Nature 一周論文導讀 | 2018 年 3 月 1 日

審校 紫蘇 咖哩 大頭 小勺 金莊維

封面故事

【Health science-衛生科學】Mapping child growth failure in Africa between 2000 and 2015

2000 年至 2015 年非洲兒童生長不足的地圖

Nicholas J. Kassebaum, Simon I. Hay, et al.

圖片來源：healthdata.org

（導讀 寒雨）2000 年至 2015 年間，幾乎所有 5 歲以下的非洲兒童都表現出生長不足，並且兒童生長水平和趨勢存在驚人的地區異質性。 如果保持現有進展速率，許多非洲地區將在2025 年實現改善產婦和嬰幼兒營養狀況的目標，但薩赫勒地區仍然存在高水平的生長不足，且非洲大部分地區在2030 年難以實現消除營養 不良的可持續發展目標。 該研究有利於採取針對性的干預措施，以減少地區健康差距。

【Education-教育】Mapping local variation in educational attainment across Africa

繪製非洲各地受教育程度的局部變化

Emmanuela Gakidou, Simon I. Hay, et al.

（導讀 寒雨）本研究根據 5 千米*5 千米的網格地圖，通過預測上學年限評估區域內各年齡段和性別的受教育程度，以探索國家內部的教育不平等現象。 儘管非洲受教育程度從 2000 年至 2015 年取得了顯著進展，但在地區和性別之間仍存在實質性差異，薩赫勒地區尤為明顯。 這些高分辨率的可比數據為決策者做出精確計劃以實現可持續發展目標提供了有力依據。

生物學

Biology

Population snapshots predict early haematopoietic and erythroid hierarchies

從細胞群快照預測早期造血和紅細胞譜系

Allon M. Klein, Merav Socolovsky, et al.

（導讀 李振宇）重建多能造血祖細胞分化成紅細胞的各個步驟是一項挑戰。 本論文利用細胞群快照技術預測細胞分化命運，證明小鼠造血祖細胞連續分化了7 個世系，揭示了紅細胞與嗜鹼性粒細胞和肥大細胞之間的分化耦合，並發現細胞週期在紅細胞發育 過程中被逐步改變。 這些研究有助於了解體內細胞譜系的發展。

Extreme disorder in an ultrahigh-affinity protein complex

超高親和力蛋白質複合物的極端無序性

Alessandro Borgia, Birthe B. Kragelund, et al.

（導讀 阿金）蛋白質相互作用介導分子通信。 本研究意外地發現了一種新的互作機制：無序的人類組蛋白H1 及其核蛋白伴侶前胸腺素-α 結合形成具有皮摩爾水平親和力的複合物，且蛋白複合體具備結構無序 性、遠距離靈活性和高度動態性。 該機制可以通過兩種蛋白質的相反淨電荷來解釋：強烈的靜電吸引力誘發了相互作用。

Circadian clock neurons constantly monitor environmental temperature to set sleep timing

晝夜節律神經元不斷監測環境溫度並設定睡眠時間

Orie T. Shafer, Swathi Yadlapalli, et al.

（導讀 郭懌暄）晝夜節律如何監測環境溫度並調整行為的機制尚不清楚。 本研究通過在體鈣成像技術發現果蠅體內後背測神經元 DN1 p s 神經元對環境溫度變化持續監測，加熱可使其迅速抑制，降溫和光均可使其興奮。 對於溫度的感知需要依靠位於弦音器官和触角芒上的周圍熱感受器。 DN1 p s 這一溫感功能對自然溫度改變下的正常睡眠時間的設定同樣重要。

Mechanical regulation of stem-cell differentiation by the stretch-activated Piezo channel

通過牽張激活的 Piezo 離子通道實現幹細胞分化的機械調節

Li He, Norbert Perrimon, et al.

（導讀 阿金）幹細胞能否直接感知活體內機械信號尚不清楚。 本研究展示 Piezo 離子通道在成年果蠅中腸內的一種內分泌前體幹細胞中表達，被機械應力牽張激活後， Piezo 離子通道提高胞內鈣離子水平，鈣離子信號則通過不同途徑分別激活干細胞的增殖和分化。

Evolutionary history resolves global organization of root functional traits

演化歷史揭示根系功能性狀的全球組織

Lars O. Hedin, 郭大立（中國科學院）, et al.

圖片來源：中國科學院

（導讀寒雨）為探究植物根功能性狀的全球組織性，本研究從7 個生物群落中採集了369 種植物，分析了10 種一級根的重要功能性狀，發現根直徑對物種、生長和 群落中的變化有著最強的影響。 植物首次登陸後演化出更細的根，對根菌依賴程度更低，稱為“機會主義”策略；反之為“保守主義”策略。 此外，根形態多樣性在熱帶地區最高，在溫帶和沙漠群落中大幅衰減。

Sequences enriched in Alu repeats drive nuclear localization of long RNAs in human cells

