打破新记录！2天中国学者发表12篇Nature，Science及Cell

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在2023年3月1日及2023年3月2日，中国学者在Nature，Cell 及Science 共计发表了12项研究成果，iNature系统盘点这些研究成果：

【1】一种具有可编程位点特异性的可推广策略，用于在未受干扰的染色质上对组蛋白修饰进行原位分析，仍然是非常可取的，但具有挑战性。2023年3月2日，北京大学陈鹏，季雄及秦芳菲共同通讯在Cell 在线发表题为“Linking chromatin acylation mark-defined proteome and genome in living cells”的研究论文，该研究开发了一种单位点解析多组学(SiTomics)策略，用于系统地绘制动态修改的图谱，并随后分析由活细胞中特定染色质酰化所定义的染色质化蛋白质组和基因组。通过利用遗传密码扩展策略，SiTomics工具包揭示了短链脂肪酸刺激后不同的巴豆酰化(如H3K56cr)和β-羟基丁酰化(如H3K56bhb)，并建立了染色质酰化标记定义的蛋白质组、基因组和功能的联系。这导致了GLYR1作为一种独特的相互作用蛋白在调节H3K56cr的基因体定位，以及发现了bhb介导的染色质调节下的一个升高的超级增强子库。SiTomics提供了一种阐明“代谢物-修饰-调控”轴的平台技术，它广泛适用于多组学分析和酰基化以外的修饰和组蛋白以外的蛋白质的功能解剖。【2】2023年3月2日，厦门大学王鑫团队在Cell 在线发表题为“β2-microglobulin functions as an endogenous NMDAR antagonist to impair synaptic function”的研究论文，该研究通过异种共生和血浆输注，发现血源性因子驱动唐氏综合征的突触缺陷。蛋白质组学分析显示，人类DS血浆中主要组织相容性复合体I类(MHC-I)成分β2-微球蛋白(B2M)升高。在野生型小鼠中全身给药B2M导致突触和记忆缺陷，类似于在DS小鼠中观察到的缺陷。此外，B2M基因消融或全身给药抗B2M抗体可抵消DS小鼠的突触损伤。在机制上，B2M通过与GluN1-S2环的相互作用拮抗NMDA受体(NMDAR)的功能；使用竞争性肽阻断B2M-NMDAR相互作用恢复NMDAR依赖的突触功能。总之，该研究结果确定B2M是一种内源性NMDAR拮抗剂，并揭示了循环B2M在唐氏综合征及相关认知障碍的NMDAR功能障碍中的病理生理作用。【3】2023年3月2日，由中国水产科学研究院黄海水产研究所、青岛华大基因研究院、德国阿尔弗雷德•魏格纳研究所、澳大利亚联邦科学与工业研究组织等机构组建的国际研究团队在Cell 发表题为“The enormous repetitive Antarctic krill genome reveals environmental adaptations and population insights”的研究论文，完成了迄今为止最大动物基因组参考序列——南极磷虾基因组组装，并揭示了南极磷虾适应极端环境和群体历史演化的分子基础。【4】2023年3月2日，山东大学于晓-孙金鹏教授研究团队，联合浙江大学医学院、良渚实验室张岩研究员团队以及山东大学第二医院冯世庆教授团队在Science 杂志在线发表了最新的研究成果 “Unsaturated bond recognition leads to biased signal in a fatty acid receptor”（双键的识别引起脂肪酸受体偏好性信号转导）。该研究揭开了GPR120芳香氨基酸选择性识别不饱和脂肪酸不同位置的双键来响应下游不同效应器发挥众多功能的神秘面纱，具有里程碑的意义，为推动开发精准靶向GPR120的新型高效不饱和脂肪酸类药物提供了理论依据和结构基础，同时为糖尿病、肥胖以及炎症等疾病的药物开发和治疗带来新的曙光。
【5】2023年3月2日，清华大学张强及郑博共同通讯在Science 在线发表题为“Record-high CO2 emissions from boreal fires in 2021”的研究论文，该研究利用卫星大气反演系统监测北方森林的火灾发生。野火正在迅速蔓延到北方森林，出现了温暖和干燥的火灾季节。通常占全球火灾二氧化碳排放量10%的北方火灾，在2021年贡献了23%(4.8亿公吨碳)，是自2000年以来的最高比例。2021年是不正常的一年，因为北美和欧亚北方森林同时经历了最严重的缺水。越来越多的极端北方火灾和更强的气候-火灾反馈对减缓气候变化的努力构成挑战。【6】2023年3月2日，云南农业大学陈玮、盛军及中国科学院植物研究所李绍华共同通讯在Science 在线发表题为“Dual domestications and origin of traits in grapevine evolution”的研究论文，该研究通过全球3525种栽培和野生葡萄品种来阐明葡萄的进化和驯化历史。在更新世，由于生境的持续破，恶劣的气候促使野生葡萄生态型的分离。然后，大约在11000年前，西亚和高加索地区同时发生了驯化，产生了食用和酿酒葡萄。西亚的驯化品种随着早期农民分散到欧洲，与古老的西方野生生态类型相融合，随后在新石器时代晚期沿着人类迁徙的轨迹多样化为麝香葡萄和独特的西方酿酒葡萄祖先。驯化性状的分析也揭示了对浆果适口性、雌雄同体性、麝香味和浆果颜色选择的新见解。这些数据证明了葡萄在欧亚大陆农业早期发展中所起的作用。【7】2023年3月1日，北京大学刘磊、陈基及中国科学院大学周武共同通讯在Nature 在线发表题为“Disorder-tuned conductivity in amorphous monolayer carbon”的研究论文，该研究报告了通过不同的生长温度来调节AMC薄膜的DOD和电导率。具体而言，热解阈值温度是生成具有中程阶数(MRO)的变距跳导电AMC的关键，而温度升高25℃会导致AMC失去MRO而变为电绝缘，片状电阻增加10⁹倍。除了可以看到嵌入在连续随机网络中的高度扭曲的纳米晶体外，原子分辨率电子显微镜还显示了MRO的缺失/存在以及纳米晶体的温度依赖性密度，这两个顺序参数被提出来完全描述DOD。数值计算建立了电导率图作为这两个参数的函数，直接将微结构与电学性质联系起来。总之，该研究代表了在基本层面上理解非晶材料的结构-性能关系的重要一步，并为使用二维非晶材料的电子器件铺平了道路。【8】2023年3月1日，上海交通大学黄兴溢及宾夕法尼亚州立大学王庆共同通讯在Nature 在线发表题为“Ladderphane copolymers for high-temperature capacitive energy storage”的研究论文，该研究开发了一种用于高温电容储能的阶梯状聚合物。这种阶梯状聚合物在高电场和高温下，电导率比现有聚合物低一个数量级以上。结果表明，该阶梯状聚合物在200℃时的放电能量密度为5.34 J cm⁻³，充放电效率为90%，优于现有的介电聚合物和复合材料。阶梯状聚合物通过π -π叠加相互作用自组装成高度有序的阵列，从而获得了1.96 ± 0.06 W m⁻¹ K⁻¹的内在通平面热导率。聚合物薄膜的高导热性允许有效的焦耳散热，因此，在高温和高电场下具有优异的循环稳定性。该聚合物击穿自愈能力的证明进一步表明了阶梯状结构的应用前景。

