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国内外科研动态 5月19日
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封面故事：竹节虫揭示了演化的可预测过程
Stick Insect Genomes Reveal Natural Selection’s Role in Parallel Speciation
通过将竹节虫从它们最喜欢的植物宿主移植到替代宿主并观察其基因组会发生什么情况，研究人员已经确定，进化的某些方面既能预测也可重复。Víctor Soria-Carrasco及其同事对Timema cristinae竹节虫进行了研究，这种竹节虫在美国加利福尼亚州为适应不同环境条件已经演变出了2种生态型——或物种的不同变体。他们首先对这些生态型的基因组进行了测序——这些生态型的竹节虫已经适应于植物Adenostoma fasciculatum或是植物Ceanothus spinosus——并将它们进行比较以观察这些生态型的环境是如何影响其基因组的。研究人员在竹节虫的生态型中发现了数千个分化的基因组区域，它们中有许多涉及蛋白编码基因，但他们注意到这些基因组变化的大多数是由地理位置而非宿主植物所驱动的。他们说，即使这样，各种竹节虫生态型在类似的基因组区域会共有比由概率所预计的更多的突变。因此，Soria-Carrasco及他的同事将其不同生态型的竹节虫进行移植——即将它们转移到不同的宿主植物并发现，这些不同生态型的竹节虫只在其被转移到不同宿主植物的一个世代后，其基因组就会显示出汇聚及分化区域。总之，这些结果提示，自然选择可以在某物种的不同生态型中通过诱导它们中的平行基因改变而驱动一种平行演化。他们还提出，这种会复制的物种可在类似的环境压力下分别演化。（DOI:10.1126/science.1252136）
新的NMR方法揭示了组织的详细情况
NMR Spectroscopy of Native and in Vitro Tissues Implicates PolyADP Ribose in Biomineralization
研究人员如何知道他们在实验室中所生长的组织，例如像骨这样的组织，与作为一种精确模型的生物学组织有足够的相似性呢？到目前为止，还没有一种方法能在原子水平对这种体外模型中的复杂材料，如细胞外基质，与真实组织的结构相比较。但Wing Ying Chow及其同事证实核磁共振（NMR）光谱可被用来做到这一点——他们用活的小鼠组织来指导体外骨模型发育的研发。研究人员设计了一种富含碳-13和氮-15同位素的体重较重的小鼠；这两种同位素皆可轻易地被NMR所检测并能增进胶原组织的分辨率。他们用该小鼠的NMR光谱作为某种“指纹”来与某种他们正在研究的骨发育模型进行比较。详细的观察揭示了重鼠组织与它们的体外模型之间的细微差异，而研究人员接着利用该差异在实验室中制作了更像原生状的组织。出人意料的是，Chow和其他的研究人员发现，一种叫做PAR的分子也会与发育中骨组织的胶原基质矿物质结合；PAR在通常情况下是与核蛋白相关的。他们说，他们在原子尺度探测组织的新方法可能会在组织工程或药物输送中找到应用。（DOI:10.1126/science.1252136）
环境信号可影响精子功能
Neurosensory Perception of Environmental Cues Modulates Sperm Motility Critical for Fertilization
