盘点】近期Nature研究十大亮点

1195963542

/ @- r$ `8 B) g! y" @6 P$ R5 ^

1 }. p: u; \: z6 P2015年12月13日 ～ 2016年1月12日Nature研究亮点如下。
; Q/ h! Y1 ^7 M: g) n8 F2 v3 j
: d" Y5 Z8 A: C- }0 d4 T+ h1. 2015年Nature十大科学人物$ Q/ Q% R- c: l. Q
, ~* W5 H( R. j+ ^0 I/ D' C
由Nature杂志编辑评选出的2015年 “Nature十大科学人物”，透过重大事件和发现，来观察人类在科学方面所做努力。今年的十大科学人物是：联合国气候变化负责人 Christiana Figueres、基因编辑先驱黄军就、NASA 冥王星专家Alan Stern、化学工程师鲍哲楠、伊朗核工程师/外交家Ali Akbar Salehi、天文学家和女权人士Joan Schmelz、人口遗传学家David Reich、超导研究人员Mikhail Eremets、合成生物学家hristina Smolke和 “再现性项目”(Reproducibility Project)的Brian Nosek。/ Z3 a5 V. x% \3 t5 N5 I* w
# D( N% |! c% r
原文来自：365 days: Nature’s 10
4 c! G( W% @! f8 X: l" k 8 [, c* A, a/ X1 p9 B; ^
doi: 10.1038/528459a
/ q; m% t: @3 l' T ( t( _. u: \" B: {
1 Y9 o& z0 }- {& H

8 X$ @/ F% k8 `9 b" I图片来自：Nature.com
  @' T; G9 T& x, ~9 l: ] 8 O* @! h) `$ A2 Z% d
2. 学习过程中神经序列的形成
6 r) l; ^7 w) k: |/ o' x$ ] + R/ @* ]) K. {+ X4 K
神经活动的特定序列，已在导航、复杂运动、记忆形成和其他行为中，被观察到，但仍不清楚它们在学习过程中是怎样形成的。在这项研究中，Michale Fee及同事，通过记录来自幼鸟运动前区HVC的活动，来跟踪在学习鸣叫的“音节”时神经序列的形成。他们观察到，“原始”音节形成的早，随着学习过程的进展，多个新的、高度分化的神经序列从这一前体音节形成和出现。作者提出了一个机制模型，在其中，多个神经序列可从一个共同的前体序列的生长和分解中形成。
) A3 j) p/ K# Z1 l; z) j: }) c
$ y* N# C) q9 a& b% ^; X原文来自：Growth and splitting of neural sequences in songbird vocal development
, E4 |, N; B6 h' B
6 B+ c! O2 s0 c8 [5 B. `' |, {. [doi: 10.1038/nature15741 / H- ~$ a0 e" t- h( m

$ o" q' G% f  r' D6 K, W3. 从古DNA推导出的选择压力
+ l& Z* Q* G% R) j6 ]8 [ ( d& T6 _/ Y$ {& \8 w% }
该研究将古DNA用作观察人类演化的一个关键时期，该时期是距今大约8500年欧洲人类种群生存的事情。研究人员获得了来自从公元前6500年到公元前300年的230个 “西欧亚人” (West Eurasians)，包括来自26个新石器时代安纳托利亚人的样本，获得了全基因组扫描数据，它们代表着来自东地中海的第一个全基因组古DNA。作者发现了与饮食、色素沉积和免疫相关的位点上的选择证据。最强的选择信号，在负责 “乳糖酶持久性”的等位基因上，这一发现支持以下观点：可观频度的“乳糖酶耐受性”，只是过去4000年才在欧洲出现。% J1 Z; n& {4 ?) w1 b" b" W
5 K7 I5 N, g, |$ q& n. ~$ C
原文来自：Genome-wide patterns of selection in 230 ancient Eurasians
0 D7 b. I9 {" C3 ]0 n % e& C* w7 I8 [, F& A3 V3 V
doi: 10.1038/nature16152　
4 D  S7 q9 R# u# [# q   H% ~" j( Y) {& Q% b# H
4. 通过网络分析合成复杂分子; N8 T- h0 X8 ~6 _- u3 \