【9】2023年3月1日，北京师范大学张强及申泽西共同通讯在Nature 在线发表题为“Oceanic climate changes threaten the sustainability of Asia’s water tower”的研究论文，该研究使用拉格朗日粒子弥散模型和卫星观测将2003-2016年期间南部TP每月约1 Gt的TWS下降归因于来自北大西洋东南部降水-蒸发（PME）的西风带亏缺。该研究进一步表明，HMA阻断了PME亏缺向中心TP的传播，导致TWS每月增加约0.5 Gt。此外，暖化导致的降雪和冰川融化以及干化导致的TWS耗损削弱了HMA山脉的阻塞，导致TP的TWS亏缺自2009年以来持续向北扩大。2020-2021年期间卫星观测验证的两种排放情景下的未来预测表明，到21世纪末，总TP中高达84%(SSP245)和97%(SSP585)可能受到TWS亏缺的影响。总之，该研究结果表明HMA朝着不可持续的水系统发展的轨迹可能会加剧下游的水压力（点击阅读）。

【10】2023年3月1日，电子科技大学乔梁、英国国家钻石光源周克瑾、北京师范大学黄兵及成都大学王清远共同通讯在Nature 在线发表题为“Critical role of hydrogen for superconductivity in nickelates”的研究论文，该研究在最佳Sr掺杂的Nd_0.8Sr_0.2NiO₂H外延薄膜中，二次离子质谱显示了大量的H以Nd_0.8Sr_0.2NiO₂H_x (x≅0.2-0.5)的形式存在。在0.22≤x≤0.28的很窄的H掺杂窗口内，电阻率为零，清楚地表明H在超导中的关键作用。共振非弹性X射线散射证明了源于根尖氧脱嵌的流动间隙s (IIS)轨道的存在。密度泛函理论计算表明，电负性H^–占据了尖端氧位，湮灭了IIS轨道，减少了IIS-Ni 3d 轨道杂化。这使得掺杂H的Nd_0.8Sr_0.2NiO₂H_x的电子结构更加二维化，这可能与观测到的超导性有关。总之，该研究强调了H是外延无限层镍合金超导性的重要组成部分（点击阅读）。