精子在做前往雌性卵子的长距离艰巨旅行时需要有路径指示，而一项新的研究提示，由雌性动物鼻子所嗅到的空气中的费洛蒙可确保这些路径指示会出现。雌性动物具有强大的嗅觉，它们能够探测到一大批分子，其中包括被称作费洛蒙的物种内信号分子。但研究人员想知道这些对气味的感觉究竟有多强以及它是如何影响配子功能和生育能力的。如今，Katherine McKnight及其同事通过研究秀丽隐杆线虫这种线虫而对此有所了解。以往的研究显示，秀丽隐杆线虫鼻子中的神经元可觉察到费洛蒙信号。McKnight等人聚焦于该线虫的感知通路并发现它会改变雌性线虫生殖道中的脂肪代谢。食物中脂肪所衍生的被称作前列腺素的信号分子对生殖是至关重要的，它们能帮助进入雌性生殖道的精子向受精部位移动。当线虫鼻子中的神经元感觉到费洛蒙时，这些所谓的精子路径指示的浓度可得到提升；这种情况之所以发生是因为费洛蒙可帮助将该通路中的食物脂肪转变成为前列腺素分子。研究人员在秀丽隐杆线虫中显示，当环境中的费洛蒙低于某特定水平，前列腺素水平会下降，而精子会迷失方向，使其无法到达受精据点。McKnight等人的研究提示，费洛蒙及其它环境信号可影响精子的活动力，并因而影响生育力。至关重要的是，在本研究中得到评估的前列腺素也在小鼠中被发现，这意味着在其它动物中可能也存在着类似的机制，且由于先前的研究已经显示前列腺素会影响人的精子，因此这项研究可能也与人类的生育能力相关。（DOI:10.1126/science.1250598）
早期美洲人祖先的一个骨骼线索
Late Pleistocene Human Skeleton and mtDNA Link Paleoamericans and Modern Native Americans
一具近乎完整的人类骨骼与剑齿虎、美洲狮和山猫等一起埋葬在墨西哥的一个有水的洞穴中；它将能帮助科学家们回答“谁是第一批美洲人？”这个问题。破译居住于美洲的第一批人的祖先一直是一个挑战。根据遗传学，现代美洲原住民被认为是西伯利亚人的后裔，他们在2万6000年至1万8000年前进入到白令陆桥的东部。这些人——即最早的美洲人——接着向南部扩散。尽管这一理念得到广泛的支持，然而，最早美洲人的祖先是谁仍然存在争议，因为最早的美洲人骨骼的面部特征与那些现代美洲原住民的面部特征不怎么像。这导致人们猜测，第一批美洲人与美洲原住民也许来自不同的故乡。令这一谜团变得更为复杂的是，人们一直很难找到完整的古美洲人骨骼来做进一步的研究。
然而现在，James Chatters及其同事报告发现了一具近乎完整的晚更新世时期的人类骨骼，它深藏于墨西哥东尤卡坦半岛上的一个洞穴系统内的一个被水淹没的腔室内，该洞穴系统只有潜水员才能进入。很久之前，人与动物掉入该洞穴并且被困在那里。接着，在大约1万年前，全球冰川开始融化，也让水填满了洞穴。Chatters等人在那里发现的几近完整的骨骼是一个小号的大约15或16岁大的女性骨骼。根据对她的牙釉质的放射性碳年代测定及对她的骨矿物质沉积分析，研究人员推断她的遗骸至少有1.2万年之久。她拥有最早美洲人的独特颅面形态，但为了更多地了解她的祖先以及其与现代美洲原住民可能有的联系，研究人员从她的磨牙中提取了DNA。他们接下来分析了该女孩的线粒体DNA（mtDNA），这是一种检验人群相关性的有用工具。他们的分析揭示了一个与现代美洲原住民相同的单倍体型。这一遗传学特征只发生在美洲，可能是在白令陆桥中发展成的。该样本显示，更新世时代的有着源自白令陆桥mtDNA的个体的行迹遍及美洲各地，并一直向南至墨西哥。文章的作者说，至关重要的是，它显示，尽管在颅面形状上与现代美洲原住民存在着差异，这一早期的美洲女性与他们是有关系的；在颅面形状中的差异可能被最好地解释为白令陆桥人与其西伯利亚祖先发生分化之后的进化改变。他们的研究提示，美洲并非由来自欧亚不同地区的独立迁徙事件所拓殖的。相反，最早的美洲人所代表的是从白令陆桥向外扩展的一个人群。这一发现支持古美洲人和美洲原住民源自某个单一来源的人群。（ DOI:10.1126/science.1252619 ）
封面故事：电磁噪音让鸟儿失去方向
Anthropogenic electromagnetic noise disrupts magnetic compass orientation in a migratory bird
