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来源： 发布时间：2021-03-02
Nature
通过锰氧化实现化能无机自养的细菌
nature封面：结节系统。nature杂志第7816期封面文章报道了能从锰的氧化中摄取所需能量的微生物。科学家共培养了两个不同种的细菌，这种共培养物不仅能利用来自锰氧化的自由能帮助自身生长，还能促进生物量对无机碳的固定。通过这种方式，这种细菌会产生封面所示的离散宏观的氧化锰结核。研究人员将这两个细菌物种定名为“Candidatus Manganitrophus noduliformans”和“Ramlibacter lithotrophicus”，让它们共同生长成锰自养菌。物种一还不能从物种二中分离，而物种二被分离后便无法氧化锰。
六种优质参考基因组揭示蝙蝠的演化适应机制
nature封面：蝙蝠进化的秘密。nature杂志第7817期封面文章报道了“千种蝙蝠”（Bat1K）研究联合体测序的6种蝙蝠的高质量基因组。这些基因组序列帮助进一步揭示蝙蝠适应的演化起源和分子基础。科学家们鉴定了蝙蝠在哺乳动物中的系统发育地位，表明参与听觉的基因在蝙蝠的先祖分支中被选中，另外还提供证据证明了可能促使蝙蝠形成其特殊免疫系统的分子机制。这些基因组应有助于研究蝙蝠如何抵抗冠状病毒感染，或许能在未来带来某种新方法，提高人类面对COVID-19之类疾病时的存活率。
“DNA元件百科全书计划”第三阶段结果公布
nature封面：“DNA元件百科全书”（ENCODE）。nature杂志第7818期发表的9篇论文以及在线发表和其他期刊发表的论文，共同分析了人类和小鼠基因组迄今最完整的候选功能性元件图谱。ENCODE计划联合体对百科全书中的新元件进行了总结，一共由大约6000个实验的数据集编制而成。发表在当期杂志中的大部分工作主要分析了名为候选顺式调节元件（cCRE）的DNA区域，这种元件或能调节基因转录。ENCODE团队在一篇“观点”文章中介绍了该计划各个阶段的研究背景。
木星上浅层雷暴产生的小型闪电
nature封面：木星背面高空雷暴产生的小型闪电的艺术示意图。nature杂志第7819期封面文章报道了美国宇航局“朱诺号”（Juno）探测器上恒星参考单元（Stellar Reference Unit）相机所生成的光学数据，揭示了与地球上的标准闪电能量相当的闪电。科学家发现了持续时间仅5.4毫秒，每次间隔为几十毫秒的闪电。这样的闪电频率比之前观察到的高出了一个数量级。研究人员指出，他们观察到的闪电有多个发生在无液态水存在的高度。这种“浅层闪电”可以通过此前未意识到的氨-水云的存在加以解释。
（本页期刊封面图来自Nature官网）
Science
广岛幸存者的医学研究
Science封面：每年8月6日，悼念者和和平活动人士都会在日本广岛元安河上放飞蜡烛纸灯笼。Science杂志第6502期封面发表了题为《后果》和《避免下一个广岛》的文章。当年，除了20多万人死于核爆炸和爆炸后的几个月外，暴露在辐射下的癌症死亡人数还在继续增加。辐射影响研究基金会在幸存者的合作下进行了一项大规模、长期的流行病学研究，确定了这些死亡与辐射之间的联系。事实上，现在关于辐射如何影响人体的大部分知识都来自于这项研究。由于大多数幸存者现在都已经八九十岁了，基金会正在扩大其使命和研究关注。
预测即将来临的大型太阳耀斑
Science封面：发生在2012年3月7日的大型（x级）太阳耀斑的极端紫外图像，结合了使用航天器在131.（蓝色）和171.（黄色）下获得的观测结果。Science杂志第6503期封面文章报道了预测x级耀斑发生的时间将有助于预测地球的太空天气。太阳耀斑是太阳系中最强烈的爆炸，会造成严重的太空天气干扰，对宇航员和太空及地面上的技术系统构成威胁。太阳耀斑会以增强辐射和高能粒子的形式在活动开始后的8分钟内产生影响，需要可靠的耀斑预测方法来提供更长的预警时间。Kusano等人介绍了一种物理方法来预测和测试即将发生的大型耀斑。
