Nature 一周论文导读 | 2018 年 8 月 30 日

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审校：小锅 咖喱 棒冰 房东 小象

制版：阿金

生物学

Biology

【封面故事】Modulating plant growth–metabolism coordination for sustainable agriculture

调节植物的生长-代谢协调性以促进可持续农业

李姗， 傅向东（中国科学院遗传与发育生物学研究所）等

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0415-5

图片来源：phys.org

（导读：过泽远）无机氮肥增加食物产量、提高食品安全但也导致了环境破坏。因此，提高植物对氮的使用效率至关重要。本研究展示了水稻转录因子GRF4（生长调节因子4）和生长抑制因子DELLA之间的对立平衡和直接相互作用。GRF4促进并协调氮吸收、碳固定和植物生长，而DELLA则抑制这些活动。由此可知，绿色革命中引入的DELLA聚集不仅带来了了提高产量的矮化性状，也同时降低了氮的使用效率。

Abstract

5-HT release in nucleus accumbens rescues social deficits in mouse autism model

伏隔核中的五羟色胺释放挽救小鼠自闭症模型中的社会缺陷

Jessica J. Walsh, Robert C. Malenka, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0416-4

（导读 董堃）自闭症的主要表现是亲社会行为障碍，然而其神经机制尚未明确。本研究在 16p11.2基因敲除鼠中通过光遗传技术展示，对伏隔核中中缝背核神经元的五羟色胺分泌进行双向调节，可以实现对小鼠社会行为的双向调节。该结果阐释了伏隔核释放的五羟色胺在社会行为中发挥的重要作用，也为自闭症的治疗研究提供了新的思路。

Abstract

Structure of paused transcription complex Pol II–DSIF–NELF

暂停状态的Pol II-DSIF-NELF转录复合物结构  

Seychelle M. Vos, Lucas Farnung, Henning Urlaub and Patrick Cramer 

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0442-2

（导读 郭怿暄）多细胞生物基因调控通常涉及RNA Pol II在启动子附近区域的暂停，DSIF和NELF两种因子维持其稳定。本研究解析了包含野猪Pol II与人类DSIF和NELF的暂停转录延长复合物的冷冻电镜结构，揭示了DNA-RNA杂交链抑制核酸三磷酸底物结合，NELF结合在聚合酶漏斗处，限制Pol II活动性，并阻止TFIIIS的结合。

Abstract

Structure of activated transcription complex Pol II–DSIF–PAF–SPT6

活化状态的Pol II-DSIF-PAF-SPT6转录复合物结构  

Seychelle M. Vos, Patrick Cramer, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0440-4

（导读 郭怿暄）基因调控涉及激活与DSIF和NELF因子结合的暂停的RNA Pol II。本研究解析了野猪Pol II和人类DSIF，PAF和SPT6形成的延长复合物活化状态的冷冻电镜结构，与暂停状态的结构对比，PAF取代NELF结合Pol II漏斗。P-TEFb将Pol II连接子磷酸化到C末端，SPT6与之结合并打开DSIF形成的RNA钳。该发现为暂停的Pol II释放和延长激活提供分子基础。

Abstract

A multi-cohort study of the immune factors associated with M. tuberculosis infection outcomes

结核分枝杆菌感染结果相关免疫因子的多队列研究

Purvesh Khatri, Yueh-hsiu Chien, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0439-x

（导读 王思菲）大多数结核杆菌感染表现为无症状的潜伏性感染。本研究整合分析多个队列研究，来阐明与结核杆菌感染后不同表现相关的阶段特异性宿主免疫反应。结果发现潜伏性结核与细胞毒性反应增强和持续性炎症相关。此外，纵向比较三个队列，发现外周血NK细胞的变化可以预测疾病的进展和治疗反应，并且与活动性结核病患者的肺部炎症状态负相关。

Abstract

Allergic inflammatory memory in human respiratory epithelial progenitor cells

人呼吸道上皮祖细胞的过敏性炎症记忆 

Nora A. Barrett, Alex K. Shalek, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0449-8

