2010年9月02日 Nature 主要内容

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[自然要览]
6 `  R  K: L% [" w7 A( m2 P; L
# b6 D+ M2 h4 d( }（选自英国Nature杂志，2010年9月2日出版）* p. B7 S. V+ {. {6 `" Z% \& p
) }) }  E8 D. E+ {4 @

, X; ?+ b& A1 [6 D# y4 l: U' \6 K' Q封面故事：细菌产生抗药性的机制
; h0 g* t# u# OBacterial charity work leads to population-wide resistance: r8 j( Y1 H$ h$ f1 E8 U; {" O! q+ x
对抗菌素有抗药性的细菌菌种的出现，是临床环境中一个越来越大的威胁，但人们对它6 q5 Z, i2 ]7 F3 d  E) S, D5 w7 k. ^
们出现的过程却不是很了解。利用暴露于浓度不断增大的氟喹诺酮抗菌药“诺氟沙星”5 A" k7 [+ d9 o* z4 n5 v
的一个大肠杆菌连续培养物所做实验表明，少数自然出现的抗药变体能保护其种群的绝
) U9 u  u9 ^/ l5 G8 S/ v+ u大部分。这些具有高度抗药性的分离菌种产生信号作用分子“吲哚”，它能激发易感皮
+ U2 U" T. }: w肤中的药物外排泵和其他保护机制。这种利他行为使较弱的成分能够存活，并有机会进- P1 N+ U# g  i7 m" Q4 Q8 d
行有益的突变。对细菌的细胞内通信的使用情况进行更多研究，对于用以控制抗药性细( S6 f1 O1 d, N; r- Q# v' G! k
菌感染的临床干预手段的合理设计可能会被证明是有价值的。本期封面上的“红十字”6 s3 D0 I/ X2 B! P
图是用数字化手段从大肠杆菌种群的图像生成的。（Letter p. 82; News & Views）5 j' g+ s2 P! W! Y  _+ r# o
（封面图片由David Ascano、 Henry Lee、Michael Molla 和James Collins提供。）( b' P+ d+ c2 p  t1 X

