2010年11月18日 Nature 主要内容

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选自英国Nature杂志，2010年11月18日出版）# z4 W, P6 B: @: m2 `* u

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& x- z- {6 x1 W- N  o封面故事：冰岛火山喷发的前兆/ g9 \4 I1 [5 O; L3 z! K
Intrusion triggering of the 2010 Eyjafjallajökull explosive eruption
& ~) X1 M3 J+ r3 N( y4 W) }9 j今年4月使欧洲空运陷入混乱的火山灰是由冰岛火山排放出的，该火山此前已间歇性地活跃了约18年。研究人员将基于空间的详细大地测量结果与对Eyjafjallajökull火山在产生大量火山灰的最终喷发前一段时间的地震监测数据结合起来，发现了可能是由其处在断层附近的环境（这种环境有温度相对较低的地表下结构，而且在浅层的岩浆有限）造成的异常变形模式。就该火山这种戏剧化的重新觉醒的可预测性而言，在2010年该火山的最初喷发将要发生前的短期喷发前兆非常微妙，难以检测，但在此之前的几个星期、几个月和几年时间里有关该火山不稳定的明显迹象，也许可以为将要发生的那次灾难性喷发提供更好线索。（Letter p. 426）图片提供：Fredrik Holm
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2 ~/ B8 D! x* D8 W7 V+ M  QWIMP暗物质何时能够观测到？（Now or never for WIMPs?）8 l, Z! g  [& ?+ g! i5 }) A, z# ]
The moment of truth for WIMP dark matter% l9 T# n7 H6 H/ X" Q7 K
粒子物理学家对暗物质的问题提出了几十种不同答案：暗物质构成宇宙中所有物质的85%，但我们仍不知道它到底是什么。在关于暗物质性质的不同提法中，WIMPs（弱相互作用大质量粒子）正吸引人们特别的注意，因为它们是从寻求延伸粒子物理标准模型的新理论自然而来的。在本期Nature上的一篇Review文章中，Gianfranco Bertone解释了为什么他认为关于WIMP暗物质的真理时刻已经到来。如果位于欧洲核子研究中心的“大型强子对撞机”和目前正在进行的新一代天体粒子物理学实验无法在今后十年观测到WIMPs，他认为，已经远远滞后的物理学新时代将会再停滞20年或更长时间，到那个时候，新一代粒子对撞机也许就会问世。（Review p. 389）% d* y# ]6 w* R( ~& R2 c

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生成大脑中命令链的神经机制（Neuronal sequence generation chain of command）# @/ ~6 e9 e, a+ V4 \$ V4 o
Support for a synaptic chain model of neuronal sequence generation# O0 V' P+ c6 Z/ r& K3 R
大脑中决定序列生成的神经机制的性质仍是神经科学中一个没有得到回答的基本问题。鸣禽大脑中运动前区中的单个神经元能根据鸣叫声的动态发出协调的、在时间上精确的脉冲，因此这种鸟为这方面的研究提供了一个理想模型。现在，Long等人报告了一个技术上的“绝活”：对鸣叫的鸟的HVC神经元进行细胞内记录，这使他们能够验证关于脉冲产生的模型。他们发现，在脉冲发生前5-10毫秒，膜电势迅速去极化。这个发现与HVC神经元形成突触连接链的模型是一致的。（Article p. 394）, Q$ C' n$ z; d$ v
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& D& \# v8 s# y  }8 d% F( y识别茉莉素植物激素的受体（Three-part receptor for jasmonate plant hormones）
) O& U! Z- u+ `+ JJasmonate perception by inositol-phosphate-potentiated COI1–JAZ co-receptor7 n7 o) _! l9 I( n: J* ~1 e# U
几种重要植物激素的受体最近几年已被发现，包括植物生长素（茁长素）、赤霉素和脱落酸的受体，而且结构-功能研究也显示了它们的作用机制。现在，植物细胞识别“茉莉素植物激素”（生长调控、发育和防卫响应中的关键成分）也已被发现。茉莉素受体是一个三分子复合物，由F-box 蛋白 COI1、一个JAZ (JASMONATE ZIM-domain)转录抑制因子和“肌醇戊基磷酸盐”(inositol pentakisphosphate)组成。所有三个成分都是高亲和性激素结合所必需的。用于茉莉素识别的这个体系涉及与迄今所研究的其他植物激素的机制截然不同的机制，尽管它们都取决于由激素调控的蛋白相互作用。（Article p. 400）