很多候鸟依靠地球磁场掌握方向，尽管它们是用什么机制来探测这一极弱磁场的仍不清楚。Henrik Mouritsen及同事发现，2004年秋和2006年秋之间在奥尔登堡大学校园内的木屋中测试的夜间迁移的鸣鸟(欧洲知更鸟)似乎无法找到正确的迁徙方向。在这一意外发现之后，他们进行了对照试验，以弄清到底发生了什么。他们发现，当知更鸟暴露于频率在大约20kz 和20MHz之间的低水平AM电磁噪音(这是消费电气和电子设备通常产生的那种噪音)时，它们便会失去利用地球磁场的能力。有趣的是，这种电磁噪音的磁成分比世界卫生组织(WHO)当前纲要中采用的暴露下限低1000倍，但它却能扰乱一种高等脊椎动物的整个感觉系统。当将这些实验鸟在2 kHz到5 MHz的频率范围内与电磁噪音屏蔽开来时，或在一个农村环境中对其进行测试时，它们会重新获得用地球磁场来定向的能力。（doi: 10.1038/nature13290 & doi: 10.1038/nature13334）
视网膜的方向感
Space–time wiring specificity supports direction selectivity in the retina
哺乳动物视网膜的运动检测过去一直被认为在很大程度上依靠“ 星爆无长突细胞”(SACs)的树突的内在生物物理。现在，Sebastian Seung及同事通过EyeWire 脑绘图游戏(brain-mapping game)将新的机器学习方法与“众包”(crowd sourcing)方法相结合来重绘无长突细胞和双极细 胞的连线图。他们的结果表明，方向选择性是在突触前层面上、在无长突细胞的时空输入信号中就确定了的，这说明神经回路而非SACs的内在性质才是方向选择性的关键。这一新方法在某些方面使小鼠视网膜与作为昆虫视觉特征的Reichardt运动检测器更接近了。（doi: 10.1038/nature13240）详细报道 玩网游也能发《自然》文章 众包研究新典范
能够利用扩展遗传代码的一种细菌
A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet
遗传代码很简单：形成两对的四个碱基(A-T和G-C)被用在所有生命中。对这一代码加以扩展、将非天然核苷酸和碱基对也包括在内一直是合成生物学的一个目标，因为它将为出于特定目的定制生物铺平道路。虽然这一点已在体外原理证明实验中做到，但一个扩展的代码的稳定传播此前一直没有在活体中演示过。Floyd Romesberg 及同事提供的证据表明，两种憎水核苷酸d5SICSTP 和dNaMTP能够被添加到表达一种外源藻类三磷酸核苷运输分子的大肠杆菌在其内生长的介质中，这些核苷酸将会被吸收到基因组中，而不会被修复通道当成病变。因此，含有DNA的非天然碱基对被复制，而细胞生长不会受到显著影响。（doi: 10.1038/nature13314 & doi: 10.1038/nature13335）详细报道 Nature：DNA多了两个全新的碱基！
丙肝病毒包膜的结构
Structure of the core ectodomain of the hepatitis C virus envelope glycoprotein 2
目前还没有针对丙肝病毒的疫苗，所以重要的是要对该病毒的感染过程有更多了解。Joseph Marcotrigiano及同事获得了丙肝病毒表面糖蛋白E2的核心域的晶体结构。该结构显示，与人们的预料相反的是，E2不大可能是病毒融合蛋白。这项研究有助于澄清E2所起作用以及丙肝病毒的进入机制。（doi: 10.1038/nature13117）详细报道 Nature：科学家识别出HCV表面蛋白的核心结构
父辈行为的神经控制
Galanin neurons in the medial preoptic area govern parental behaviour
性体验使雄性小鼠跟幼崽打交道的行为方式发生剧变——“处男”雄鼠攻击幼崽，而做了父亲的成熟雄鼠则会表现出父爱。现在Catherine Dulac 及同事发现，信息素感应能力受损的“处男”雄鼠不攻击幼崽。更不可思议的是，作者还识别出表达神经肽“甘丙肽”的一个亚类的下丘脑神经元，“处男”雄鼠的这些神经元的激活会抑制它们的进攻性，诱导它们去关爱幼崽。表达“甘丙肽”的神经元的遗传去除，导致针对幼崽的母爱和父爱反应都会受到极大影响。在雄性和雌性中从分子层面都发现了控制育幼行为的一类神经元，这很有可能吸引来自神经科学家和动物行为学家的广泛兴趣。（doi:10.1038/nature13307 & doi: 10.1038/509294a）
