Nature 一周论文导读 | 2018 年 4 月 5 日

审校 咖喱 大头 紫苏 访冬 金庄维

物理学

Physics

【封面故事】Room-temperature nine-µm-wavelength photodetectors and GHz-frequency heterodyne receivers

9 微米波长室温光电探测器和千兆赫频率外差接收机 

Carlo Sirtori, Daniele Palaferri, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25790

图片来源：nature.com

（导读 阿金）由于热诱导暗电流，制备检测 8-12 微米波长的室温半导体光电探测器仍是挑战。本研究展示由亚波长金属化超材料谐振器制成的 9 微米波长红外量子阱光电检测器，室温测量性能有所增强，且能克服材料的固有限制。而物理面积的减小以及响应度的提高使得在室温下利用其高频响应成为可能。

Abstract

Quantized Majorana conductance

量子化的马约拉纳电导

Hao Zhang, Leo P. Kouwenhoven, et al.

https://www.nature.com/articles/nature26142

（导读 阿金）马约拉纳（Majorana）零模是一类定域准粒子，有望应用于拓扑量子计算。理论预言在 0K 时，Majorana 零偏压峰的高度为 2e²/h。本研究报道，在由铝超导外壳包裹的锑化铟半导体纳米线内，测量到零偏压电导在 2e²/h 处的量子化电导平台，其峰值高度恒定。该结果强烈支持了系统中马约拉纳零模的存在。

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他在32岁就人间蒸发，却留下了破解宇宙奥秘的线索

Abstract

Molecular nucleation mechanisms and control strategies for crystal polymorph selection

晶体多晶型选择的分子成核机制与控制策略

Alexander E. S. Van Driessche, Mike Sleutel, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25971

（导读 阿金）蛋白凝聚成的多晶型物可用作医药递送载体，但尚未清楚其分子成核过程及多晶型选择过程。本研究使用时间分辨低温投射电子显微镜对蛋白质葡萄糖异构酶晶体的成核进行成像，揭示了两种结晶状态和一种凝胶状态的成核途径。通过定点诱变可选择性形成所需的多晶型物。为控制大分子相变提供新见解。

Abstract

Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices

魔角扭转石墨烯超晶格中的非传统超导性

曹原（麻省理工学院）, Pablo Jarillo-Herrero, et al.

https://www.nature.com/articles/nature26160

图片来源：网络

（导读 卓思琪）强关联材料，特别是非传统超导体的某些行为在理论上尚解释不完全。本研究在二维超晶格的双层石墨烯中实现了内禀非传统超导性。当两层石墨烯的扭转角度为 1.1°（首个魔角）时，双层石墨烯系统呈现关联绝缘态。在静电掺杂下，研究人员观察到可调的零电阻态（超导态），临界温度高达 1.7 开尔文。因此，该材料是研究强关联现象的理想材料。

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Abstract

Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices

魔角扭转石墨烯超晶格中半充满关联绝缘行为

曹原（麻省理工学院）, Pablo Jarillo-Herrero, et al.

https://www.nature.com/articles/nature26154

（导读 卓思琪）范德华异质结构中不同层之间的“扭转”对其电性起着重要作用。本文研究了由以特定角度扭转的双层石墨烯组成的异质结构。实验表明当扭转角度接近“魔术”角时，由于电子之间存在关联，系统表现出类莫特绝缘态。

Abstract

生物学

Biology

The logic of single-cell projections from visual cortex

视觉皮层单细胞投影的逻辑

Anthony M. Zador, Thomas D. Mrsic-Flogel, et al.

https://www.nature.com/articles/nature26159

图片来源：reliawire.com

（导读 董堃）新皮质区通过大量的轴突投射沟通交联，然而其信息传递的逻辑尚未清晰。本文通过使用全脑荧光轴突示踪技术和高通量 DNA 测序确定了小鼠初级视皮层的 591 个神经元的投射模式，这些投射有着高度的多样性和交叉性，至少涉及 18 个皮层和皮层下区域。这些结果表明皮层间的信息传递是相互交错的，为了解大脑信息传递的机制作出了贡献。 

Abstract

Evolved Cas9 variants with broad PAM compatibility and high DNA specificity

演变后的 Cas9 变种具有广泛的 PAM 兼容性和高 DNA 特异性

David R. Liu, Johnny H. Hu, et al.

