Nature 一周论文导读 | 2017 年 11 月 02 日

审校 紫苏 大头 金庄维

生物学

Biology

The dynamics of molecular evolution over 60,000 generations

超过 6 万代的分子进化动态

 Michael M. Desai, Benjamin H. Good, et al.

https://www.nature.com/nature/journal/v551/n7678/full/nature24287.html

（导读 郭怿暄）直接观察进化过程中种群基因组在长时间的动态变化十分困难。本研究利用全基因组宏基因组测序以 500 代为间隔分析了超过 6 万代、12 个实验室大肠杆菌种群的分子进化动态。发现在每个种群中同时出现多种快速适应的有益变异，在大多数种群内自发出现了长期准稳态的进化分支共存，以及自然选择的靶向基因的持续改变。这一发现揭开了一个复杂且多变的对于不变环境的长期适应过程。

Abstract

Two independent modes of chromatin organization revealed by cohesin removal

通过去除凝集素发现两种独立的染色质组织模式

Leonid Mirny, Francois Spitz, et al.

https://www.nature.com/nature/journal/v551/n7678/full/nature24281.html

（导读 郭怿暄）细胞核中染色质组织成多层级结构，形成不同活性区域，从而影响基因组功能。本研究发现敲除小鼠肝脏中的凝集素装载因子 Nipbl 导致染色体折叠发生重组。亚兆碱基结构域（TAD）整体消失，但区室分隔得以保留甚至加强，更加精确地反应出表观遗传景观。这揭示了基因组的三维结构是两种独立机制共同作用的结果：不依赖凝集素、更加精细的基因组区室分离以及凝集素依赖的 TAD 形成。

Abstract

Structure of phycobilisome from the red alga Griffithsia pacifica

海洋红藻的光能捕捉元件——藻胆体的结构

隋森芳（清华大学生命科学院）, 孙珊等

https://www.nature.com/nature/journal/v551/n7678/full/nature24278.html

图片来源：news.yikexue.com

（导读 严冰）光合作用是地球生物体的能量来源，存在于蓝藻和红藻体内的藻胆体（phycobilisome, PBS）是已知最大的捕捉光能元件，由藻胆蛋白与连接蛋白组成。本文报导，利用单粒子冷冻电镜技术，解析出海洋红藻体内的大小为 16.8 MDa 的 PBS 结构，包括 862 个蛋白质亚基和 2048 个发色团（chromophores）。这为进一步研究其装配和光能转化机制提供了基础。

Abstract

Association analysis identifies 65 new breast cancer risk loci

基因组相关分析发现 65 个新的乳腺癌风险位点

Douglas F. Easton, Kyriaki Michailidou, et al,

https://www.nature.com/nature/journal/v551/n7678/full/nature24284.html

（导读 郭怿暄）乳腺癌的风险受到多种易感基因罕见编码变异以及非编码变异的影响。本研究通过对来自欧洲和东亚的患者和对照进行基因组相关性分析，发现 65 个新位点与乳腺癌风险显著相关。大量位点存在于远距离调控序列当中，可能参与调节乳腺癌相关基因。这些集中于转录因子结合位点的单核苷酸多态性可使乳腺癌遗传性增加 2-5 倍。这一发现有助于改善遗传风险评分在乳腺癌个体筛查及预防中的应用。

Abstract

Single-cell RNA sequencing reveals a signature of sexual commitment in malaria parasites

单细胞 RNA 测序揭示恶性疟原虫中性裂殖子-雌雄配子体分化的表观遗传调控元件

Olivier Elemento, Björn F. C. Kafsack, et al.

https://www.nature.com/nature/journal/v551/n7678/full/nature24280.html

（导读 严冰）恶性疟原虫的裂殖子在人体红细胞内通过无性生殖形成中性裂殖子，在约 1-30% 裂殖子内，ap2-g 基因被激活，促使裂殖子分化为雌雄配子体，可在蚊子体内进行有性繁殖。本文报导，通过分别对 AP2-G 敲除系与 NF54 野生型疟原虫进行单细胞 RNA 测序，发现 AP2-G⁺ 成熟裂殖体内某些调控元件表达特异性上调，包括其他 AP2 转录元件、组蛋白修饰酶和核小体定位调控元件。表观遗传调控元件的表达可能在配子体发育中是必须的。

Abstract

Single-cell transcriptomics reconstructs fate conversion from fibroblast to cardiomyocyte

单细胞转录组学揭示从成纤维细胞到心肌细胞重编程背后细胞命运的转变过程

Jiandong Liu, 钱莉等

https://www.nature.com/nature/journal/v551/n7678/full/nature24454.html

（导读 严冰）直接的细胞谱系转换技术（Direct lineage conversion）为组织再生和疾病模型建立提供了新策略。本文报导，利用单细胞 RNA 测序技术分析成纤维细胞-心肌细胞重编程过程中的全基因表达变化，发现 mRNA 处理和剪接相关元件的表达下调，其中剪接元件 Ptbp1 是成纤维细胞获得心肌细胞特异性剪接模式的一大障碍。同时，通过定量分析也发现了一系列心肌细胞富集的表面标记。