8 E5 k( O" ?' q" \& t
' a  W' {7 O. H' ^5 ]  x& K气候变化对中国水资源和农业的影响（China’s growth factor）* K. v/ @8 ]" F/ T/ R. G6 B+ Q
The impacts of climate change on water resources and agriculture in China
+ {! S: W& [  K$ F6 K( `中国从2010年中期开始成为世界第二大经济体，并有望在几十年内成为第一大。该国具5 K4 p: ^: k/ M- y+ u0 f+ _" }8 Q
有巨大的气候和生态多样性。中国经济扩张对全球气候的可能影响已受到广泛研究，但
; e; W. t& M. k$ [, j人们对相反的过程——即中国自然系统和受控系统面对气候变化的脆弱性——却知之甚  `; a1 N! @. c' ]" T! M8 d# V
少。在一篇Review文章中，朴世龙（音译）等人对历史和未来气候变化对中国水资源和! A% t* P; y! z: S* O
农业的影响进行了评估。他们发现，气候方面（尤其是气温方面）存在明显趋势，但总. h- c( g/ ]1 c% ?- C" {8 D) K
体影响却被作物响应和预期气候（尤其是降水）的自然变化及不确定性所遮掩。按照一" T2 z+ a" ]7 F' F0 B- P3 `' I
个最佳情景，作物产量是恒定不变的，而按照最差情景，作物产量到2050年将有可能减0 n) o) j5 ^( y
少约20%。（Review p. 43）% f: N0 N3 W  S( `/ Y  C" D) x
+ ?# R1 I8 S7 q
2 v/ @+ r! g' ?( M* H; Z3 w% _& j
第三个人类基因组单体型图完成（Third-generation HapMap）8 }% O' H. J; T) k
Integrating common and rare genetic variation in diverse human populations8 |& C/ s6 a( L2 D7 g$ B/ z
“国际人类基因组单体型图联合项目组”是为绘制一个人类基因组单体型图、以描述
6 y/ f# @9 B* C- B: i0 ADNA序列变化的共同模式而成立的。现在，该机构已绘制出了其第三个单体型图。第一
& d2 W9 X7 M# D+ }1 e. U+ n7 m3 }& V个单体型图（HapMap1）是2005年发表的（go.nature.com/gJisDm），含有超过100万个
+ m3 p2 X# |: ~9 g1 ySNP（单核苷酸多态性）基因型，是由来自4个不同地域的人群的269个个体产生的。两
1 {- f% j' x$ T& W* R年之后，第二个单体型图（HapMap2）（go.nature.com/WttNWX）为这269个个体的原始  z4 K( s( X- F4 U1 G
单体型图中增添了超过210万个SNP。第三个单体型图（HapMap3）的目标是，为最新一, R$ K( p% G1 ?' k5 j, k
轮以疾病关联为重点的全基因组研究提供一个资源，所以其网撒得更宽。大约160万个# x1 @2 W. K5 M$ o6 d
共同SNP在来自11个全球人群的1184个个体中被确定了基因型，并且10个100-kb的区域& q" }' v- Y' i; ]. Q) y% f( G5 H
也在这些个体的692个当中被测序。（Article p. 52）
3 V8 w' q' W3 \* f
( m# K+ g% @& q) i& k; s3 ~" w$ f! t
刀刃上的神经细胞（Neuronal cells on knife-edge）# W% {6 K1 j8 B! a! x! S- Z
Neurotrophin receptors TrkA and TrkC cause neuronal death whereas TrkB does1 ]) y- U9 P1 c- j
not4 a/ q7 ~! W$ ^  [; G
周围神经系统的神经元如果要存活，就需要营养因子，即维持细胞增殖和发育的自然生
  z8 c2 L0 S- ^长因子。中枢神经系统中的大多数神经元可以不需要这种支持。那么为什么周围神经系
5 t0 q. a, i! X统会如此需要呢？Nikoletopoulou等人利用通过基因工程方法获得的胚胎干细胞发现，
4 ^7 |; `+ L' j+ I4 v$ s( i神经营养因子受体TrkA 和 TrkC在发育中的神经元中起“依赖受体”(dependence
1 E" \' `9 Z5 M/ d, y" b! H. Freceptor)的作用，在没有保护因子的情况下触发细胞死亡。TrkB（主要在中枢神经系& @3 L3 j  i, ?$ Z- ?
统中表达的一种密切相关的受体）不会这样。这表明，伴随周围和中枢神经系统的分离
' N4 d8 w3 v" E  r+ J2 g3 p$ S而出现的Trk 基因家族的扩大，也许为细胞数量控制生成了一个机制。（Article p.
7 W8 w6 X0 {1 l3 `0 p59）
" X+ @# [! Q, K$ Z6 A& S) P9 D7 n6 e9 A5 M4 T! ]

4 h7 P/ x2 \  z( I; C1 A( K碳星IRC+10216光谱中发现十几条水线（Water features in old stars）# Y+ Y% b  N! r8 y4 N  @8 g: ^! `6 H
Warm water vapour in the sooty outflow from a luminous carbon star
$ J' w6 ~* J4 u: a3 Z# \( g. V& y2001年在衰老中的碳星IRC+10216周围发现了水蒸气，这一发现出乎意料，因为恒星演6 P' r3 F+ ^9 f
化模型预测，在富碳恒星中几乎没有水。人们对此提供了几个解释，但由于在一个富碳5 O  B0 f1 F" ~1 D
的、处于演化晚期的恒星的光谱中只检测到一个水线，所以难以对不同解释进行区分。/ Z7 H; K. Z0 D8 t4 y* S: W  s
现在，欧洲航天局Herschel卫星的观测工作在IRC+10216的远红外和亚毫米光谱中发现+ _% q8 o9 d8 t8 E( E7 M' F( e
了十几条水线。这些水线包括能量相应于1,000 K左右温度的高激发线，它们只能通过
* F8 T: D8 c% g1 y; ?在包络线里面的高温“煤烟”区存在水来解释。（Letter p. 64; News & Views）0 o8 B. N# y2 g6 n" X  M

