Science 一周论文导读 | 2017 年 11 月 17 日

审校 邓卓 咖喱 大头 紫苏

生物学

Biology

【封面故事】Natural selection shaped the rise and fall of passenger pigeon genomic diversity

自然选择塑造旅鸽基因组多样性的兴衰

 Beth Shapiro, Gemma G. R. Murray, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/951

图片来源：science.sciencemag.org

（导读 阿金）如今已灭绝的旅鸽曾是北美甚至世界上最多的鸟类，但是其基因多样性却意外的低。本研究比较旅鸽和它现存最为亲缘的鸟类斑尾鸽的线粒体和核基因组序列，发现其庞大的数量加速适应性演化，在更快去除有害基因突变的同时，种群的中性基因组多样性严重丧失。在面对生存环境压力时因无法有效演化，最终导致物种快速灭绝。

Abstract

Loci associated with skin pigmentation identified in African populations

在非洲人群中发现的皮肤色素沉着相关位点

Sarah A. Tishkoff, Nicholas G. Crawford, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/eaan8433

（导读 郭怿暄）至今对于决定人类肤色的遗传基础我们仍知之甚少。本研究通过对非洲多种族背景的基因组进行研究，发现位于 SLC24A5, MFSD12, DDB1, TMEM138, OCA2 和 HERC2 基因或其附近的变异与皮肤颜色紧密相关，并由遗传证据对相关的人群迁徙和基因进化历史进行了分析。

Abstract

The structural basis of flagellin detection by NAIP5: A strategy to limit pathogen immune evasion

NAIP5 识别鞭毛蛋白的结构基础：一种限制病原体免疫逃逸的策略

Eva Nogales, Russell E. Vance, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/888

（导读 严冰）动植物细胞中的 NLR 家族凋亡抑制蛋白 5（NAIP5）可与入侵细菌的鞭毛蛋白结合并被激活，以开启免疫反应。本文解析了该复合物（1.4 MDa）的冷冻电镜结构，发现 NAIP5 中 6 个不同的结构域可与鞭毛蛋白的多个保守区域相互接触，使 NAIP5 改变构型并激活。说明对病原体表面多个位点的识别是一种有效限制病原体进化和免疫逃逸的固有免疫策略。

Abstract

Evolution of flower color pattern through selection on regulatory small RNAs

调节性小 RNA 的自然选择影响花色模式的进化

Tamas Dalmay, Enrico Coen, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/925

（导读 郭怿暄）本研究发现金鱼草中不同的花色模式是由其基因组中一段可编码小 RNA 的 DNA 是否发生倒转重复而决定的。该小 RNA 可抑制色素合成基因，从而使金鱼草花朵的传粉昆虫入口处形成高亮黄色。分析显示此倒转重复是 miRNA 进化的中间产物，而基因频率分析表明此小 RNA 多态性受到自然选择的影响。

Abstract

Antibody-dependent enhancement of severe dengue disease in humans

严重登革热病在人体内的抗体依赖性增强作用

Eva Harris, Leah C. Katzelnick, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/929

（导读 严冰）登革热病毒的抗体依赖性增强作用（ADE）曾在体外和动物模型中被报导过，但尚未有人体内的案例。本文报导，通过长期跟踪尼加拉瓜的儿科患者，利用多种统计学手段分析，发现只有处于一个特定的小范围内的抗体滴度会恶化登革热病情，而高抗体滴度可有效减缓病情。该发现将有助于对登革热发病机制的研究记忆疫苗的研制。

Abstract

A single mutation in the prM protein of Zika virus contributes to fetal microcephaly

寨卡病毒 prM 蛋白中的单个突变导致胎儿发生小头畸形

秦成峰（军事医学研究院）, 许执恒（中科院遗传发育所）等

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/933

图片来源：navione.seesaa.net

（导读 阿金）寨卡病毒能引起新生儿小头畸形从而造成全球健康危机。本研究发现一个位于寨卡病毒 prM 蛋白中关键位点，单个氨基酸突变 S139N 即可显著增加寨卡病毒对人类和小鼠神经前体细胞（NPCs）的致病力，从病毒层面揭示寨卡病毒感染导致小头畸形的分子机制，对进一步的药物研发具有指导意义。

