Science 一周论文导读 | 2018 年 4 月 20 日
审校 邓卓 小勺 大头 访冬
封面设计 访冬 袁雪
生物学
Biology
Observing the cell in its native state: Imaging subcellular dynamics in multicellular organisms
观察天然状态的细胞：多细胞生物体中的亚细胞动力学成像
Eric Betzig, Tsung-Li Liu, et al.
http://science.sciencemag.org/content/360/6386/eaaq1392
图片来源：Howard Huges Medical Institute
（导读 阿金）亚细胞动力学生理成像要求在亲代有机体内研究细胞，还需要细胞和其周围环境自然状态下的高分辨率容积成像。本研究结合自适应光学和晶格层光显微术，跨越大型多细胞容积，实现亚细胞过程的无损无象差成像，揭示细胞在不同有机体和发育阶段的表型多样性，为了解细胞如何利用其内在变异性适应不同生理环境提供新见解。
Abstract
Systematic analysis of complex genetic interactions
对复杂基因相互作用的系统性分析
Chad L. Myers, Charles Boone, et al.
http://science.sciencemag.org/content/360/6386/eaao1729
（导读 郭怿暄）为系统性探索复杂的基因相互作用，本研究基于酵母的双基因突变，从中选取涉及众多生物过程，具有广阔数量特征的调查基因，构建了约 20 万个三重突变体。发现三基因相互作用通常发生在功能相关基因中，必需基因是三基因网络的枢纽。三重突变涉及的基因往往在生物过程中距离较远，且关联强度要低于二基因相互作用一个数量级。
Abstract
Capillarity-induced folds fuel extreme shape changes in thin wicked membranes
毛细管作用引起的褶皱加剧了薄膜的极端形状变化
Arnaud Antkowiak, Paul Grandgeorge, et al.
http://science.sciencemag.org/content/360/6386/296
（导读 陈月欣） 柔软可变形材料被广泛应用在可拉伸电子设备、智能织物以及柔性生物医学仪器上。然而如何使这种材料便宜耐久且与生物体相容一直都是个难题。本研究设计了液体纳米纤维材料可通过毛细管作用引起的薄膜皱褶与展开，达到拥有极端变形能力。研究人员用这种材料展示了化学表面处理剂和可拉伸的基本电路结构。
Abstract
Body size downgrading of mammals over the late Quaternary
第四纪晚期哺乳动物体型缩小
Felisa A. Smith, Rosemary E. Elliott Smith, et al.
http://science.sciencemag.org/content/360/6386/310
（导读 阿金）更新世晚期大型哺乳动物的逐渐消失和人族在第四纪晚期的全球扩张同时发生。本研究量化了哺乳动物灭绝选择性、体型大陆分布和五个时期内的分类多样性。发现体型选择性灭绝跨越所有时间段，遍及各大陆，涉及所有营养方式。人族活动是分类损失和生态系统同质化的主要驱动力。过去和现在的体型缩小正重塑地球生物圈。
Abstract
Synaptic transmission from subplate neurons controls radial migration of neocortical neurons
底板神经元的突触传递控制新皮层神经元的径向迁移
Chiaki Ohtaka-Maruyama, Nobuaki Maeda, et al.
http://science.sciencemag.org/content/360/6386/313
（导读 阿金）未成熟兴奋性神经元从多极到双极转换是径向迁移形成新大脑皮层结构所必需的。本研究对小鼠胚胎大脑皮层进行组化、成像和微阵列分析，发现底板神经元将神经突延伸至底板腹侧，在多极神经元上形成谷氨酸能瞬态突触，由 NMDAR 介导的突触传递诱导多极到双极转换。本文暗示早期未成熟神经元上形成的瞬态突触调节径向迁移。
Abstract
Structure of a prehandover mammalian ribosomal SRP·SRP receptor targeting complex
转运前哺乳动物核糖体 SRP·SRP 受体靶向复合物的结构
Nenad Ban, Kan Kobayashi, et al.