Abstract

Reversing SKI–SMAD4-mediated suppression is essential for TH17 cell differentiation

解除 SKI–SMAD4 介导的抑制作用是 TH17 细胞分化必需的

Yisong Y. Wan, Song Zhang, et al.

https://www.nature.com/nature/journal/v551/n7678/full/nature24283.html

（导读 阿金）转化生长因子 β（TGFβ）调节 TH17 细胞分化的机制目前尚未清楚。本研究通过蛋白质组分析，揭示由 TGFβ 信号可以降解 SKI，解除 SKI-SMAD4 相互作用介导的 RORγt 表达抑制，从而促进 TH17 细胞分化。了解此关键机制为治疗与 TH17 相关疾病提供新的靶向。

Abstract

IL-1R8 is a checkpoint in NK cells regulating anti-tumour and anti-viral activity

IL-1R8 是 NK 细胞中调节抗肿瘤和抗病毒活性的检查点

Cecilia Garlanda, Alberto Mantovani, et al.

https://www.nature.com/nature/journal/v551/n7678/full/nature24293.html

（导读 陈月欣） 白介素 1 受体 8（IL-1R8）对 ILR 和 TLR 通路及炎症反应起到反向调节的作用。NK 细胞可以对抗病原体入侵并抑制造血系统的癌变，但通常认为在抗实体瘤中的作用微小。本研究发现，IL-1R8 是 NK 细胞成熟及行使功能的检查点。IL-1R8 表达下调使 NK 细胞表现出对于肝癌、血源性肝、肺癌转移和人类巨细胞病毒的抗性。

Abstract

Glucose feeds the TCA cycle via circulating lactate

葡萄糖以循环的乳酸形式间接进入 TCA 循环

Joshua D. Rabinowitz, Sheng Hui, et al.

https://www.nature.com/nature/journal/v551/n7678/full/nature24057.html

（导读 严冰）此前认为在哺乳动物中葡萄糖在有氧条件下主要直接进入 TCA 循环生成 CO2，也可通过糖酵解代谢为乳酸来供给组织营养。本文报导，乳酸可作为 TCA 循环的主要碳来源与能量来源。通过给小鼠注射 ¹³C 标记的营养物，发现乳酸的循环量是各种代谢物中最高的，在喂食和禁食小鼠体内，分别是葡萄糖的 1.1 倍和 2.5 倍；在禁食阶段，除了大脑外所有组织中葡萄糖都主要通过乳酸进入 TCA 循环；在经基因改造的肺与胰腺癌肿瘤内，TCA 循环也更多利用乳酸而非葡萄糖。

Abstract

A global resource allocation strategy governs growth transition kinetics of Escherichia coli

全局资源分配策略控制大肠杆菌的增长转变动力学

Ulrich Gerland, Terence Hwa, et al.

https://www.nature.com/nature/journal/v551/n7678/full/nature24299.html

图片来源：nature.com

（导读 郭思瑶）为了更有效地定量预测分子干预对生物代谢过程的影响，科学家研发了一个从上至下的定量模型方法，只利用到了调节过程和通量平衡的定量知识，可模拟细菌生长转变而不依赖于不可获知的动力学参数。这为描述更加广泛的动力学过程提供了有效的途径。

Abstract

Embryonic epigenetic reprogramming by a pioneer transcription factor in plants

植物中先驱转录因子引起胚胎表观遗传的重激活

何跃辉（上海植物逆境生物学研究中心）, 陶增等

https://www.nature.com/nature/journal/v551/n7678/full/nature24300.html

（导读 郭怿暄）在动植物中，表观遗传修饰的建立和传递对基因的特异表达以及维持细胞命运非常重要。拟南芥暴露在寒冷中可诱发 FLC 基因出现有丝分裂稳定的表观遗传沉默，这一春化作用使植物在春季才能开花，但这一沉默每代需要重新设定。本研究发现种子特异的转录因子 LEC1 可以逆转配子中的沉默状态，促进 FLC 所处染色质进入激活状态，并在原胚中出现该基因的表达 。继而从原胚传递到后胚胎时期，使其保留 FLC 的激活记忆。

Abstract

物理

Physics

【引力波专题】北京时间 2017年 10 月 16 日晚上 22 点，LIGO 科学合作组织和 Virgo 合作组织联合全球数十家天文台宣布，LIGO 在 2017年 8 月 17 日上午协调世界时间（Coordinate Universal Time）12 点 41 分 04 秒，探测到双中子星并合所产生的引力波（GW170817）。1.7 秒之后，美国宇航局费米空间望远镜探测到此双中子星并合所产生的伽玛暴（GRB170817A）。这是人类首次直接探测到双中子星并合事件以及引力波的光学对应体。