液体薄片上的一个新的褶皱：颠倒黏性气泡坍塌的机制
Science封面：一厘米大小、黏稠度是蜂蜜100倍的硅油气泡突然破裂，会产生36条皱纹。黑洞（中心）是气泡破裂时的开口。Science杂志第6504期封面文章报道了气泡破裂的真正原因。先前的研究认为，重力和顶部的孔洞是这一演化过程中的决定性影响因素。新研究颠覆了传统认为重力是决定性因素的认识。通过研究不同位置气泡的破裂形态，发现表面张力是推动气泡破裂的主要推动力来源，重力在其中起的作用微不足道，并且表面张力也是决定黏性气泡行为和起皱的主要因素。该研究对于工业生产黏性液体中气泡行为的调控有着指导意义。
足球在伊拉克发挥凝聚力
Science封面：伊拉克北部埃尔比勒郊外Khazir难民营的一场足球比赛。Science杂志第6505期封面文章报道了一项通过族群间接触建立战后社会凝聚力的研究。心理学中的接触假说（contact hypothesis）预测：当敌对团体在最佳合作和平等地位的情况下走到一起时，偏见可以减少。迄今为止，该假说的真实证据来自于自发接触后的自我报告态度，而不是来自预先注册的随机试验，这类试验认真对待群体间的接触，就像对待潜在的冲突疫苗一样。斯坦福大学Salma Mousa设计并报道了一个在足球背景下的试验，但它的影响并没有推广到非足球环境。
（本页期刊封面图来自Science官网）
生命机制
高质量雉鸡基因组序列图谱构建和解析
上海交通大学农业与生物学院孟和教授团队采用多平台策略构建了染色体层级的雉鸡基因组序列图谱。相关成果发表于Molecular Ecology Resources。该研究首先明确了雉鸡与其他多种鸟类的系统发育关系，其次发现了一些钙离子相关基因可能参与了雉鸡的适应性进化与物种特性的形成，并且通过全基因组重测序分析在基因组中找到了与家养雉鸡体重相关的人工选择区域。此外，研究发现了雉鸡的免疫重要基因——主要组织相容性复合体（MHC）基因序列存在独特的排列模式，相较于家鸡祖先红原鸡存在3个大片段的染色体倒位，暗示着雉鸡免疫系统在进化过程中曾经经历过特殊的事件。
植物机械碰触“记忆”形成的分子机制
北京大学生命科学学院钟上威研究员课题组发现植物细胞壁中的果胶结构能受到机械触碰的动态可逆调节，反复多次或长时间的碰触将逐渐改变细胞壁的机械强度，最终使得植物呈现接触形态建成的表型。相关成果发表于Science Advances。植物不能移动，它们对复杂环境需要更强的适应性。人类对于过往的天气和环境是有记忆的，比如某年的冬天特别冷，去过的某个地方温暖湿润等。植物对于天气和环境也是有“记忆”的，而且植物的这种对天气和环境的“记忆”能够帮助它们更好地适应周围环境。该研究报道了机械碰触通过激活内源激素乙烯抑制关键功能酶PGX3，调控细胞壁果胶裂解的分子信号传导通路。
系统性鉴定siRNA脱靶位点新方法
中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）吴立刚研究组、上海市计划生育科学研究所李卫华研究组与扬州大学赵雅研究组合作，运用自主研发的SpyCLIP技术，对野生型和切割活性缺失的miRNA/siRNA效应器蛋白AGO2平行进行SpyCLIP建库测序，在全基因组层面准确、高效地鉴定出siRNA、miRNA的切割活性以及非切割活性作用位点，为降低siRNA药物的潜在脱靶风险，改进siRNA的设计规则提供了有力手段。相关成果发表于Molecular Therapy－Nucleic Acids。该研究对于未来siRNA药物研发如何最大化避免脱靶效应具有参考价值。
