧酸），复杂度从甲醇至植物激素（赤霉素，包含8个立体异构体），它们全部都发生结晶并被检测出精确的结构。我们区分了赤霉素中的单键与双键，并对映选择地结晶了外消旋的茉莉酸。值得一提的是此前它的绝对构型仅从衍生物中被推断出来过。

行为学

Prenatal acoustic communication programs offspring for high posthatching temperatures in a songbird

鸣禽通过产前声学信号使后代为孵化后高温环境做准备

翻译 雷文茜

Mylene M. Mariette, Katherine L. Buchanan

http://science.sciencemag.org/content/353/6301/812

在很多物种中，胚胎可以感知到外界声音并且从中学习。但是父母利用胚胎的这种能力去改变后代的发育轨迹的可能性仍然没有被挖掘过。我们说明了斑胸c草雀父母可以通过鸣叫把外界温度的信息（高于26℃）告诉它们的胚胎。我们的研究证明，在仅存在这些出生前听觉信息的单独条件下，孵化后的雏鸟就可以适应性地针对巢穴温度调整乞食行为和生长状态，这些信号甚至可以影响成鸟的繁殖成功率和对高温条件的偏好。这些发现对了解母体效应、表型可塑性、发育过程调节和温血物种对气候变暖的适应性提供了见解。

发育生物学

Integration of omicnetworks in a developmental atlas of maize

玉米发育图谱中的组学网络

翻译 卓思琪

Justin W. Walley,Laurie G. Smith, James C. Schnable, Joseph. R. Ecker, Steven P. Briggs

http://science.sciencemag.org/content/353/6301/814

共表达网络和基因调控网络（GRNs）是预测全系统范围内单个基因功能作用的重要工具。我们对玉米发育过程中的62,547个 mRNA，17,862个未经修饰的蛋白质，以及含有31,595个磷酸化修饰位点的6227个磷酸化蛋白进行了网络重构，建立了一个大范围的基因表达图谱。和基于蛋白质共表达的网络相比，将基因按照相应mRNA的共表达相关性连接而成的网络有着较大的不同。在分别基于蛋白质和mRNA共表达情况的两种网络中，大约有85%的连接是不同的。然而，来自两种类型数据的网络在各自的本体论范畴上都是自洽的，并且都可以有效地对已知的调控关系进行预测。mRNA、蛋白质、磷酸化蛋白质数据的整合极大得提高了基因调控网络的预测能力。

合成生物学

Design,synthesis, and testing toward a 57-codon genome

设计，合成和测试57-密码子基因组

翻译 闫海洋

NiliOstrov, Matthieu Landon, Cameron L. Gardner, Gary Tyree, Alexandra Gonzales,Barry L. Wanner, Julie E. Norville, Marc J. Lajoie, George M. Church

http://science.sciencemag.org/content/353/6301/819

重新编码，即遗传密码子的再利用，是给基因组增加自然情况中不多见功能的有效策略。这里，我们报道了3.97兆碱基，57-密码子大肠杆菌基因组的计算设计、合成和组装，其中所有蛋白质编码基因的全部62214个7位密码子被替换成其他同义密码子。我们通过单独测试每5万碱基中的55段确认了63%的重编码基因是有效的。我们发现测试中91%的必须基因保留了正常功能，对适合度几乎无影响。我们证实了致死设计异常的识别和修正，在2229个基因中只找到了13个。这个工作强调重写基因组的可能性并建立大规模设计、组装、排查以及合成生物表型分析的框架。

生物医学

Specificity,cross-reactivity, and function of antibodies elicited by Zika virus infection

由寨卡病毒感染诱发的抗体的特异性、交叉反应性和功能

翻译 赵红蕾

Karin Stettler,Martina Beltramello, Eva Harris, Antonio Lanzavecchia, Federica Sallusto,Davide Corti

 http://science.sciencemag.org/content/353/6301/823

寨卡病毒（ZIKV），一种与登革病毒（DENV）具有同源性的蚊媒黄病毒，已成为了一项突发公共卫生事件。通过研究ZIKV感染病人的记忆性淋巴细胞的特征，我们分出了ZIKV特异性和DENV交叉反应免疫应答。非结构蛋白1（NS1）的抗体主要是ZIKV特异的，被用作开发血清诊断工具。相反，E蛋白结构域I/II（EDI/II）的抗体是交叉反应的，尽管具有微弱的中和能力，但能在体外有效地促进了ZIKV和DENV的感染，致死性地加重了小鼠DENV疾病。对抗NS1和E蛋白的记忆T细胞，即使在先前曾接触过DENV的被试中，也表现出很弱的交叉反应。最有效的中和性抗体为ZIKV特异的，靶向EDIII或者感染性病毒的四元表位。EDIII特异性的抗体保护小鼠免受致命性ZIKV的感染，表明了基于抗体的疗法的潜能。

Cardiometabolicrisk loci share downstream cis- and trans-gene regulation across tissues anddiseases

组织和疾病中的心血管代谢风险位点共享下游顺式和反式基因调控机制

翻译 王相丽

OscarFranzén, Raili Ermel, Ariella Cohain1,*, Nicholas K. Akers1, Antonio Di Narzo,Eric E. Schadt, Johan L. M. Björkegren

http://science.sciencemag.org/content/353/6301/827

全基因组关联研究(GWAS)已经鉴定出上百种心血管代谢疾病（CMD）的风险位点。然而，这些位点对遗传变异作用甚微，其中大多数下游基因调控机制并不清楚。我们对600个冠状动脉病人的血管和代谢组织进行了基因分型和RNA测序，这些病人来自斯德哥尔摩塔尔图动脉粥样硬化反向网络工程课题研究(STARNET)。由GWAS 鉴定出的与CMD风险单核苷酸多态性(SNPs)相关的基因表达特征，相比于组织非特异性的和疾病非特异性的基因组织表达研究，更加广泛地存在于STARNET研究中，表明代谢组织和CMDs共享下游的顺式/反式基因调控。与此相反，其它GWAS风险SNPs的调控效应是组织特异性的；腹部脂肪成为血脂的一个重要基因调控位点，譬如低密度脂蛋白胆固醇和冠状动脉疾病风险基因PCSK9。STARNET揭示了CMD风险位点的基因调控机制，促进风险位点转化成诊断、治疗与预防CMD的机遇。

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