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' E' a& z/ Y: O* D! f  g2 ]/ {另外一种DNA修复机制（An alternative DNA repair mechanism）: M% Z& o  p& z. t# R8 t
An unprecedented nucleic acid capture mechanism for excision of DNA damage7 w- h" K$ t  w
被烷基化或脱氨基的DNA碱基，在一个保护基因组完整性、但同时又会干预癌症烷基化疗法的过程中被DNA糖基化酶（修复酶）清除。迄今所研究的DNA糖基化酶采用一个被修饰的碱基插入活性点的机制。现在，最近发现的DNA糖基化酶AlkD的结构已被确定，并且也显示了一个非常不同的机制。按这种机制，被修饰的碱基从一个“螺旋外”位置伸出，这个位置只使N3- 和N7-被烷基化的碱基发生解理。DNA与AlkD的串联HEAT重复段的相互作用使DNA 骨干发生扭曲，从而使“非Watson–Crick碱基对”能够被检测到。AlkD酶在细菌、古细菌、植物和真核生物中普遍存在，这便提出了一个有趣的问题：为什么消除基因组烷基化损伤会有另一种机制？（Article p. 406）
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7 Q6 v3 u3 d- e4 S/ v+ N由甲虫启发研制出的新型手性材料（With the beetles: new chiral nematic materials）2 k  W& m; h! }. B" A3 N8 W
Free-standing mesoporous silica films with tunable chiral nematic structures
$ _$ K, s$ |9 N: E3 a在自然界，一些甲虫壳由于构成甲虫外骨骼的壳质的手性组织而表现出彩虹色。受甲虫壳中所见到的设计原理的启发，Mark Maclachlan及其同事制造出了有螺旋孔的玻璃薄膜，这些螺旋孔是利用一种可再生的纤维素模板引入的。手性结构使该材料能够选择性地反射某一特定波长的光；该波长可通过在合成过程中改变二氧化硅对纤维素的比例来在整个可见光范围内调整。该材料可以独立存在，而在吸收水后会使其结构立即变成无色，尽管颜色在该材料干后还会恢复。这些材料中手性、中孔性和光子性能的新颖组合意味着，它们在如新型涂层、智能窗户、传感器和显示器等各种不同应用中也许会有用武之地。（Letter p. 422; News & Views）
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" `" I) z# _8 q, m8 M) C% ]' `$ Y基于捕捞量的渔业资源数据会误导人（Catch-based fisheries data can mislead）
8 L$ P9 n8 |2 zThe trophic fingerprint of marine fisheries
* y3 n( v2 P2 ~* s3 W9 O5 Z人们常说，工业化的渔业生产是“从上向下破坏海洋食物链”的：先将食物链顶端的捕食者（如金枪鱼）捕捞干净，然后再瞄准它们的猎物（以浮游植物为食者，如牡蛎和沙丁鱼）。但从上往下涉及海洋生态系统不同营养层的新的全球数据，几乎没有显示关于这种模式的资源顺序性枯竭的任何证据。相反，对根据所报告的捕捞量做出的关于广泛采用的海洋指标“平均营养水平”(MTL)的模型预测结果与生态系统实际MTL所做比较显示，捕捞强度在海洋食物链所有水平上都加大了。这个趋势会被基于捕捞量的数据的采用而掩盖，而且如果要对未来渔业资源的破坏和恢复进行准确监测的话，我们可能需要将焦点从基于捕捞量的指标转向利用科学调查和模型所进行的对真正丰度的跟踪。（Letter p. 431; News & Views）
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气候在性别决定中的作用（Sex determined by climate）7 W# {5 T% B# `: e2 D
Climate-driven population divergence in sex-determining systems6 ~( p( S" |0 D! R