Katanin p60-like 1塑型力感受纤毛中细胞骨架
清华大学生命学院梁鑫课题组解析了机械力感受神经元中特化细胞骨架的三维结构及其形成的分子机制。相关成果发表于Journal of Cell Biology。机械力信号转导是细胞将胞外机械力信号转换为胞内信号的过程。课题组在前序工作中发现果蝇I型机械力感受神经元树突顶端存在特化的纤毛结构，该结构中存在着由非中心体微管构成的高级细胞骨架结构。新发现微管切割蛋白Kat-60L1具有特异性的表达模式和空间定位，而且能够调控该类感受神经元对机械力信号响应的敏感性。该分子通过与其他微管结合蛋白协同能够综合调控特化纤毛结构中微管的数量和长度，并进而精确调控了纤毛内特化微管细胞骨架的三维塑型。
催产素内分泌神经元通过脑内投射纤维影响情感行为
浙江大学与华中科技大学联合团队高志华、李安安等解析了下丘脑-神经垂体内分泌系统的三维精细结构及中枢功能，揭示了催产素不仅通过释放到外周起到激素的作用，还通过投射到脑内情感调控区域而影响情感行为。相关成果发表于Neuron。分泌血管加压素（AVP，又称抗利尿激素）和催产素（OXT）的神经元主要位于下丘脑室旁核（PVN）与视上核（SON）。研究发现，激活OXT大细胞不仅能通过投射至神经垂体的主轴突释放OXT，提高外周血液中OXT的含量，也能通过脑内的侧枝释放OXT，促进大鼠的社交行为；而抑制这些细胞则产生了相反的效果。提示OXT大细胞能在外周和中枢释放OXT，协调机体稳态和中枢行为。
脂肪细胞死亡研究进展
西安交通大学医学部基础医学院心血管研究中心王胜鹏教授与德国马普所Stefan Offermanns等合作，在脂肪细胞死亡研究领域取得新进展。相关成果发表于Nature Communications。肥胖作为2型糖尿病、心血管疾病及癌症等众多疾病的危险因素，已成为世界公认的公共卫生问题。肥胖症中，脂肪组织发生动态重塑。为了检测肥胖过程中白色脂肪细胞的YAP和TAZ活性是否受到影响，科学家检测了YAP和TAZ的亚细胞定位以及YAP/TAZ靶基因在人和小鼠白色脂肪细胞中的表达，并证明人类和小鼠的肥胖伴随着白色脂肪细胞中YAP和TAZ的激活增加。
一种全新转录调控复合物INTAC——RNA聚合酶Ⅱ磷酸酶的鉴定
复旦大学附属肿瘤医院/生物医学研究院徐彦辉团队与陈飞团队合作，发现了一个全新的转录调控复合物INTAC（包含16个蛋白亚基，总分子量近1.5兆道尔顿），解析了INTAC的高分辨冷冻电镜结构，揭示了INTAC作为一个双功能酶同时具备RNA剪切和去磷酸化活性，可去除Pol Ⅱ的多个CTD磷酸化位点发挥转录抑制功能。相关成果发表于Science。基因表达的精密调控，对生命体的形成、发育以及各种生物学功能的维持至关重要；基因表达的紊乱与各种疾病的发生息息相关。该项研究首次发现PP2A这一最重要的磷酸酶可直接调控转录，拓展了磷酸酶与转录调控这两个重要研究领域的研究范畴。
蛇床子素舒张气道平滑肌的分子机制
中国科学院生物物理研究所卫涛涛课题组、美国克瑞顿大学屠亚平课题组、中国药科大学曹征宇课题组合作揭示蛇床子素舒张气道平滑肌的分子机制。相关成果发表于Molecular Biology and Evolution。传统中药蛇床子的主要活性成分蛇床子素（osthole），可以舒张气道平滑肌、抑制哮喘疾病模型的气道高反应性。研究团队从动物模型、组织切片、培养细胞及酶学反应等不同水平确定了蛇床子素的作用靶点是蛋白磷酸二酯酶4（PDE4）；进一步通过共结晶及X射线晶体衍射解析了蛇床子素与PDE4相互作用的结构基础，阐明了蛇床子素抑制PDE4并舒张气道平滑肌的分子机制。
