Nature 一周论文导读 | 2018 年 3 月 1 日 | 自由微信

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Nature 一周论文导读 | 2018 年 3 月 1 日

Original 2018-03-10 科研圈 科研圈

审校紫苏咖喱大头小勺金庄维

封面故事

【Health science-卫生科学】Mapping child growth failure in Africa between 2000 and 2015

2000 年至 2015 年非洲儿童生长不足的地图

Nicholas J. Kassebaum, Simon I. Hay, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25760

图片来源：healthdata.org

（导读寒雨）2000 年至 2015 年间，几乎所有 5 岁以下的非洲儿童都表现出生长不足，并且儿童生长水平和趋势存在惊人的地区异质性。如果保持现有进展速率，许多非洲地区将在 2025 年实现改善产妇和婴幼儿营养状况的目标，但萨赫勒地区仍然存在高水平的生长不足，且非洲大部分地区在 2030 年难以实现消除营养不良的可持续发展目标。该研究有利于采取针对性的干预措施，以减少地区健康差距。

Abstract

【Education-教育】Mapping local variation in educational attainment across Africa

绘制非洲各地受教育程度的局部变化

Emmanuela Gakidou, Simon I. Hay, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25761

（导读寒雨）本研究根据 5 千米*5 千米的网格地图，通过预测上学年限评估区域内各年龄段和性别的受教育程度，以探索国家内部的教育不平等现象。尽管非洲受教育程度从 2000 年至 2015 年取得了显著进展，但在地区和性别之间仍存在实质性差异，萨赫勒地区尤为明显。这些高分辨率的可比数据为决策者做出精确计划以实现可持续发展目标提供了有力依据。

Abstract

生物学

Biology

Population snapshots predict early haematopoietic and erythroid hierarchies

从细胞群快照预测早期造血和红细胞谱系

Allon M. Klein, Merav Socolovsky, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25741

（导读李振宇）重建多能造血祖细胞分化成红细胞的各个步骤是一项挑战。本论文利用细胞群快照技术预测细胞分化命运，证明小鼠造血祖细胞连续分化了 7 个世系，揭示了红细胞与嗜碱性粒细胞和肥大细胞之间的分化耦合，并发现细胞周期在红细胞发育过程中被逐步改变。这些研究有助于了解体内细胞谱系的发展。

Abstract

Extreme disorder in an ultrahigh-affinity protein complex

超高亲和力蛋白质复合物的极端无序性

Alessandro Borgia, Birthe B. Kragelund, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25762

（导读阿金）蛋白质相互作用介导分子通信。本研究意外地发现了一种新的互作机制：无序的人类组蛋白 H1 及其核蛋白伴侣前胸腺素-α 结合形成具有皮摩尔水平亲和力的复合物，且蛋白复合体具备结构无序性、远距离灵活性和高度动态性。该机制可以通过两种蛋白质的相反净电荷来解释：强烈的静电吸引力诱发了相互作用。

Abstract

Circadian clock neurons constantly monitor environmental temperature to set sleep timing

昼夜节律神经元不断监测环境温度并设定睡眠时间

Orie T. Shafer, Swathi Yadlapalli, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25740

（导读郭怿暄）昼夜节律如何监测环境温度并调整行为的机制尚不清楚。本研究通过在体钙成像技术发现果蝇体内后背测神经元 DN1ps 神经元对环境温度变化持续监测，加热可使其迅速抑制，降温和光均可使其兴奋。对于温度的感知需要依靠位于弦音器官和触角芒上的周围热感受器。DN1ps 这一温感功能对自然温度改变下的正常睡眠时间的设定同样重要。

Abstract

Mechanical regulation of stem-cell differentiation by the stretch-activated Piezo channel

通过牵张激活的 Piezo 离子通道实现干细胞分化的机械调节

Li He, Norbert Perrimon, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25744

（导读阿金）干细胞能否直接感知活体内机械信号尚不清楚。本研究展示 Piezo 离子通道在成年果蝇中肠内的一种内分泌前体干细胞中表达，被机械应力牵张激活后，Piezo 离子通道提高胞内钙离子水平，钙离子信号则通过不同途径分别激活干细胞的增殖和分化。