: w$ f/ |- m$ N2 p6 O
7 s. _' ]* n$ V7 `  ?生命模式的形成机制（The patterns of life）
- ?% H7 H" K, D) T* s8 jPolar patterns of driven filaments
$ Z& z( F! f7 d7 y由很多自我推进的单一成分构成的复杂体系中的模式形成是一个普遍现象，见于鸟群、
! A1 C. H. H$ T& ^$ z/ K5 {微生物群落和细胞骨架等多样化的体系中。由于没有一个足够简单的模型，因此为其机5 H. q& e$ `: ?9 o$ }6 S' a+ s
制提供一个统一解释的工作进展一直缓慢，但现在有了这么一个能扮演该角色的候选对
; p! n4 F; [4 j4 X象。这个新的实验体系涉及由运动蛋白推进的肌动蛋白细丝，它们被固定在一个表面
, O: u0 ^& X9 T6 k* B上。在一个临界密度之上，这些细丝会自组织成相干运动的结构，并且不断进行密度调
9 |  ~- g# Z8 c( Q4 x9 \2 h; Z, z制，如成团、涡旋及形成互相连接的带状结构等。实验观测和模拟显示了这些有序结构( B$ z8 W6 C. Y( `* t
的组合和分解的各种不同机制，并且也表明，弱的和局部的取向互动是模式形成所必需9 e$ f0 S- @1 t1 I
的。这个体系的可控性及向更复杂互动扩展的范围之广，应当使其非常适合对“宏观
' h! s0 u- s6 J* R' K6 w2 j序”(macroscopic order)从微观互动的出现进行研究。（Letter p. 73; News &
. Z! x* m8 r6 ]* E: ~Views）
( c* \+ U0 x- r5 H6 Q. t
) N6 m" B! O$ Z* Y$ c( O: l4 o% H( B& G' x) J- x2 a- {
对“oncomiRs”上瘾的肿瘤（Tumour addicted to oncomiR）
# q3 P2 a6 l+ ?' U7 _OncomiR addiction in an in vivo model of microRNA-21-induced pre-B-cell) I8 h# H1 a2 T$ F1 Q' m. V
lymphoma
  D4 ^; p; E* T- b3 @- ?% b" Q) F微RNA (miRNA)是调控基因表达、在确定细胞身份中起重要作用的小RNA分子，它们被与% G' s! M) ?- e' ^0 P' a  B0 {
人类癌症联系了起来，在人类癌症中，它们被称为“oncomiRs”。关于癌症形成的一个
& K1 N) A3 U1 l2 M& d模型认为，增值的细胞变得对激发某个致癌基因中的突变“上瘾”，而且也曾有人提
0 @: j$ c, G) n) E" W) v6 b- H出，肿瘤也会变得依赖于“oncomiRs”。现在，用小鼠（研究人员通过基因工程方法使2 G! l5 j( L3 l
这些小鼠表达微RNA-21 (miR-21)，该微RNA迄今为止在所分析过的大多数肿瘤类型中都
+ A6 G% S2 ^( e! [2 `  B* h  U过度表达）所做研究表明，miR-21诱导pre-B-cell淋巴瘤；在没有它的情况下，恶性细
: o; \1 P# \, `. P6 V" ?胞发生凋亡和退化，正如按它们对其存在“上瘾”（的假设）所预期的那样。因此，
5 U: f+ I/ a: l1 D. c! L“oncomiR-21”和其他类似 miRNA的药理灭活应有治疗效果。（Letter p. 86）2 u8 ^9 B) q, k4 J1 |- O9 ?