在脊椎动物中，性别既可以由遗传来决定，也可以由胚胎所感受到的温度来决定，但这种变化的演化原因仍然不是很清楚。Pen等人发现，在其生活范围的不同极端气候条件下，胎生蜥蜴会采用不同的性别决定机制——在低地用温度来决定，在高海拔用基因型来决定。关于由海拔来决定性别的趋异化自然选择是由气候对蜥蜴生活史的影响以及年际温度波动幅度的变化引起的。这些结果为性别决定体系中的物种内差异确定了一种适应性解释。（Letter p. 436）
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( u5 t/ O" G- B' ~% {$ u- I细菌中的接触毒素（Contact toxins in bacteria）& P: {$ x# X: D; G) D2 p+ \& r
A widespread family of polymorphic contact-dependent toxin delivery systems in bacteria
( S0 \4 A* e8 g$ a首次于5年前在大肠杆菌中发现的“依赖于接触的生长抑制” (CDI)，是“细胞到细胞接触”用来抑制没有这一体系的细菌细胞生长的一个机制。CDI由“二伙伴”分泌蛋白CdiA 和 CdiB调控，一个小的免疫蛋白CdiI保护其不受自身抑制作用影响。现在CDI中所涉及的一些相互作用已经搞清：CdiA的毒性被限制在该蛋白的羧基端(CdiA-CT)。对大肠杆菌其他菌种和细菌物种所做的搜索显示这个体系是广泛存在的，一系列细菌含有一个或多个CdiA同源染色体，其中有不同的CdiA-CT毒素序列。这些发现表明，CDI体系构成一个错综复杂的免疫网络，在环境中的细菌生长竞争中发挥一个重要功能。（Letter p. 439）1 X* z5 G4 ?% J: z( @1 f( B* E
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免疫蛋白“perforin”的功能及微孔的形成（Perforin and pore formation）
6 Q/ o* k( L4 p' G( ?The structural basis for membrane binding and pore formation by lymphocyte perforin3 W6 }$ Y; ]. v% h+ {& s
能够形成微孔的免疫蛋白“perforin”是消除被病毒感染的细胞及癌变细胞所必需的，由自然杀手及细胞毒性T-细胞释放。现在，一种“perforin”单聚物（小鼠perforin R213E）的结构已被确定。对该结构所做分析同时结合对低聚孔的一个冷电子显微镜重建结果表明，这个孔内的“perforin”单聚物与依赖于胆固醇的溶细胞素在结构上同源的单聚物相比采用一种“内面向外”的取向。这种新颖的适应性也许可解释“perforin”是怎样将支持细胞凋亡的蛋白酶(granzymes)送入目标细胞中的以及相关的互补免疫蛋白是怎样组装成微孔的。（Letter p. 447）5 Y  |' {" P4 O' s2 e

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逃避先天性宿主抗病毒反应的机制（Evasion of host antivrial mechanisms）& g  E# }0 F2 S0 b' h
2′-O methylation of the viral mRNA cap evades host restriction by IFIT family members/ n4 l7 M: f( b) V& T, Y) k
很多细胞和病毒信使RNA是在5´鸟苷帽的2´-O位置被甲基化的。这种修饰在病毒感染中的作用一直不清楚。现在，Michael Diamond及其同事发现，这种形式的甲基化能使几种不相关的病毒通过逃避由干扰素刺激的基因所产生的抑制来逃避先天性宿主抗病毒反应。这为细胞mRNA 的 2´-O端甲基化提出一个演化解释：它也许能够在感染条件下将自身RNA与非自身RNA区分开来。专门抑制胞质病毒2´-O端甲基转移酶的药理性试剂也许有广谱抗病毒活性。（Letter p. 452）
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& f* w9 ~" P, a, K! s" c/ C让长春花生成氯化生物碱的方法（Gilding the periwinkle）
! V" U0 x7 B- ]. G. P  u$ l7 mIntegrating carbon–halogen bond formation into medicinal plant metabolism
0 }" {& h8 d% K# j  c: _4 |药用植物能产生各种不同的在结构上很复杂、在制药上很重要的产物，但能生成的卤化物相对却较少。Runguphan等人通过将负责土壤细菌中氯化的生物合成机制引入长春花(Catharanthus roseus)的基因组而弥补了这一缺陷。原核卤化酶在植物细胞中发挥功能，生成色氨酸，后者再被单萜吲哚生物碱代谢通道利用来生成氯化生物碱。（Letter p. 461）