; g6 s9 g) f" K; sRich Sarpong及同事通过对由E. J. Corey在上个世纪70年代定型的 “网络分析”方法进行改进，建立了用于合成二萜生物碱家族中多个成员的一个统一方法。作者利用这一框架识别出一个多功能合成中间体，它可帮助weisaconitine D 和 liljestrandinine以及gomandonine的核心的合成。为这项研究开发的基于web的确定性绘图程序，具有更普遍地应用于其他在架构上具有挑战性的分子的分析和合成的潜力。
& W+ ^# `, T! Y9 _# k$ m
8 I: S4 v4 Y- h: e. H原文来自：Network-analysis-guided synthesis of weisaconitine D and liljestrandinine
$ d3 u) f: S- P  I: |. W6 G
0 o% Z: \, r9 H, d- Z0 O0 Ndoi: 10.1038/nature16440　
- e9 M2 E6 r' f6 j! C+ q5 j% {
% N8 n$ Y+ V& X; [4 F/ m. Q  X5. 该重新思考硝化作用了2 X/ m. I( y( F  w3 W9 O9 Y
- D! H5 B* t/ w) T' B0 W
两个小组在本期Nature上报告了编码催化 “完全硝化”所需的全部酶的硝化螺菌(Nitrospira)的富集和表征。 “完全硝化”，是一个表现型，被称为 “comammox” (“complete ammonia oxidation”的一个缩略词，即 “完全氨氧化”)。此前，这一包括两个步骤的反应，被认为涉及一个互养(cross-feeding)相互作用中的两种生物。系统发育分析显示，“comammox”型硝化螺菌存在于若干个多样化的环境中，所以这些发现，有可能根本性改变我们关于氮循环的观点，和开创硝化作用研究的一个新的前沿领域。
& S' t5 n- r7 o/ p
2 D6 t8 T7 E. Z' n2 t原文来自：Complete nitrification by Nitrospira bacteria  w9 B# K4 m$ i$ P8 s  S3 Y$ I
1 u4 u& ~8 G9 v# q# y
doi: 10.1038/nature16461　
  R+ H- r  o# r3 z 7 S6 {1 R# b2 q1 w) A
doi: 10.1038/nature16459　. A3 v, f- J7 S' V0 z& F" f
4 _# M: L9 n! P( l
6. 制备镁合金复合材料的一个新途径
! E6 {$ I: C$ A: D% ]
$ B6 k- Z; u, Q" n; z; z当前最好的镁合金非常轻，但却没有其他结构金属所具有的强度。基于镁的复合材料有可能提供一种在保持轻质的同时提高强度的办法。在这项研究中，Xiao-Chun Li及同事，演示了通过纳米颗粒在熔融金属中的自稳定过程，来让碳化硅纳米颗粒在镁中致密、均匀分散(体积比14%)的一种生产方法。这样获得的复合材料的强度、硬度、弹性和高温稳定性，都有所提高。通过克服在金属基底中分散纳米颗粒的长期未能解决的挑战，这一新方法，也许能为高性能轻质金属复合材料的制备，提供了一个广泛适用的途径。8 o3 y# \: e( Z  ]+ O( D( [
$ e7 F: f/ O( X
原文来自：Processing and properties of magnesium containing a dense uniform dispersion of nanoparticles
2 A3 r3 @3 D( A; h. [% j ) Q* K+ W1 |+ N- y( X
doi: 10.1038/nature16445　8 ?2 @( P) Q0 w5 r: R) g* _
* x% o3 Q2 h, ?2 ?
7. 小肠修复机制
" A0 L' f8 @! c) f' t. v
! D  b$ \" w: X; R* N通过小肠干细胞(ISC)活性的调控，来支持正常小肠上皮维护的细胞信号，已得到很好表征，但在损伤后ISC腔室的调控中所涉及的信号仍不清楚。Alan Hanash及同事发现，先天淋巴样细胞在受伤后，产生白介素-22 (IL-22)，来增加小鼠小肠细胞器的生长。他们进而显示，重组IL-22在人类和小鼠细胞器中，都能通过一个依赖于STAT3的通道、独立于Paneth细胞(这类细胞提供ISC维护信号)来促进ISC扩增。用IL-22治疗还能增强ISC从小肠受伤的恢复。
! |, v8 e9 J, `* t8 z& G7 ]