( R; ?  i" L3 Z- g" U4 L5 J& S1 J& y- |) G! l' |* S' X! A
细胞分裂中独立于纺锤体的卵裂沟形成机制（Where cells divide）
. |; z: Q: b/ O8 j% s0 C' Q/ ^0 HA spindle-independent cleavage furrow positioning pathway4 f. x) U% Y5 ~. Y  p
在后生动物细胞分裂的“教科书”模型中（该模型建立在对较大海洋动物细胞和+ |! @: U8 n$ g+ M- n
Candida elegans细胞所做的一个世纪的研究基础之上），有丝分裂纺锤体被假设引导* X' i2 n; @6 o* R+ x& P5 I  ?
卵裂沟的位置。现在，以检验这一模型是否足以解释一个较小细胞（果蝇成神经细胞）
: F' }0 M" I  I  B, I的非对称分裂过程中的卵裂沟位置为目的的实验表明，它是不能的。相反，一个新的路/ h3 Z! T5 k" y! U: _. B/ _
径在发挥作用，在这个路径中，Pins (partner of Inscuteable)极性复合物将形成卵
- k1 X& Z( v8 r3 j# Z1 z裂沟的蛋白极化到基底皮层，在这里它们诱导收缩环形成。这种独立于纺锤体的细胞动; G# x% v' a: j6 Q; |
力学卵裂沟机制可能与其他高度极化的细胞类型也相关。（Letter p. 91）# `# x  ]# a: V, O1 g
" O& V7 E. P/ w2 ]& [

- S/ j" A4 l! ~; l& W抗“阿尔茨海默氏症”药物的一个新目标（New Alzheimer’s target）0 w5 j- O8 C; K
Gamma-secretase activating protein is a therapeutic target for Alzheimer’s* i5 i: t/ c9 K
disease, M' U2 S+ U+ o% I; A
关于预防“阿尔茨海默氏症”药物的研发工作的一个主要焦点一直是，试图研发能减少( G! ^: R* T/ y3 \
神经毒性淀粉质-β肽在脑中积累的化合物。这种努力几乎没有成功的，部分是因为阻
0 P8 K. d% l8 @/ j( s1 v断γ-分泌酶的药物引起严重副作用，因为它们也阻断Notch（很多体内平衡功能所需的
$ {8 z* V8 P. P4 C" \, [一种信号蛋白）的处理。现在，研究人员发现了一种“γ-分泌酶激发蛋白”(GSAP)，+ u: L  F7 R" d" @4 v
它选择性地控制淀粉质-β肽生成，而不会影响Notch解理。这个发现为抗“阿尔茨海默
7 M2 _+ Z; h4 @; V氏症”药物提出了一个可能的新目标。抗癌药物imatinib (Gleevec)已知抑制淀粉质-
2 e( ?6 ^  k8 S4 [/ Iβ肽形成，而不会影响Notch解理，它被发现通过对GSAP的一个效应发挥作用。这表
( H0 U6 [1 |4 f/ a5 M2 P- i明，与imatinib 不同的是，能穿过“血脑屏障”的GSAP抑制因子也许有望能治疗“阿; ^' k+ T" F4 A. ]) I+ q+ P  J, c5 A
尔茨海默氏症”。（Letter p. 95; News & Views）$ w" E9 d$ u: b' m1 ?3 ?1 b

: D$ A# S2 g6 L9 d  u
" u# V; @. {* x确定RNA结构的一种新方法（RNA in close-up）
1 G% W+ l/ u8 h; p* U+ kGenome-wide measurement of RNA secondary structure in yeast
" O8 N* U: h. p! R2 r尽管RNA结构对其调控和功能很重要，但在实验中已经了解的RNA结构相对很少，而且也9 s/ ^3 F$ x' B- @# n+ }* G0 g
没有对RNA结构进行高通过量测量的实验方法。相反，计算方法是全基因组应用的标准2 q$ J6 j+ [' `! d
方法。不过，新技术已使人们能够在更大规模上对RNA结构进行计算。Kertesz等人利用, ?9 V) i. z! d! `9 {
一种深度测序方法来确定酿酒酵母整个转录组的结构。他们获得的结果为二级结构在翻
* `6 R$ ?4 b# U  P+ ~- p4 u译中的作用提供了有趣的提示，并且为研究这类结构何以能根据环境条件而改变搭建了, X: t- M8 |8 G" D" h
舞台。（Letter p. 103）