Abstract

Evolutionary history resolves global organization of root functional traits

演化历史揭示根系功能性状的全球组织

Lars O. Hedin, 郭大立（中国科学院）, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25783

图片来源：中国科学院

（导读寒雨）为探究植物根功能性状的全球组织性，本研究从 7 个生物群落中采集了 369 种植物，分析了 10 种一级根的重要功能性状，发现根直径对物种、生长和群落中的变化有着最强的影响。植物首次登陆后演化出更细的根，对根菌依赖程度更低，称为“机会主义”策略；反之为“保守主义”策略。此外，根形态多样性在热带地区最高，在温带和沙漠群落中大幅衰减。

Abstract

Sequences enriched in Alu repeats drive nuclear localization of long RNAs in human cells

人类细胞中富集在 Alu 重复序列中的核苷酸序列驱动长链 RNA 的核定位

Yoav Lubelsky and Igor Ulitsky

https://www.nature.com/articles/nature25757

（导读郭怿暄）lncRNAs 和一些 mRNAs 作为重要的生物分子在细胞中发挥重要作用，但它们在细胞核中富集的机制尚不清楚。本研究通过对细胞核 RNAs 中的短片段文库进行筛选，发现一段来源于 Alu 序列的短核苷酸序列 C-富集结构域，HNRNPK 与之结合可使 lncRNAs 和 mRNA 在细胞核内聚集，这一机制在物种间是保守的。

Abstract

Intragenic origins due to short G1 phases underlie oncogene-induced DNA replication stress

短暂 G1 期造成的基因内复制起点是致癌基因诱导 DNA 复制应激基础

Morgane Macheret and Thanos D. Halazonetis

https://www.nature.com/articles/nature25507

（导读阿金）阐明致癌基因诱使 DNA 复制失调的机制仍有难度。本研究通过采用灵敏检测方法在诱导致癌基因 CCNE1 和 MYC 的前后分别鉴定了细胞中上千个复制起始位点，发现致癌基因可以在活跃转录的基因内部诱导新的复制起始位点。这些异位复制位点通常在 G1 期被转录所抑制，但是癌基因导致的 S 期提前和转录未成熟可以解除抑制，复制和转录机器相互冲突，导致 DNA 双链断裂和染色体重排，与癌细胞中基因组的不稳定性相关。

Abstract

The cryo-electron microscopy structure of huntingtin

亨廷顿蛋白（HTT）的冷冻电镜结构

Wolfgang Baumeister, Rubén Fernández-Busnadiego, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25502

（导读阿金）HTT 蛋白（348 kDa）可以和多种蛋白发生相互作用，其突变可导致亨廷顿病。本研究解析出分辨率为 4 埃，结合 HTT 相关蛋白 40 （HAP40）的人类 HTT 蛋白全长冷冻电镜结构：HTT 主要由 α 螺旋构成，有三个主要结构域；HAP40 与HTT 的三个结构域同时接触，可稳定 HTT 的结构。该结果为进一步了解 HTT 的多种细胞功能铺平道路。

Abstract

Phase-plate cryo-EM structure of a biased agonist-bound human GLP-1 receptor–Gs complex

结合偏向激动剂的人类 GLP-1 受体-Gs 复合物冷冻电镜结构

Patrick M. Sexton, Denise Wootten, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25773

（导读阿金）B 类 GLP-1 受体是治疗 II 型糖尿病和肥胖症的主要靶点，内源激动剂 GLP-1 和人工模拟激动剂对其激动效果不同。本研究描述分辨率为 3.3 埃，结合 G 蛋白偏向激动剂 exendin-P5 和 Gαs 的人类 GLP-1 受体冷冻电镜结构。和之前解析的 GLP-1 受体与 GLP-1 蛋白复合物结构相比，这一结构在胞内、胞外和 Gαs 结合部位均有不同。该结果为偏向激动剂的分子基础提供新见解。