Abstract

Atomic model for the dimeric FO region of mitochondrial ATP synthase

线粒体 ATP 合成酶中 FO 二聚体结构域的原子模型

Hui Guo, Stephanie A. Bueler and John L. Rubinstein

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/936

（导读 卓思琪）FOF1 线粒体 ATP 合成酶是线粒体为真核细胞提供能量的主要分子机器，也是形成线粒体嵴所必须的。质子通过线粒体内膜上 FO 结构域的跨膜转运可以驱动 F1 结构域合成 ATP。本研究利用冷冻电镜确定了酿酒酵母 FO 二聚体复合物的高分辨率分子结构，该结构为此复合物转运质子以及促进线粒体嵴形成的机制提供分子基础。

Abstract

Metabolic recycling of ammonia via glutamate dehydrogenase supports breast cancer biomass

通过谷氨酸脱氢酶进行的氨的代谢循环支持乳腺癌生物量

Marcia C. Haigis, Jessica B. Spinelli, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/941

（导读 卓思琪）氨是细胞代谢的副产物，但目前对其代谢了解不完全，尤其在癌症代谢中。本实验发现人类乳腺癌细胞主要通过谷氨酸脱氢酶（GDH）吸收氨，氨的代谢循环加速了乳腺癌的扩增。小鼠中，氨在肿瘤微环境中聚集并通过 GDH 直接生成氨基酸。这些数据说明氨是一种支持肿瘤生物量的基础氮源。

Abstract

Structural basis of bacterial transcription activation

细菌转录激活的结构基础

 Zhiheng Yu, Thomas A. Steitz, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/947

（导读 卓思琪）环腺苷酸受体蛋白（CAP）可以通过两种方式激活转录，完整的转录激活复合体（TAC）结构对 CAP I 类机制的解析至关重要。本研究解析了大肠杆菌 I 类 TAC 的高分辨率结构，其中包含 CAP 二聚体、RNA 聚合酶（RNAP）全酶和核酸等组分。该结构展示了 CAP 结合上游 DNA 并招募 RNAP 以激活转录的结构基础。

Abstract

物理

Physics

Small vulnerable sets determine large network cascades in power grids

小片脆弱区域引发电网中的大型网络级联故障

Yang Yang, Takashi Nishikawa and Adilson E. Motter

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/eaan3184

图片来源：science.sciencemag.org

（导读 阿金）复杂系统中级联故障因缺乏针对可变条件的实际大型建模和分析而变得难以理解。本研究确认、量化并分析北美电网数据，发现大型电力网络中的小片拓扑中心部分脆弱区块引发不成比例的级联供电故障，而且这些故障与容易出问题的组件部位接近。研究结果可用于分析更大范围的级联网络故障漏洞。

Abstract

Photoionization in the time and frequency domain

时间和频率域的光电离

M. Isinger, R. J. Squibb, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/893

（导读 葛鹏）对类似于光吸收致电子发射的超快过程，目前可以采用极紫外光谱区阿托秒量级（10^-18 秒）的超短光脉冲来研究。本研究通过具备高时间与光谱分辨率的干涉测量手段在氖原子中测量了光电离时间延迟（能量范围 >40 电子伏特）。研究结果解决了一项已经提出七年的测量方法中的难题。

Abstract

Arbitrary spin-to–orbital angular momentum conversion of light

光的自旋角动量-轨道角动量任意性转换

 Federico Capasso, Robert C. Devlin, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/896

（导读 葛鹏）将光的自旋角动量（SAM）转化为涡旋光束的光学器件已经广泛应用于经典光学与量子光学。这些基于几何相位的器件只能允许圆偏振态转换为相反轨道角动量（OAM）的态。本研究提出了一种可将任意 SAM 态转化为由独立的 OAM 叠加的总角动量态的方法，证明了光的 SAM 与 OAM 有着普遍的材料介导的联系，研究结果可用于产生复杂结构的光与光通信领域。