（导读 王思菲）基底细胞增生标志着严重上呼吸道2型免疫疾病的发生。本研究对人类原发慢性鼻窦炎样本进行大规模平行单细胞RNA测序，对呼吸道上皮，免疫和基质细胞以及源于2型炎症性疾病的细胞亚型转录组进行描述，发现关键介质。其中基底祖细胞的异常分化轨迹导致细胞多样性下降，腺细胞数目减少，分泌细胞抗微生物表型改变，阻断IL-4受体活性可使其有效改善。

Abstract

RAP2 mediates mechanoresponses of the Hippo pathway

RAP2介导Hippo通路的机械应答 

Zhipeng Meng, Kun-Liang Guan, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0444-0

（导读 陈月欣）细胞外基质（ECM）在对细胞进行结构支持的同时也提供影响多种生物过程的机械信号。Hippo通路中的YAP和TAZ介导细胞对ECM硬度的应答。本研究发现Ras相关GTP酶 RAP2可被ECM低硬度信号激活，通过刺激MAPK通路激活LATS1和LATS2并抑制YAP和TAZ。删除RAP2可阻断硬度信号对YAP和TAZ的调节，导致细胞异常生长。该发现表明RAP2是ECM硬度的机械信号传导入细胞核的分子开关。

Abstract

SIRT6 deficiency results in developmental retardation in cynomolgus monkeys

SIRT6缺乏导致食蟹猴发育迟缓

张维绮, 万海峰, 冯桂海, 曲静, 刘光慧, 李伟, 胡宝洋等

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0437-z

图片来源：nature.com

（导读 柳寒石）SIRT6是啮齿类动物中的一种长寿蛋白，但它在灵长类动物中的生物学功能还知之甚少。研究人员利用CRISPR–Cas9技术，发现敲除SIRT6的食蟹猴不仅在出生后数小时死亡，而且表现出明显的全身发育迟缓。进一步研究发现，SIRT6通过介导长链非编码RNA H19印记调控区的组蛋白去乙酰化来抑制H19的表达，而SIRT6的缺乏会引起神经前体细胞中H19表达的异常上调，进而导致脑发育迟缓。这也为进一步研究人类发育和衰老的机制奠定了基础。

Abstract

Crystal structure of the Frizzled 4 receptor in a ligand-free state

无配体状态下卷曲蛋白4受体的晶体结构

杨仕璠，徐菲（上海科技大学iHuman研究所）等

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0447-x

（导读 卓思琪）卷曲蛋白受体(FZD)属于F型GPCR受体，它与Wnt信号有关，并在器官发育中发挥作用。本文展现了无配体结合状态下人类FZD4的跨膜区结构，该结构与传统GPCR多有不同：其6号跨膜螺旋短小紧凑；跨膜区整体狭窄且高度亲水，不与传统GPCR配体结合。分子模拟和突变实验显示，7号螺旋附近的两个动态扭结（kink）结构可能与其激活相关。这些结果表明FZD可能进化出了与其他GPCR不同的配体识别和激活机制。

Abstract

地球科学

Geoscience

Sensitivity of atmospheric CO2 growth rate to observed changes in terrestrial water storage

大气CO2增长率对陆地水储量变化极为灵敏

Vincent Humphrey, Sonia I. Seneviratne, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0424-4

（导读 阿金）陆地生态系统平均吸收30%的人为二氧化碳（CO2）排放，由此放缓大气中CO2浓度的增加。本研究通过卫星重力测量对陆地水储量变化的观测数据研究其对全球及区域碳循环影响，发现CO2增长速度对陆地水储量变化极为敏感，干旱年份期间大气CO2的浓度增长速度更快，此与已知的温度效应无关。结果强调了陆地水和碳循环的重要相互作用。

Abstract

Deep learning of aftershock patterns following large earthquakes

深度学习探究大地震后的余震模式

Phoebe M. R. DeVries, Fernanda Viégas, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0438-y

（导读 阿金）余震是对于大地震产生的应力变化的相应，库仑破裂应力变化可能是最广泛使用的余震空间分布解释标准，但应用尚有争议。本研究使用深度学习方法来识别基于静态应力压力的标准，无需事先假设断层方向便可预测余震。通过用13.1万场以上主震-余震训练神经网络，其预测准确率高于经典预测手段，提供了一种新的余震方位预测方法。

