Science 一周论文导读 | 2017 年 9 月 15 日

审校 邓卓 咖喱 大头

生物学

Biology

A cargo-sorting DNA robot

货物分拣 DNA 机器人

Lulu Qian, Anupama J. Thubagere, et al.

http://science.sciencemag.org/content/357/6356/eaan6558

图片来源：science.sciencemag.org

（导读 赵鹏）本研究设计制造了含有 3 个结构模块的单链 DNA 机器人，并为其编码了相应分拣算法。该机器人可以在由 DNA 折纸结构构成的分子二维平台上，将两类无序堆置的货物分别运输至指定区域。该机器人的工作方式为无需能量供应的随机行走，可以在不同 DNA 折纸平台中独立或协作完成特定的分拣任务。

Abstract

Structures of the CRISPR genome integration complex

CRISPR 基因组整合复合体的结构

Addison V. Wright, Jun-Jie Liu, et al.

http://science.sciencemag.org/content/357/6356/1113

（导读 阿金）CRISPR-Cas 系统依赖 Cas1-Cas2 整合酶将外源短 DNA 片段整合到宿主基因组 CRISPR 位点上，以抵抗病毒入侵。本研究解析了同时与短 DNA 和目标序列结合的 Cas1-Cas2 晶体结构，以及包含整合宿主因子（IHF）在内的 CRISPR 位点整合复合体的冷冻电镜结构。这些结构揭示了 Cas1-Cas2 识别目标位点、完成基因组整合的分子机制。

Abstract

DNA sequence–directed shape change of photopatterned hydrogels via high-degree swelling

光图案化水凝胶在 DNA 序列导向下发生高度膨胀及形状变化

Angelo Cangialosi, ChangKyu Yoon, et al.

http://science.sciencemag.org/content/357/6356/1126

（导读 逸轩）变形水凝胶可根据温度、光照和 pH 值等发生形变。本研究发现特殊的 DNA 分子可通过级联的交联反应，诱导水凝胶体积膨胀 100 倍。将受不同 DNA 分子调控的水凝胶模块组装在一起，制成的厘米级水凝胶可根据指令产生不同的形变。此种水凝胶可用于生化相应的柔性电子器件制造。

Abstract

Distinct phases of Polycomb silencing to hold epigenetic memory of cold in Arabidopsis

拟南芥中通过不同阶段的多梳蛋白介导基因沉默保持关于寒冷的表观遗传记忆

Martin Howard, Caroline Dean, et al.

http://science.sciencemag.org/content/357/6356/1142

图片来源：science.sciencemag.org

（导读 郭怿暄）由多梳蛋白介导的基因沉默对真核生物的发育十分重要，本研究通过对由寒冷引起的拟南芥 FLC 位点的表观遗传抑制机制进行研究，发现多梳蛋白介导的基因沉默分为多个阶段，由最初的小范围 H3K27me3 亚稳态记忆转化为范围较大的稳定记忆，这一过程由不同多梳蛋白分子发挥作用。

Abstract

DNA replication–coupled histone modification maintains Polycomb gene silencing in plants

DNA 复制耦合组蛋白修饰保持植物中多梳蛋白介导的基因沉默

Danhua Jiang and Frederic Berger

http://science.sciencemag.org/content/early/2017/08/16/science.aan4965

（导读 郭怿暄）细胞周期中 DNA 复制后如何恢复被稀释的表观遗传标记，机制尚不清楚。本研究发现转录抑制的 H3K27me3 标记在处于分裂的植物细胞中，通过 DNA 复制耦合的组蛋白变体修饰 H3.1 来恢复，从而将沉默记忆从母细胞传递给子代细胞，这一机制在植物向开花的发育转变中起到重要作用。

Abstract

Thirst-associated preoptic neurons encode an aversive motivational drive

口渴相关的视前区神经元编码发送厌恶感驱动信号

William E. Allen, Laura A. DeNardo, et al.

http://science.sciencemag.org/content/357/6356/1149

图片来源：science.sciencemag.org

（导读 阿金）目前科学家对于神经活动如何驱动口渴的人寻找水源的机制尚不清楚。本实验研究人员首先通过活性依赖的遗传标记鉴定出水剥夺激活的神经元位于下丘脑正中视前核（MnPO）。利用光遗传技术刺激神经元会导致小鼠按压控制杆获取水分的行为，并证明 MnPO 神经元会发送厌恶感信号驱动口渴喝水这一机制。

Abstract

Potential role of intratumor bacteria in mediating tumor resistance to the chemotherapeutic drug gemcitabine

瘤内细菌在介导化疗药物吉西他滨的肿瘤抗药性方面的潜在作用

Leore T. Geller, Michal Barzily-Rokni, Tal Danino, et al. 