【11】2023年3月1日，南方科技大学冯炼团队在Nature 在线发表题为“Coastal phytoplankton blooms expand and intensify in the 21st century”的研究论文，该研究表明21世纪海岸浮游植物水华扩大和加剧。该研究使用1公里空间分辨率的全球卫星观测，绘制了2003年至2020年期间每天的海洋沿海藻类繁殖图。结果发现，在被调查的153个沿海国家中，有126个发生了藻华。在全球范围内，繁殖的空间范围(+13.2%)和频率(+59.2%)在研究期间显著增加，而在北半球热带和亚热带地区减弱。作者记录了藻华趋势与海洋环流之间的关系，并确定了最近海洋表面温度升高的刺激效应。作者编制的每日沿海浮游植物水华图为全球水华风险和效益评估以及制定或评估管理或政策行动提供了基础（点击阅读）。

【12】2023年3月1日，浙江大学张国捷团队在Nature 发表题为“Evolution of the germline mutation rate across vertebrates”的研究论文，发布了对脊椎动物隔代突变率的研究成果，是迄今为止对脊椎动物新生突变率最广泛的研究。通过跨物种的比较分析，该研究揭示了不同物种胚系突变率差异的根本原因和演化规律（点击阅读）。

在染色质未受干扰的情况下，动态组蛋白修饰的系统范围分析是理解代谢稳态和转录调节之间的协调在健康和疾病的关键。短链脂肪酸(SCFAs)是结肠子细胞的主要能量来源，对胃肠道健康至关重要，短链脂肪酸会导致一些新发现的修饰，特别是组蛋白上的赖氨酸酰化。越来越多的证据已经开始表明，它们在不同的细胞过程中起着显著不同的作用，包括细胞命运规范、发育、免疫以及疾病的病因学。然而，潜在的分子细节仍然难以捉摸，这主要是由于缺乏可推广的工具来调查和深入分析基因组区域和由活细胞中位点特异性组蛋白修饰定义的相关染色质蛋白质组。

目前的方法主要依靠特异性抗体、染色质阅读器或人工染色质的亲和力来探测组蛋白修饰的基因组定位和/或蛋白质相互作用组。然而，这些策略受到以下因素的阻碍：(1)每个染色质标记的高质量抗体或特定阅读域的可用性有限，(2)内源性结合蛋白的表位覆盖范围，以及(3)目前对有序组织染色质结构的方法具有侵入性。因此，在活细胞生理染色质的背景下，一种具有可编程位点特异性的可推广的方法对不同组蛋白修饰进行全基因组分析仍然是非常可取的，但具有挑战性。

文章模式图（图源自Cell ）

该研究开发了一种单位点解析多组学(SiTomics)策略，用于全面分析不同组蛋白位点上修饰的动态变化和化学计量学(位点分析)，以及它们特定的基因组位置(Site-seq)和单位点特异性的染色质依赖相互作用蛋白质组(site-link)。该研究的位点分析策略显示了广泛的位点覆盖范围，而site-seq和site-link策略确保了将赖氨酸酰化及其光亲和类似物引入未扰动染色质的正交性和位点特异性。具有特定化学修饰的单位点分辨率的SiTomics比以前的基于抗体/读取器的技术更通用和可编程，并且对于后续的下一代测序和质谱(MS)分析更直接。

总之，这一综合策略揭示了SCFA衍生的代谢物在组蛋白H3上的赖氨酸56 (H3K56)(调节核小体可及性的关键位点)处理后的不同酰化。将SiTomics应用于H3K56上的巴豆酰化，揭示了特定的相互作用蛋白组和组蛋白的基因组定位。SiTomics进一步发现H3K56上的β-羟基丁酰化(H3K56bhb)与BRD4等辅激活剂共定位于超增强子区域。因此，该研究揭示了与组蛋白赖氨酸β-羟丁酰化(Kbhb)相关的全基因组超级增强子，这些超级增强子在SCFA介导的转录激活中具有潜在的关键作用。总的来说，SiTomics增强了对代谢物如何通过不同的染色质相互作用组和功能结果影响位点特异性组蛋白酰化的深入理解。

参考消息：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00109-5#%20

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