通过锰氧化实现化能无机自养的细菌
nature封面：结节系统。nature杂志第7816期封面文章报道了能从锰的氧化中摄取所需能量的微生物。科学家共培养了两个不同种的细菌，这种共培养物不仅能利用来自锰氧化的自由能帮助自身生长，还能促进生物量对无机碳的固定。通过这种方式，这种细菌会产生封面所示的离散宏观的氧化锰结核。研究人员将这两个细菌物种定名为“Candidatus Manganitrophus noduliformans”和“Ramlibacter lithotrophicus”，让它们共同生长成锰自养菌。物种一还不能从物种二中分离，而物种二被分离后便无法氧化锰。
六种优质参考基因组揭示蝙蝠的演化适应机制
nature封面：蝙蝠进化的秘密。nature杂志第7817期封面文章报道了“千种蝙蝠”（Bat1K）研究联合体测序的6种蝙蝠的高质量基因组。这些基因组序列帮助进一步揭示蝙蝠适应的演化起源和分子基础。科学家们鉴定了蝙蝠在哺乳动物中的系统发育地位，表明参与听觉的基因在蝙蝠的先祖分支中被选中，另外还提供证据证明了可能促使蝙蝠形成其特殊免疫系统的分子机制。这些基因组应有助于研究蝙蝠如何抵抗冠状病毒感染，或许能在未来带来某种新方法，提高人类面对COVID-19之类疾病时的存活率。
“DNA元件百科全书计划”第三阶段结果公布
nature封面：“DNA元件百科全书”（ENCODE）。nature杂志第7818期发表的9篇论文以及在线发表和其他期刊发表的论文，共同分析了人类和小鼠基因组迄今最完整的候选功能性元件图谱。ENCODE计划联合体对百科全书中的新元件进行了总结，一共由大约6000个实验的数据集编制而成。发表在当期杂志中的大部分工作主要分析了名为候选顺式调节元件（cCRE）的DNA区域，这种元件或能调节基因转录。ENCODE团队在一篇“观点”文章中介绍了该计划各个阶段的研究背景。
木星上浅层雷暴产生的小型闪电
nature封面：木星背面高空雷暴产生的小型闪电的艺术示意图。nature杂志第7819期封面文章报道了美国宇航局“朱诺号”（Juno）探测器上恒星参考单元（Stellar Reference Unit）相机所生成的光学数据，揭示了与地球上的标准闪电能量相当的闪电。科学家发现了持续时间仅5.4毫秒，每次间隔为几十毫秒的闪电。这样的闪电频率比之前观察到的高出了一个数量级。研究人员指出，他们观察到的闪电有多个发生在无液态水存在的高度。这种“浅层闪电”可以通过此前未意识到的氨-水云的存在加以解释。
（本页期刊封面图来自Nature官网）
Science
广岛幸存者的医学研究
Science封面：每年8月6日，悼念者和和平活动人士都会在日本广岛元安河上放飞蜡烛纸灯笼。Science杂志第6502期封面发表了题为《后果》和《避免下一个广岛》的文章。当年，除了20多万人死于核爆炸和爆炸后的几个月外，暴露在辐射下的癌症死亡人数还在继续增加。辐射影响研究基金会在幸存者的合作下进行了一项大规模、长期的流行病学研究，确定了这些死亡与辐射之间的联系。事实上，现在关于辐射如何影响人体的大部分知识都来自于这项研究。由于大多数幸存者现在都已经八九十岁了，基金会正在扩大其使命和研究关注。
预测即将来临的大型太阳耀斑
Science封面：发生在2012年3月7日的大型（x级）太阳耀斑的极端紫外图像，结合了使用航天器在131.（蓝色）和171.（黄色）下获得的观测结果。Science杂志第6503期封面文章报道了预测x级耀斑发生的时间将有助于预测地球的太空天气。太阳耀斑是太阳系中最强烈的爆炸，会造成严重的太空天气干扰，对宇航员和太空及地面上的技术系统构成威胁。太阳耀斑会以增强辐射和高能粒子的形式在活动开始后的8分钟内产生影响，需要可靠的耀斑预测方法来提供更长的预警时间。Kusano等人介绍了一种物理方法来预测和测试即将发生的大型耀斑。