http://science.sciencemag.org/content/360/6386/323
（导读 阿金）信号识别颗粒（SRP）通过转运核糖体信号序列，将蛋白传递到细胞内质网（ER）SRP 受体（SR）。本研究展示在信号序列转移之前构象中哺乳动物翻译核糖体与 SRP·SR 复合物的冷冻电镜结构，呈现真核特异性 SRP·SR 蛋白结构，揭示它们通过在 SRP RNA 远端形成大型蛋白组装体而发挥稳定作用，为了解信号序列转运过程提供新途径。
Abstract
Paternally inherited cis-regulatory structural variants are associated with autism
父系遗传的顺式调节结构变异与自闭症有关
Jonathan Sebat, William M. Brandler, et al.
http://science.sciencemag.org/content/360/6386/327
（导读 郭怿暄）不容忍变异的基因中产生全新突变是自闭症的重要遗传基础，但顺式调节元件中的结构变异（CRE-SVs）是否导致自闭症尚不清楚。本研究对来自 2600 个自闭症家庭的 9274 名个体全基因组 CRE-SVs 的自然选择和传递进行分析，发现位于启动子和非翻译区的结构变异缺失，但父系遗传的 CRE-SVs 倾向于传递给患病后代。表明父母双方非编码结构变异对子女自闭症贡献不同。
Abstract
Developmental and oncogenic programs in H3K27M gliomas dissected by single-cell RNA-seq
单细胞 RNA 测序剖析 H3K27M 神经胶质瘤的发育和致癌程序
Mario L. Suvà, Bradley E. Bernstein, et al.
http://science.sciencemag.org/content/360/6386/331
（导读 郭怿暄）H3K27M 突变胶质瘤常发于儿童的中枢神经系统中线上，尽管遗传机制非常明确但细胞结构尚不清楚。本研究利用单细胞 RNA 测序对六个原发 H3K27M 胶质瘤和匹配模型的 3321 个细胞进行分析，发现主要包含类似少突胶质细胞祖细胞（类 OPC 细胞）的细胞，而分化程度高的恶性细胞则是少数。类 OPC 细胞较分化程度高的细胞增殖更快，肿瘤扩散潜能更强，并部分依赖 PDGFRA 信号维持。
Abstract
MFN2 agonists reverse mitochondrial defects in preclinical models of Charcot-Marie-Tooth disease type 2A
MFN2 激动剂逆转临床前 2A 型腓骨肌萎缩症模型中的线粒体缺陷
Gerald W. Dorn II, Agostinho G. Rocha, et al.
http://science.sciencemag.org/content/360/6386/336
（导读 阿金）线粒体融合蛋白2（MFN2）促进线粒体融合交换，而其突变会导致 2A 型腓骨肌萎缩症（CMT2A）。本研究展示 MFN2 活性通过 Met376
和 His380 与 Asp725 和 Leu727 的相互作用来确定，并受 PINK1 激酶介导的相邻 MFN2 Ser378 磷酸化调控，从而改善线粒体移动障碍。为 CMT2A 和其他神经元线粒体受损疾病提供治疗方案。
Abstract
物理学
Physics
Ultralarge elastic deformation of nanoscale diamond
纳米级金刚石的超大弹性形变
陆洋（香港城市大学）, Subra Suresh, et al.