http://science.sciencemag.org/content/357/6356/1156

（导读 郭思瑶）越来越多的证据显示微生物能影响癌症化疗效果。科学家通过研究结肠癌模型发现细菌能够将化疗药物吉西他滨（2′,2′-二氟脱氧胞苷）代谢为不活跃的 2′,2′-二氟脱氧尿苷。代谢所需酶为细菌的胞苷脱氨酶（CDDL），主要存在于 γ-变形菌中。细菌能引发癌症耐药性，抗生素结合治疗可减少该耐药产生。  

Abstract

A Neolithic expansion, but strong genetic structure, in the independent history of New Guinea

新几内亚独立史上新石器时代的扩张伴随较强的遗传结构

Anders Bergström, Chris Tyler-Smith, et al.

http://science.sciencemag.org/content/357/6356/1160

（导读 董堃）本研究对巴布亚新几内亚 85 个语言群体的 381 人进行了全基因组单核苷酸多态性基因分型，发现低地和高地群体在大约一万到两万年前分支。高地人在过去 1 万年内血统基本一致，人口增长发生在同一时期，暗示人口结构是在新石器时代生活方式转型后重新形成的。然而，巴布亚新几内亚的群体之间的遗传分化比欧亚大陆更加强大，这表明这种转变并不一定会限制基因和语言多态性。

Abstract

物理

Physics

Observation of coherent elastic neutrino-nucleus scattering

【封面故事】中微子与原子核相干弹性散射的观测

D. Akimov, J. B. Albert, P. An, et al.

http://science.sciencemag.org/content/357/6356/1123

（导读 阿金）中微子的相干弹性散射互动模型有助于研究中微子属性，具有很大发展潜力。本研究将一个含有 14.6 千克的碘化铯（CsI）闪烁计数器放在散裂中子源（SNS）的一个地下巷道中，使中微子与其原子核接触，最终探测到变化过程达到 6.7 个置信区间。研究结果为进一步探索中微子提供了新的实验方法和数据。

Abstract

Highly efficient electrocaloric cooling with electrostatic actuation

具有静电驱动的高效电热冷却装置

裴启兵（美国加州大学洛杉矶分校）等

http://science.sciencemag.org/content/357/6356/1130

（导读 魏甜甜）固态制冷比传统制冷具有更好的潜在优势，但器件的制冷系数（COP）较低且不能直接应用在表面。本研究研发了一个具有静电驱动的制冷装置。可逆的静电力降低了寄生能量消耗，并且能够进行有效的热传递。这种装置比当前的固态制冷技术更加高效简洁，为该技术的各种实际应用开辟了道路。

Abstract

Soft x-ray excitonics

软 X 射线激子学

A. Moulet, E. Goulielmakis, et al.

http://science.sciencemag.org/content/357/6356/1134

（导读 阿金）激子在固体中的动态响应是现代凝聚态物理、光电技术等的核心问题。本研究应用阿秒级别的软 X 射线和光学脉冲来研究二氧化硅中硅的 L2,3 边缘处的核-激子动力学。此种软 X 射线近带边吸收光谱（AXANES）技术可以直接探测激子的准粒子特征，追踪其亚飞秒量级弛豫，观察暗核-激子态等，为 X 射线激子学发展打下基础。

Abstract

材料

Material Science

Biological fabrication of cellulose fibers with tailored properties

生物制造具有定制属性的纤维织物

Filipe Natalio, Regina Fuchs, et al.

http://science.sciencemag.org/content/357/6356/1118

（导读 阿金）棉可以用作智能纺织品的基础材料，但目前的纤维涂层制备方法限制了其功能耐久性。本研究将两种葡萄糖加入到陆地棉（Gossypium hirsutum）的体外培养模型中，葡萄糖可以携带外源生物分子渗入到棉花纤维内部，从而定制生产出具有荧光性、磁性等特殊性质的纤维织物。此方法能够为开发多功能材料提供多种可能性。

Abstract

Fabrication of fillable microparticles and other complex 3D microstructures

可填充微粒和复杂 3D 微结构的制备

Kevin J. McHugh, Thanh D. Nguyen, et al.

http://science.sciencemag.org/content/357/6356/1138

（导读 阿金）由精密加工和增材制造手段结合的 3D 微结构应用价值高，但也有局限性。本研究开发了一种名为“聚合物层冲压组装（SEAL）”的精密加工方法，成功制造出可注射的脉冲释药微粒、pH 传感器和 3D 微流体装置等。SEAL 有助于生产高分辨率的复杂几何形状微结构，或用于热塑性材料的制造，具有广泛应用前景。

Abstract

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