液体薄片上的一个新的褶皱：颠倒黏性气泡坍塌的机制
Science封面：一厘米大小、黏稠度是蜂蜜100倍的硅油气泡突然破裂，会产生36条皱纹。黑洞（中心）是气泡破裂时的开口。Science杂志第6504期封面文章报道了气泡破裂的真正原因。先前的研究认为，重力和顶部的孔洞是这一演化过程中的决定性影响因素。新研究颠覆了传统认为重力是决定性因素的认识。通过研究不同位置气泡的破裂形态，发现表面张力是推动气泡破裂的主要推动力来源，重力在其中起的作用微不足道，并且表面张力也是决定黏性气泡行为和起皱的主要因素。该研究对于工业生产黏性液体中气泡行为的调控有着指导意义。
足球在伊拉克发挥凝聚力
Science封面：伊拉克北部埃尔比勒郊外Khazir难民营的一场足球比赛。Science杂志第6505期封面文章报道了一项通过族群间接触建立战后社会凝聚力的研究。心理学中的接触假说（contact hypothesis）预测：当敌对团体在最佳合作和平等地位的情况下走到一起时，偏见可以减少。迄今为止，该假说的真实证据来自于自发接触后的自我报告态度，而不是来自预先注册的随机试验，这类试验认真对待群体间的接触，就像对待潜在的冲突疫苗一样。斯坦福大学Salma Mousa设计并报道了一个在足球背景下的试验，但它的影响并没有推广到非足球环境。
（本页期刊封面图来自Science官网）
生命机制
高质量雉鸡基因组序列图谱构建和解析
上海交通大学农业与生物学院孟和教授团队采用多平台策略构建了染色体层级的雉鸡基因组序列图谱。相关成果发表于Molecular Ecology Resources。该研究首先明确了雉鸡与其他多种鸟类的系统发育关系，其次发现了一些钙离子相关基因可能参与了雉鸡的适应性进化与物种特性的形成，并且通过全基因组重测序分析在基因组中找到了与家养雉鸡体重相关的人工选择区域。此外，研究发现了雉鸡的免疫重要基因——主要组织相容性复合体（MHC）基因序列存在独特的排列模式，相较于家鸡祖先红原鸡存在3个大片段的染色体倒位，暗示着雉鸡免疫系统在进化过程中曾经经历过特殊的事件。
植物机械碰触“记忆”形成的分子机制
北京大学生命科学学院钟上威研究员课题组发现植物细胞壁中的果胶结构能受到机械触碰的动态可逆调节，反复多次或长时间的碰触将逐渐改变细胞壁的机械强度，最终使得植物呈现接触形态建成的表型。相关成果发表于Science Advances。植物不能移动，它们对复杂环境需要更强的适应性。人类对于过往的天气和环境是有记忆的，比如某年的冬天特别冷，去过的某个地方温暖湿润等。植物对于天气和环境也是有“记忆”的，而且植物的这种对天气和环境的“记忆”能够帮助它们更好地适应周围环境。该研究报道了机械碰触通过激活内源激素乙烯抑制关键功能酶PGX3，调控细胞壁果胶裂解的分子信号传导通路。
系统性鉴定siRNA脱靶位点新方法
中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）吴立刚研究组、上海市计划生育科学研究所李卫华研究组与扬州大学赵雅研究组合作，运用自主研发的SpyCLIP技术，对野生型和切割活性缺失的miRNA/siRNA效应器蛋白AGO2平行进行SpyCLIP建库测序，在全基因组层面准确、高效地鉴定出siRNA、miRNA的切割活性以及非切割活性作用位点，为降低siRNA药物的潜在脱靶风险，改进siRNA的设计规则提供了有力手段。相关成果发表于Molecular Therapy－Nucleic Acids。该研究对于未来siRNA药物研发如何最大化避免脱靶效应具有参考价值。