Abstract

Full momentum- and energy-resolved spectral function of a 2D electronic system

二维电子系统的全动量/能量分辨谱函数

Joonho Jang, Raymond C. Ashoori, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/901

（导读 阿金）单粒子谱函数能测量材料中的电子态密度，并提供对强相关电子现象的关键分析。本研究展示一种可测量嵌入半导体中的二维电子系统中全动量/能量分辨电子谱函数的高分辨率方法。将此技术用到 GaAs 量子阱，研究人员揭示了涉及电子-声子互作用、等离子体激元、极化子等多体效应特征。

Abstract

Tunable excitons in bilayer graphene

双层石墨烯（BLG）中的可调控激子

James Hone, Feng Wang, Paul L. McEuen, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/907

（导读 阿金）激子在绝缘体和半导体光学性质中发挥关键作用。本研究通过六方氮化硼内封装的高质量 BLG 的光电流谱观察到其中的激子。研究发现它们与传统半导体有不同的光学选择规则，外部磁场会引发能谷分裂，使得对应的 g 因子达到 20。研究结果为利用电子可调谐石墨烯系统的赝自旋图谱探索激子物理学提供新方法。

Abstract

Extended gamma-ray sources around pulsars constrain the origin of the positron flux at Earth

脉冲星扩展伽马射线源阻碍了对地球正电子射流源头的确定

R. López-Coto, F. Salesa Greus, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/911

图片来源：science.sciencemag.org

（导读 雷鸣）本研究通过高海拔水切伦科夫天文台（HAWC）探测两颗近地脉冲星周围太级（10¹²）电子伏特伽马射线发射，确定该脉冲星实际为加速轻子源，但伽马射线的发射形态限制了粒子扩散，其扩散速度比预想慢得多，以至于无法到达到地球。因而脉冲星扩展伽马射线源不可能是地球正电子射流的源头，研究人员推断这些正电子应该另有渊源。

Abstract

Compacted dimensions and singular plasmonic surfaces

紧致维度和奇异的等离子体表面

J. B. Pendry, Paloma Arroyo Huidobro, et al,

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/915

（导读 阿金）在弦论中，空间可以有四个以上维度。多余的维度是紧致化的，在常规尺度上不可观测。本研究报道了一种与场论无关的简单理论模型，在特殊的金属超表面上实现了一个紧致化的维度。研究人员提出该模型或许能在掺杂石墨烯层上得到实现。

Abstract

化学

Chemistry

Catalytic molten metals for the direct conversion of methane to hydrogen and separable carbon

将甲烷直接转化为氢气和可分离碳的催化熔融金属

Horia Metiu, Eric W. McFarland, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/917

（导读 阿金）Ni, Pt, Pd等金属可溶解于惰性低熔点金属（In, Ga, Sn, Pb）中，形成的熔融金属合金催化剂可将甲烷热解成氢气和碳。本研究使用 27%Ni-73%Bi 熔融催化合金，在 1065℃ 条件下实现了无副产物生成的 95% 甲烷转化率，并使用计算方法探究了催化原理。此熔融催化体系中，生成的碳会上浮并可被移除，避免了固态催化剂由于产物碳沉积而失效的问题。

Abstract

State-to-state chemistry for three-body recombination in an ultracold rubidium gas

在超低温铷原子玻色气体中的三体重组态到态化学反应

Johannes Hecker Denschlag, Joschka Wolf, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6365/921

（导读 阿金）对化学反应中反应物和产物进行全量子态分辨率研究是一个长期挑战。本研究监测了三个自旋极化的超低温铷原子重组形成一个 Rb2 弱分子的化学反应过程，测得的产物分布覆盖 90% 的最终产物，且能区分产物之间的状态，并建立了可预测反应中状态的理论模型。该模型框架可用于对其他非弹性和化学过程的研究。

Abstract

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