嘌呤能信号传导的两面性
Nucleotide signalling during inflammation
嘌呤能信号传导事件在炎症中所起的作用是两方面的：嘌呤能P2受体(被ATP和其他一些核苷酸激活)在发起针对入侵的病原体或肿瘤的正确炎性反应中至关重要，但P2X/P2Y信号传导在哮喘、慢性肺病或肠炎等状况下能造成慢性炎症的开始和持续。这篇Review文章关注ATP受体信号传导的复杂生物学问题的健康方面。作者的结论是，细胞外ATP信号传导的药理放大有望成为癌症和传染病的一种治疗方式，阻断P2R信号传导、促进ATP向腺苷的细胞外转化和激活腺苷受体等办法对于急性或慢性炎症可能会有疗效。（doi: 10.1038/nature13085）
镍在小分子合成方面的应用
Recent advances in homogeneous nickel catalysis
镍是一种重要催化剂，自上个世纪70年代以来有机化学家对其特别感兴趣，既用它来催化交叉偶联反应，也用它来催化烯烃和炔烃的一系列反应。这篇Review文章关注均相镍催化在小分子合成上的应用方面所取得的最新进展，包括由镍介导的交叉偶联反应和C-H键激发反应。（doi: 10.1038/nature13274）
新型含氮天然产物被合成
Total synthesis and isolation of citrinalin and cyclopiamine congeners
这篇论文报告了天然产物citrinalin B 和cyclopiamine B的首次合成。作为这项研究的一个“副产品”，作者还提出了对citrinalin B的最初结构的一个修正。氮原子在一个目标分子中的存在因氮的碱性和易于被氧化的特性而会使其合成复杂化。这个问题可以通过能够降低碱性的官能团的选择性引入和去除来绕过。异戊烯基化吲哚类生物碱citrinalin B 和 cyclopiamine B是通过对该方法的一个优化生成的，这一结果向包括奎宁和吗啡等治疗性药物在内的一类化合物打开了合成化学的大门。（doi: 10.1038/nature13273 & doi: 10.1038/509293a）
c-kit细胞在心脏再生中只起很小作用
c-kit+ cells minimally contribute cardiomyocytes to the heart
表达酪氨酸激酶/原致癌基因c-kit的内源性心脏祖细胞一直被认为是受伤后生成新的心肌的主要来源，但用成年心脏固有的c-kit细胞所做的其他研究却报告了相反的结果：这些细胞在活体中不能产生心肌细胞。Jeffrey Molkentin及同事利用一个可诱导的世系跟踪系统对这一问题进行了研究。他们发现，心肌细胞从c-kit+世系形成的速度极慢，在生理学上没有多大意义。相比之下，c-kit+细胞对心脏中内皮细胞的生成有实质性贡献。（doi: 10.1038/nature13309）
热带气旋峰值强度向极地方向移动
The poleward migration of the location of tropical cyclone maximum intensity
试图监测热带气旋活动的努力此前一直因包括风暴频率、风暴持续时间和风暴强度等数值在内的全球数据集不一致而受阻。Jim Kossin及同事绕过这一长期未能解决的问题的办法是，关注热带气旋在其寿命期间达到最大强度时的纬度，这个数据要稳定、可靠得多。他们发现，在过去30年间，峰值强度的位置以每十年大约60公里的速度向极地方向稳定移动。这种移动似乎与风的垂直切变和强度的变化相关，而作者认为这些变化可能与热带的宽度最近因全球变暖的增加有关。（doi: 10.1038/nature13278 & doi: 10.1038/509290a）
https://m.sciencenet.cn/blog-280034-795806.html
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