Katanin p60-like 1塑型力感受纤毛中细胞骨架
清华大学生命学院梁鑫课题组解析了机械力感受神经元中特化细胞骨架的三维结构及其形成的分子机制。相关成果发表于Journal of Cell Biology。机械力信号转导是细胞将胞外机械力信号转换为胞内信号的过程。课题组在前序工作中发现果蝇I型机械力感受神经元树突顶端存在特化的纤毛结构，该结构中存在着由非中心体微管构成的高级细胞骨架结构。新发现微管切割蛋白Kat-60L1具有特异性的表达模式和空间定位，而且能够调控该类感受神经元对机械力信号响应的敏感性。该分子通过与其他微管结合蛋白协同能够综合调控特化纤毛结构中微管的数量和长度，并进而精确调控了纤毛内特化微管细胞骨架的三维塑型。
催产素内分泌神经元通过脑内投射纤维影响情感行为
浙江大学与华中科技大学联合团队高志华、李安安等解析了下丘脑-神经垂体内分泌系统的三维精细结构及中枢功能，揭示了催产素不仅通过释放到外周起到激素的作用，还通过投射到脑内情感调控区域而影响情感行为。相关成果发表于Neuron。分泌血管加压素（AVP，又称抗利尿激素）和催产素（OXT）的神经元主要位于下丘脑室旁核（PVN）与视上核（SON）。研究发现，激活OXT大细胞不仅能通过投射至神经垂体的主轴突释放OXT，提高外周血液中OXT的含量，也能通过脑内的侧枝释放OXT，促进大鼠的社交行为；而抑制这些细胞则产生了相反的效果。提示OXT大细胞能在外周和中枢释放OXT，协调机体稳态和中枢行为。
脂肪细胞死亡研究进展
西安交通大学医学部基础医学院心血管研究中心王胜鹏教授与德国马普所Stefan Offermanns等合作，在脂肪细胞死亡研究领域取得新进展。相关成果发表于Nature Communications。肥胖作为2型糖尿病、心血管疾病及癌症等众多疾病的危险因素，已成为世界公认的公共卫生问题。肥胖症中，脂肪组织发生动态重塑。为了检测肥胖过程中白色脂肪细胞的YAP和TAZ活性是否受到影响，科学家检测了YAP和TAZ的亚细胞定位以及YAP/TAZ靶基因在人和小鼠白色脂肪细胞中的表达，并证明人类和小鼠的肥胖伴随着白色脂肪细胞中YAP和TAZ的激活增加。
一种全新转录调控复合物INTAC——RNA聚合酶Ⅱ磷酸酶的鉴定
复旦大学附属肿瘤医院/生物医学研究院徐彦辉团队与陈飞团队合作，发现了一个全新的转录调控复合物INTAC（包含16个蛋白亚基，总分子量近1.5兆道尔顿），解析了INTAC的高分辨冷冻电镜结构，揭示了INTAC作为一个双功能酶同时具备RNA剪切和去磷酸化活性，可去除Pol Ⅱ的多个CTD磷酸化位点发挥转录抑制功能。相关成果发表于Science。基因表达的精密调控，对生命体的形成、发育以及各种生物学功能的维持至关重要；基因表达的紊乱与各种疾病的发生息息相关。该项研究首次发现PP2A这一最重要的磷酸酶可直接调控转录，拓展了磷酸酶与转录调控这两个重要研究领域的研究范畴。
蛇床子素舒张气道平滑肌的分子机制
中国科学院生物物理研究所卫涛涛课题组、美国克瑞顿大学屠亚平课题组、中国药科大学曹征宇课题组合作揭示蛇床子素舒张气道平滑肌的分子机制。相关成果发表于Molecular Biology and Evolution。传统中药蛇床子的主要活性成分蛇床子素（osthole），可以舒张气道平滑肌、抑制哮喘疾病模型的气道高反应性。研究团队从动物模型、组织切片、培养细胞及酶学反应等不同水平确定了蛇床子素的作用靶点是蛋白磷酸二酯酶4（PDE4）；进一步通过共结晶及X射线晶体衍射解析了蛇床子素与PDE4相互作用的结构基础，阐明了蛇床子素抑制PDE4并舒张气道平滑肌的分子机制。
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