Abstract

天文学

Astronomy

Possible interaction between baryons and dark-matter particles revealed by the first stars

第一代恒星揭示的重子和暗物质粒子之间的可能的相互作用

Rennan Barkana

https://www.nature.com/articles/nature25791

图片来源：nature.com

（导读雷鸣）近期观测结果显示，红移 20 处中性氢 21 厘米谱线吸收强度比模型预测高，置信度达到 3.8 个标准差。本研究认为，第一代恒星辐射及重子物质与暗物质相互作用导致宇宙气体过冷结合，可以解释上述差异。分析发现，这种暗物质粒子的质量不超过几个质子质量，具有高非相对性。该研究表明，21 厘米谱线可能用于探测暗物质。

Abstract

An absorption profile centred at 78 megahertz in the sky-averaged spectrum

中心频率为 78 MHz 的吸收谱

Judd D. Bowman, Alan E. E. Rogers, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25792

（导读雷鸣）本研究在宇宙平均无线电频谱上探测到以 78 MHz 为中心的中性氢 21 厘米吸收谱线，频谱宽度与理论预测的结果基本一致，但其振幅比最大估值高 2 倍多。相关研究显示，只有早期宇宙暗物质与重子相互作用导致的原始气体冷却能够解释上述差异。

Abstract

物理学

Physics

Fast quantum logic gates with trapped-ion qubits

囚禁离子量子位的快速量子逻辑门

D. M. Lucas, V. M. Schäfer, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25737

（导读阿金）基于囚禁离子的量子位是构建量子计算机的理想技术，但基本的双量子位逻辑门存在速度极限。本研究使用振幅整形的激光脉冲驱动离子沿设计好的轨迹运动，使得门操作对脉冲的光学相位不敏感，由此实现量子逻辑运算的加速。研究测得逻辑门量子纠缠的生成时间缩短至 480 纳秒，且保真度良好。

Abstract

Probing the interatomic potential of solids with strong-field nonlinear phononics

使用强场非线性声子探测固体的原子间势

A. Cavalleri, A. von Hoegen, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25484

（导读阿金）可见光频段下的非线性光学技术长期以来应用于凝聚态光谱学，但将范围拓展到中红外及太赫兹频段将获得更多信息。本研究实现场强度一个数量级的增加，并且探测高阶声子非线性。研究人员激发出铁电材料铌酸锂横向光学声子模式的五个谐波，取得其原子间势样本，为材料的从头计算法提供基准。

Abstract

其他

【Materials-材料】Skin electronics from scalable fabrication of an intrinsically stretchable transistor array

通过可伸缩电子晶体管阵列制造而成的皮肤状电子元件

Zhenan Bao, Sihong Wang, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25494

（导读阿金）皮肤状电子元件可无缝黏附在皮肤表面或身体内部，是理想的医疗手段，但其结构工程要求复杂的制造技术。本研究展示一种具可伸缩属性的电子聚合物晶体管阵列，密度达到每平方厘米 347 个晶体管，其平均电荷载流子迁移率与非晶硅相当，由此构成可拉伸的皮肤状电子元件，并为其他类似聚合物材料提供一个通用平台。

Abstract

【Geoscience-地球科学】Hadean silicate differentiation preserved by anomalous ¹⁴²Nd/¹⁴⁴Nd ratios in the Réunion hotspot source

留尼汪火山热点的异常的 ¹⁴²Nd/¹⁴⁴Nd 比例中保存的的冥古宙硅酸盐分化

Bradley J. Peters, Richard W. Carlson, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25754

（导读卓思琪）通过活跃的火山热点可以探索地球的内部构成。本研究发现留尼汪岛火山岩的 ¹⁴²Nd/¹⁴⁴Nd 比值与现代地幔不同，并与氦同位素比率（³He / ⁴He）相关，这表明这些同位素分化系统可能与早期硅酸盐分化平行。留尼汪岛玄武岩中的 ¹⁴²Nd/¹⁴⁴Nd 的比率表明其多阶段的分化过程。研究表明留尼汪岩浆是研究地球古代非均质内部的古老资源。