https://www.nature.com/articles/nature26155

（导读 郭怿暄）CRISPR-Cas9系 统的应用主要受限于靶点必须具备 PAM 序列，常用的 SpCas9 的 PAM 序列为 NGG。本研究通过噬菌体辅助的持续进化演化出了一种 SpCas9 变体 xCas9，它可以识别包括 NG，GAA 和 GAT的 PAM 序列，是目前已知在哺乳细胞中具有活性的 Cas9 中识别范围最广的一种。该变体支持多种应用，并具备更强 DNA 特异性，可显著降低脱靶效应。

Abstract

Architecture of the human GATOR1 and GATOR1–Rag GTPases complexes

人类 GATOR1 和 GATOR1-Rag GTP 酶复合物的结构

Zhiheng Yu, David M. Sabatini, et al.

https://www.nature.com/articles/nature26158

（导读 卓思琪）Rag GTP 酶可激活 mTORC1 途径，GATOR1 复合物可调节该酶功能。本文解析了 GATOR1 和 GATOR1-Rag GTP 复合物的结构，为 GATOR1 调节 RagGTP 的机制提供见解。生化实验显示，该 GATOR1-Rag GTP 复合物结构处于抑制状态，因此可知 GATOR1 和 Rag GTP 酶之间至少存在两种结合模式。这些结果揭示了 GTP 酶激活蛋白和其底物之间的一种非规范相互作用方式。

Abstract

A new class of synthetic retinoid antibiotics effective against bacterial persisters

新型合成类维甲酸抗生素可有效对抗耐药性细菌

Eleftherios Mylonakis, Wooseong Kim, et al.

https://www.nature.com/articles/nature26157

（导读 阿金）耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）菌株对抗生素具耐药性，是治疗 MRSA 感染的一大挑战。本研究通过秀丽隐杆线虫-MRSA 感染筛选，识别出对耐药菌有效的合成类维甲酸化合物 CD437 和 CD1530。小鼠模型中，单独使用或与庆大霉素协同使用 CD437 或其衍生物，均表现出强大的杀菌能力。该合成化合物有望成为治疗革兰氏阳性细菌感染的新型抗微生物药剂。

Abstract

Whole-organism clone tracing using single-cell sequencing

使用单细胞测序进行全生物克隆追踪

Alexander van Oudenaarden, Anna Alemany, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25969

（导读 郭怿暄）胚胎发育是多细胞生物生命中的关键阶段，这一过程中有限的胚胎祖细胞产生了成年个体的所有细胞，但其过程尚不清楚。本研究开发出 ScarTrace 单细胞测序方法，对来自成年斑马鱼不同器官的数以千计的细胞同时进行克隆历史和细胞类型的定量测量，发现了血液系统、眼睛、大脑，尾鳍等多种祖细胞。这一技术的应用将为揭开成年个体是如何从单细胞产生的秘密带来曙光。

Abstract

Itaconate is an anti-inflammatory metabolite that activates Nrf2 via alkylation of KEAP1

衣康酸是通过 KEAP1 烷基化激活 Nrf2 的抗炎代谢产物

Luke A. O’Neill, Evanna L. Mills, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25986

图片来源：nature.com

（导读 阿金）内源性衣康酸代谢产物可抑制巨噬细胞功能，但是激活机制不明。本研究在小鼠和人类巨噬细胞中发现通过脂多糖激活抗炎性转录因子 Nrf2 时需要衣康酸，后者通过烷基化蛋白 KEAP1 上的半胱氨酸残基增加具有抗氧化和抗炎性的 Nrf2 下游基因表达。同时还证明了衣康酸和 1 型干扰素之间的负反馈调控机制。

Abstract

Structure of the peptidoglycan polymerase RodA resolved by evolutionary coupling analysis

通过演化耦合解析肽聚糖聚合酶 RodA 的结构

Andrew C. Kruse, Megan Sjodt, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25985

（导读 阿金）塑形、伸长、分裂和孢子形成（SEDS）蛋白和其家族成员肽聚糖聚合酶 RodA 在细菌细胞壁构建过程中发挥关键作用。本研究报道了通过基于演化协方差折叠预测确定的分辨率达到 2.9 埃的嗜热链球菌（Thermus thermophilus）RodA 晶体结构，以此进行分子置换。结构显示 10 道跨膜折叠和大量胞外环，且蛋白跨膜结构域包含一个高度保守空腔是催化所必需的，有望成为开发下一代抗生素的有利靶标。

Abstract

Structure of the insulin receptor–insulin complex by single-particle cryo-EM analysis