* F5 }# d, _+ k$ J% d/ _) @原文来自：Interleukin-22 promotes intestinal-stem-cell-mediated epithelial regeneration2 d/ l1 b: n& Y; t  k# c
$ m" l, R( H. p" r* e  X
doi: 10.1038/nature16460　
: m9 I: c- o3 g! ?; C5 ^* L
- L* b2 Q$ |7 E( ?! m
/ J- x! D; ^& P( L
! z( `' i" o) s9 X图片来自：Nature.com) ~, d, x* z5 ]5 u) h0 Q, ?' [2 a
# R# K& S/ C% C9 {9 j" Q8 T2 l
8. 根和叶微生物群的分析  {' I" L! I9 h: z
& g3 R+ n* U6 x; V! b' X4 L
健康植物的根圈(根)和叶圈(叶)的微生物群，由从分类学上来讲结构化的细菌群落组成。在这项研究中，作者纯化了来自拟南芥叶和根的近8000个细菌菌株，它们代表着存在于这些叶和根中的主要细菌门。对400个代表性菌种所做的基因组测序被用来评估土壤、根和叶微生物群之间的功能重叠，同时一个无菌的拟南芥系统，被用来重构与那些在自然环境中所见到的细菌群落相似的细菌群落。这些数据综合起来显示了，根与叶微生物群的成员之间相互迁移的可能性，以及细菌群落中的功能重叠，但也存在微生物群向它们各自小生境分化的证据。
- `% p, W  D4 T. F4 V- _
, ~! |5 v2 i% C# Y原文来自：Functional overlap of the Arabidopsis leaf and root microbiota# n$ t7 n5 t- K) B' Y
+ ?8 B9 c7 y0 a4 l
doi: 10.1038/nature16192
: |5 z7 t0 w7 o3 a1 c& @
; p. B  K; \6 C0 R+ g1 a9. 光遗传学的复合效应7 Z$ u; U+ z* ?" x; F1 N! a; Y4 i4 ~
+ a  M+ j0 ^' ?0 }7 Y8 b. a3 K
作为探索通过遗传方式定义的神经回路，在特定行为的执行中所发挥的功能的一种特定工具，光遗传学的发展，近年来是神经科学方面的一个引人瞩目的领域。然而，这些研究当中很多都没有考虑到神经回路的操纵，对在不同功能中独立发挥作用的其他下游回路，产生间接效应的可能性。在这项研究中，Bence Ölveczky及同事揭示了，哺乳动物和鸣禽的特定回路的瞬时失活，何以会严重影响任务特定性反应，这些反应在同一脑区域永久性损伤之后是本该能够自然恢复的。这表明，在解读来自行为的瞬时回路操纵的数据时，必须将更多的因素考虑进去。) f( `: m6 {6 k
  |7 n7 M$ W, a( y
原文来自：Acute off-target effects of neural circuit manipulations; S, V* \' f% W4 X( I$ O
7 t, l: _. c6 J' ]/ l
doi: 10.1038/nature16442
: ^; Q! E& ~* b# P 7 b; [& t$ \0 Q3 U/ e
- d4 @# F4 K0 p, b# H1 y' P
7 f) k; P2 H8 q! p
图片来自：Nature.com9 ^/ Q- N) J4 ]# u5 N! D# Z" {
5 ?- \4 s' q) y5 L
10. 蛋白A20的抗凋亡/抗炎作用
0 L, c, E: q) G. w! V3 h% O4 f/ z
) p/ R; X0 v0 p$ u' f4 S泛素编辑酶A20的功能受损，有助于发生各种不同的炎性综合症，和自体免疫疾病，包括风湿性关节炎、多发性硬化、克罗恩氏病和牛皮癣。在这项研究中，Ingrid Wertz等人确定了，A20的不同区域帮助调控炎症和细胞死亡的分子机制。
6 ^' J# c0 [0 Z2 d8 S4 h' I" u : ~% X2 H' c1 L! g, g/ i1 p
原文来自：Phosphorylation and linear ubiquitin direct A20 inhibition of inflammation; x( S5 S# a, R/ {, W3 {+ _

7 P* C/ y# E( d; k+ O) q( @2 ldoi: 10.1038/nature161654 p9 w* m1 r( A4 w7 b- S7 U5 b; o" e0 j