http://science.sciencemag.org/content/360/6386/300
图片来源：earth.com
（导读 甜甜）金刚石发生形变时通常会伴随脆性断裂。本研究展示了纳米级金刚石针超大、完全可逆的弹性形变。单晶金刚石最大的拉伸应变接近理论弹性极限，相应的最大拉伸应力约为 89-98GPa。这种高强度和大弹性应变被归因于金刚石纳米针较低的缺陷浓度和相对光滑的表面。研究结果有助于研发基于金刚石纳米结构特性的新型应用。
Abstract
Multidimensional quantum entanglement with large-scale integrated optics
通过大规模集成光学实现多维度量子纠缠
王剑威（北京大学）, 丁运鸿（丹麦科技大学）等
http://science.sciencemag.org/content/360/6386/285
（导读 卓思琪）控制多维量子系统的能力是发展先进量子技术的核心。本研究描述了一个能够产生、控制和分析高维度纠缠的集成量子光学平台，并验证了该高维技术的高精度、一般性和可控性。研究人员进一步利用该平台展示了诸如量子无序度扩展等新型应用，为多维量子技术的发展提供了一个实验参考。
Abstract
Probing the ultimate plasmon confinement limits with a van der Waals heterostructure
用范德瓦尔斯异质结构探测等离子体限制极限
Frank H. L. Koppens, David Alcaraz Iranzo, et al.
http://science.sciencemag.org/content/360/6386/291
（导读 卓思琪）尽管等离子体激元提供了限制光的途径，但金属中的朗道阻尼加强了光场的限制和损耗之间的权衡。本研究实现了一种石墨烯-绝缘体-金属异质结构可以克服这种权衡，并且展示出等离子体限制的极限尺寸可达到单原子尺度。这些强限制的等离子体激元模式能够用于实现新型超强光物质相互作用。
Abstract
Five-dimensional imaging of freezing emulsions with solute effects
具有溶质效应的冷冻乳剂的五维成像
Sylvain Deville, Dmytro Dedovets and Cécile Monteux
http://science.sciencemag.org/content/360/6386/303
（导读 阿金）物体与移动的凝固前沿之间的相互作用是许多工业和自然过程的共同特征，会导致从完全排斥到完全融合的不同结果。本研究使用共聚焦显微技术，实现乳剂冰冻过程的五维成像（空间、时间和溶质浓度），揭示了溶质诱导长距离相互作用能确定凝固微观结构。冷冻乳剂可作为了解许多凝固系统的类比模板。
Abstract
Recurrences in an isolated quantum many-body system
孤立量子多体系统中的回归现象
Jörg Schmiedmayer, Bernhard Rauer, et al.
http://science.sciencemag.org/content/360/6386/307
（导读 阿金）相互作用的量子多体系统的复杂性导致回归到初始量子状态的时间极其漫长，使得无法全面探究大型系统的完整量子态。通过在一维超流体中集体激发态的相称光谱，本研究在一个包含上千个粒子的量子多体系统中展现了相干性和长距离有序性的回归现象。研究结果有助于进一步研究大型量子系统的相干动力学。
Abstract
地球科学
Geoscience
Unexpected reversal of C3 versus C4 grass response to elevated CO2 during a 20-year field experiment
在 20 年的田间试验发现，C3/C4 植物对二氧化碳浓度升高敏感度的范式反转
Peter B. Reich, Sarah E. Hobbie, et al.
http://science.sciencemag.org/content/360/6386/317
图片来源：Shutterstock
（导读 卓思琪）理论预测和证据显示 C4 植物比 C3 植物对二氧化碳升高（eCO2）的敏感程度要弱。本文通过为期 20 年的大气二氧化碳浓缩实验发现相反趋势。头 12 年内 C3 植物和 C4 植物对 eCO2 的响应符合预期，而后则发生模式逆转。该发现质疑目前 C3-C4 eCO2 模式，并表明目前最好的响应条件可能也无法预测长期结果。
Abstract
Two-billion-year-old evaporites capture Earth’s great oxidation
在 20 亿年前的蒸发岩显示地球大氧化现象
C. L. Blättler, M. W. Claire, et al.
http://science.sciencemag.org/content/360/6386/320
（导读 卓思琪）大气和海洋的化学组成在古元古代时期（2.5～1.6 亿年前）发生了重大变化。氧化作用增强改变了地表，但尚不清楚其定量因素。本研究描述了俄罗斯卡莱利亚奥涅加盆地的 20 亿年前、约 800 米厚的蒸发岩层序的沉积学、矿物学和地球化学特征，结果表明地球氧化的关键转变期地表积累了大量氧化剂。
Abstract
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