Abstract

Global land change from 1982 to 2016

1982年到2016年全球土地利用方式变化

Xiao-Peng Song, Matthew C. Hansen, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0411-9

（导读 阿金）全球土地利用和植被变化会极大改变地球能源平衡和生物地球化学循环。本研究分析了1982到2016年间全球土地动态变化的卫星观测数据：发现全球森林覆盖增加了224万平方千米，裸地减少116万平方千米，60%的土地变化直接与人类活动相关，主要是热带森林砍伐和农业扩张、温带造林、农田集约化和城市化。结果有助于深入了解地球环境变化。

Abstract

物理

Physics

Measurements of the gravitational constant using two independent method

两种独立测量引力常量的方法

黎卿，薛超，刘建平，邬俊飞，杨山清，邵成刚，罗俊（华中科技大学）等

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0431-5

图片来源：sciencenews.com

（导读 胡琦琳）牛顿引力常量G是自然界中最基本的常量之一，但由于测量中系统误差的存在，一直无法得到G的精确值。本研究为减小相同的系统误差带来的影响，利用扭摆实验的摆动周期法和角加速度反馈法分别独立的测定G值，分别得到6.674184 × 10⁻¹¹ m³/kg•s²和6.674484 × 10⁻¹¹m³/kg•s²。目前为止，这两个值的不确定度最小，并且都符合两个标准偏差内的最新推荐值。

Abstract

Probing high-momentum protons and neutrons in neutron-rich nuclei

探测富中子核中的高动量质子和中子

The CLAS Collaboration

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0400-z

（导读 卓思琪）实验表明原子核中的一些核子能形成拥有高核动量的中子-质子对。但是，富中子核中的过剩中子如何形成如此近的核子对的原因尚未明了。本研究首次用高能电子将中到重核中的中子撞出，并发现高动量质子的比例随核中中子的过量显著增多，而高动量中子略有减少。这对理解核部分子的部分动量分布函数和原子核束缚的夸克分布的变化有重大意义。

Abstract

Resonant domain-wall-enhanced tunable microwave ferroelectrics

畴壁谐振增强的可谐调微波铁电体

Zongquan Gu, Jonathan E. Spanier, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0432-4

（导读 阿金）铁电体中的畴壁会导致器件的高介电损耗和对施加电场的响应滞后，因此可协调电介质常在压电谐振条件下运作。本研究使用固有可调谐材料，所产生的千兆赫兹微波的可协调性和介电损耗优于最好的薄膜器件，可与块状单晶相比拟。由于畴壁波动，测得的品质因子超过理论预测的零场固有极限。该结果为铁电材料尤其是畴结构应用开辟新道路。

Abstract

其他

【Astrony-天文】The gravitationally unstable gas disk of a starburst galaxy 12 billion years ago

120亿年前星暴星系的引力不稳定的气体盘

K. Tadaki, D. Iono, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0443-1

（导读 雷鸣）早期宇宙亚毫米波段明亮的星系中，恒星形成速率是银河系的1000倍，但因需要非常高的角度分辨率，科学家对其物理和动力学性质的研究极其有限。本研究运用550秒差距线性分辨率望远镜观测红移值4.3（宇宙年龄少于20亿年时）的亚毫米星系中心的气体和尘埃，发现星系中心的气体盘呈现引力不稳定，说明星系自引力强于较差自转及内部压力，并预测星系将在1亿年内耗尽这些气体。

Abstract

【Ecology and Evolution-生态演化】Fitness benefits and emergent division of labour at the onset of group living

群体生活的适应性收益与劳动分工的出现

Y. Ulrich, D. J. C. Kronauer, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0422-6

（导读 阿金）在社会性昆虫等类群中，群体生活的适应增益可能与劳动分工相关。本研究使用长期自动行为跟踪手段研究克隆蚁群，结合数学建模，发现从6只蚂蚁起就会出现劳动分工。结果表明在社会群体中劳动分工、群体内稳态提高和更高的适应性是自然产生的，而群体扩大的规模效应在群体初级阶段即可促进社会凝聚力。

Abstract

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