Nature 为配合 LIGO 的新闻发布，改变了通常美东时间周三周四上线新文章的时间作息，一口气推出了 6 篇论文——

Optical emission from a kilonova following a gravitational-wave-detected neutron-star merger

双中子星合并后新千星的可见光辐射

Iair Arcavi, Griffin Hosseinzadeh, et al.

https://www.nature.com/nature/journal/v551/n7678/full/nature24291.html

图片来源：science.sciencemag.org

（导读 阿金）本研究在可见光到近红外波段，探测到与双中子星合并后产生的引力波信号、低亮度短时 γ 射线暴对应的暂现。理论预言这是千新星的辐射。观测显示，辐射迅速红移并变暗。数值模拟得出的结论是，观测数据与 0.01 个太阳的喷射物（形成的千新星）的光变曲线大体一致。

Abstract

Spectroscopic identification of r-process nucleosynthesis in a double neutron-star merger

双中子星合并中 r-过程核合成的光谱鉴定

E. Pian, P. D’Avanzo, et al.

https://www.nature.com/nature/journal/v551/n7678/full/nature24298.html

（导读 阿金）本研究报道引力波事件 GW170817 中千新星的光谱鉴定及物理性质。千新星光谱与理论模型预言的迅速膨胀喷射物的光谱特征相似：早期以 0.2 倍光速快速膨胀，在 1.5 天内喷射半径就能达到约 50 个天文单位。研究人员从膨胀过程中光谱连续区上出现的宽吸收谱线，判断r过程核合成产生的原子种类。与光谱模型的比较显示，双中子星合并喷射出 0.03 到 0.05 太阳质量的物质，包括镧系元素。

Abstract

The X-ray counterpart to the gravitational-wave event GW170817

引力波事件 GW170817 的 X 射线对应体

E. Troja, L. Piro, et al.

https://www.nature.com/nature/journal/v551/n7678/full/nature24290.html

（导读 阿金）本研究报告观测到引力波事件 GW170817 的 X 射线对应体。在千新星暂现位置观测到的 X 射线将短时伽马射线暴与中子星合并引力波关联起来，并独立证实了伽马射线暴的准直特性。

Abstract

A kilonova as the electromagnetic counterpart to a gravitational-wave source

千新星：引力波源的电磁对应体

S. J. Smartt, T.-W. Chen, et al.

https://www.nature.com/nature/journal/v551/n7678/full/nature24303.html

图片来源：eso.org

（导读 阿金）本研究报道观测到发生在 NGC4993 星系中快速黯淡的电磁暂现及其物理建模。暂现的物理参数与中子星合并产生的千新星的理论预测大体相符。其电磁辐射的特征显示，千新星由  0.04 ± 0.01 太阳质量的喷射物形成，不透明度小于 0.5cm²/g，速度为 0.2 ± 0.1 倍光速。研究人员还在辐射谱中鉴别出 r-过程形成的轻元素对应的谱线。暂现的黯淡的同时迅速变红，这些辐射可能来自更高不透明度、富含镧系元素的喷射物。

Abstract

Origin of the heavy elements in binary neutron-star mergers from a gravitational-wave event

双中子星合并中的重元素起源

Daniel Kasen, Brian Metzger, et al.

https://www.nature.com/nature/journal/v551/n7678/full/nature24453.html

（导读 阿金）本研究报道了能够仔细预测千新星电磁辐射的理论模型。通过比较模型与引力波事件 GW170817 相关的可见光及红外辐射，研究人员认为其辐射源是千新星，并从中推断出双中子星合并的喷射物包含两种不同的组分——分别由 r-过程形成的轻（原子质量数小于 140）、重（原子质量数大于 140）元素组成。GW170817 的相关特征暗示双中子星合并产生了宇宙中大部分重元素。

Abstract

A gravitational-wave standard siren measurement of the Hubble constant

利用引力波精确测量哈勃常数

The LIGO Scientific Collaboration and The Virgo Collaboration, et al.

https://www.nature.com/nature/journal/v551/n7678/full/nature24471.html

（导读 阿金）本研究结合引力波源的距离和对应电磁辐射中的红移信息，独立测得哈勃常数数值约为 70 km/(s·Mpc)，与现有测量结果一致。

Abstract

Quark-level analogue of nuclear fusion with doubly heavy baryons

双重重子的夸克层次类核聚变反应

Marek Karliner & Jonathan L. Rosner

https://www.nature.com/nature/journal/v551/n7678/full/nature24289.html

（导读 阿金）本研究报道强结合能可导致夸克重排，发生放热反应，其中两个重子经过聚变产生双粲重子和一个中子，释放 12MeV 的能量。该反应是在夸克层次上的类似氘氚核聚变的反应。如果底夸克发生类似的反应，那么由于底夸克间结合能大得多，反应能够释放约 138MeV 的能量（理论计算值）。但在目前，这类反应由于夸克寿命短暂而难以投入实际应用中。

Abstract

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