通过单颗粒冷冻电镜分析的胰岛素受体 - 胰岛素复合物的结构

Giovanna Scapin, Venkata P. Dandey, et al.

https://www.nature.com/articles/nature26153

（导读 郭怿暄）胰岛素受体是二聚体蛋白质，发挥多种重要生理功能。本研究通过单颗粒冷冻电镜对 1:2 和 1:1 的胰岛素受体-胰岛素复合体结构进行解析，前者发现每一个胰岛素分子分别与受体一个单体的亚结构域 L1 及另一单体的 Fnlll-1 结合，并与 α-CT 螺旋相互作用。后者确定受体中 S1 和 S26 两个胰岛素结合位点的存在。这一发现表明第一个胰岛素分子与受体结合后 α-CT 螺旋的召集将改变亚结构域的相对方向并引发下游信号的传递。

Abstract

Modular assembly of the nucleolar pre-60S ribosomal subunit

核仁 60S 核糖体前体亚基的模块组装

Sebastian Klinge, Zahra Assur Sanghai, et al.

https://www.nature.com/articles/nature26156

（导读 阿金）目前尚未清楚真核细胞核糖体组装期间核糖体大小亚基（60S 和 40S）前体结构的形成。本研究报道分辨率达 3.4 埃的核仁 60S 核糖体前体亚基不同构象态中的冷冻电镜结构。21 个核糖体组装因子通过协调活性来稳定重构前核糖体 RNA 和核糖体蛋白，防止过早折叠和与后来因子的结合。本文阐明了真核细胞核糖体单向组装的驱动机制。

Abstract

Structural insights into the voltage and phospholipid activation of the mammalian TPC1 channel

哺乳动物 TPC1 通道电压和磷脂活性的结构解析

姜有星（德克萨斯大学西南医学中心）, 白晓辰（德克萨斯大学西南医学中心）等

https://www.nature.com/articles/nature26139

（导读 阿金）哺乳动物体内双孔通道 TPC1 和 TPC2 对调节内溶酶体膜的生理功能发挥关键作用。本研究展示小鼠 TPC1 处于“apo 闭合状态”和“配体开启状态”的冷冻电镜结构，展示其电压依赖性磷脂酰肌醇 3,5-二磷酸（PtdIns(3,5)P2）激活的 Na⁺ 选择性通道，揭示选择性和门控机制。为认识离子通道的磷酸肌醇调节提供新见解。

Abstract

其他

【Astronomy-天文】A density cusp of quiescent X-ray binaries in the central parsec of the Galaxy

银河系中心一秒差距内宁静态 X 射线双星的密度峰

Charles J. Hailey, Kaya Mori, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25029

图片来源：NASA / JPL-Caltech.

（导读 雷鸣）据预测，超大黑洞周围应有大量恒星质量黑洞环绕，但银河中心超大黑洞 Sagittarius A* 周围并未探测到对应的黑洞密度峰。本研究在距离 Sagittarius A* 一秒差距内观测到 12 个宁静态 X 射线双星（其一为黑洞），其空间分布和亮度函数暗示该区域可能存在数百个双星系统，以及更多独立黑洞。

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Abstract

【Geoscience-地球科学】Climatic control of Mississippi River flood hazard amplified by river engineering

河道工程扩大了密西西比河洪灾的气候控制

Samuel E. Munoz, Liviu Giosan, et al.

https://www.nature.com/articles/nature26145

（导读 卓思琪）密西西比河的河道改造对洪灾带来的影响一直存在争议。本研究通过气候变率动力学发现，河道改造剧烈增加了密西西比河下游的洪灾。百年规模的洪水在过去的五个世纪内增加了 20％，其中约 75％的增长是由于河流工程导致的。人类对河道系统的改变和气候动态的相互作用，已经将密西西比河目前的洪灾水准提高到了过去五个世纪都未曾有过的水平。

Abstract

【Ecology-生态】Shifts in tree functional composition amplify the response of forest biomass to climate

树木功能组成的变化放大了森林生物量对气候的响应

Tao Zhang, Jeremy W. Lichstein, et al.

https://www.nature.com/articles/nature26152

（导读 胡琦琳）本文利用美国东部近三十多年系统森林抽样数据，发现水分胁迫引起森林物种组成变化，群落平均耐旱性变化会放大森林生物量对水量减少的响应。结果表明由于气候对森林生物量的直接影响和物种组成的间接影响，造成大范围系统抽样区域森林树种组成和生物量碳储量同时变化，并强调气候变化引起全球森林生态系统变化的可能。

Abstract

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