人類細胞中富集在 Alu 重複序列中的核苷酸序列驅動長鏈 RNA 的核定位

Yoav Lubelsky and Igor Ulitsky

（導讀 郭懌暄）lncRNAs 和一些 mRNAs 作為重要的生物分子在細胞中發揮重要作用，但它們在細胞核中富集的機制尚不清楚。 本研究通過對細胞核 RNAs 中的短片段文庫進行篩選，發現一段來源於 Alu 序​​列的短核苷酸序列 C-富集結構域， HNRNPK 與之結合可使 lncRNAs 和 mRNA 在細胞核內聚集，這一機制在物種間是保守的。

Intragenic origins due to short G1 phases underlie oncogene-induced DNA replication stress

短暫 G1 期造成的基因內復制起點是致癌基因誘導 DNA 複製應激基礎

Morgane Macheret and Thanos D. Halazonetis

（導讀 阿金）闡明致癌基因誘使 DNA 複製失調的機制仍有難度。 本研究通過採用靈敏檢測方法在誘導致癌基因 CCNE1 和 MYC 的前後分別鑑定了細胞中上千個複制起始位點，發現致癌基因可以在活躍轉錄的基因內部誘導新的複制起始位點。 這些異位複制位點通常在G1 期被轉錄所抑制，但是癌基因導致的S 期提前和轉錄未成熟可以解除抑制，複製和轉錄機器相互衝突，導致DNA 雙鏈斷裂和染色體重排，與癌 細胞中基因組的不穩定性相關。

The cryo-electron microscopy structure of huntingtin

亨廷頓蛋白（HTT）的冷凍電鏡結構

Wolfgang Baumeister, Rubén Fernández-Busnadiego, et al.

（導讀 阿金）HTT 蛋白（348 kDa）可以和多種蛋白髮生相互作用，其突變可導致亨廷頓病。 本研究解析出分辨率為4 埃，結合HTT 相關蛋白40 （HAP40）的人類HTT 蛋白全長冷凍電鏡結構：HTT 主要由α 螺旋構成，有三個主要結構域；HAP40  與HTT 的三個結構域同時 接觸，可穩定HTT 的結構。 該結果為進一步了解 HTT 的多種細胞功能鋪平道路。

Phase-plate cryo-EM structure of a biased agonist-bound human GLP-1 receptor–Gs complex

結合偏向激動劑的人類 GLP-1 受體-Gs 複合物冷凍電鏡結構

Patrick M. Sexton, Denise Wootten, et al.

（導讀 阿金）B 類 GLP-1 受體是治療 II 型糖尿病和肥胖症的主要靶點，內源激動劑 GLP-1 和人工模擬激動劑對其激動效果不同。 本研究描述分辨率為 3.3 埃，結合 G 蛋白偏向激動劑 exendin-P5 和 Gα s 的人類 GLP-1 受體冷凍電鏡結構。 和之前解析的 GLP-1 受體與 GLP-1 蛋白複合物結構相比，這一結構在胞內、胞外和 Gα s 結合部位均有不同。 該結果為偏向激動劑的分子基礎提供新見解。

天文學

Astronomy

Possible interaction between baryons and dark-matter particles revealed by the first stars

第一代恆星揭示的重子和暗物質粒子之間的可能的相互作用

Rennan Barkana

圖片來源：nature.com

（導讀 雷鳴）近期觀測結果顯示，紅移 20 處中性氫 21 厘米譜線吸收強度比模型預測高，置信度達到 3.8 個標準差。 本研究認為，第一代恆星輻射及重子物質與暗物質相互作用導致宇宙氣體過冷結合，可以解釋上述差異。 分析發現，這種暗物質粒子的質量不超過幾個質子質量，具有高非相對性。 該研究表明，21 厘米譜線可能用於探測暗物質。

An absorption profile centred at 78 megahertz in the sky-averaged spectrum

中心頻率為 78 MHz 的吸收譜

Judd D. Bowman, Alan E. E. Rogers, et al.

（導讀雷鳴）本研究在宇宙平均無線電頻譜上探測到以78 MHz 為中心的中性氫21 厘米吸收譜線，頻譜寬度與理論預測的結果基本一致，但其振幅比最大估值高2 倍多 。 相關研究顯示，只有早期宇宙暗物質與重子相互作用導致的原始氣體冷卻能夠解釋上述差異。

物理學

Physics

Fast quantum logic gates with trapped-ion qubits

囚禁離子量子位的快速量子邏輯門

D. M. Lucas, V. M. Schäfer, et al.

（導讀 阿金）基於囚禁離子的量子位是構建量子計算機的理想技術，但基本的雙量子位邏輯門存在速度極限。 本研究使用振幅整形的激光脈衝驅動離子沿設計好的軌跡運動，使得門操作對脈衝的光學相位不敏感，由此實現量子邏輯運算的加速。 研究測得邏輯門量子糾纏的生成時間縮短至 480 納秒，且保真度良好。

Probing the interatomic potential of solids with strong-field nonlinear phononics

使用強場非線性聲子探測固體的原子間勢

A. Cavalleri, A. von Hoegen, et al.

（導讀 阿金）可見光頻段下的非線性光學技術長期以來應用於凝聚態光譜學，但將範圍拓展到中紅外及太赫茲頻段將獲得更多信息。 本研究實現場強度一個數量級的增加，並且探測高階聲子非線性。 研究人員激發出鐵電材料鈮酸鋰橫向光學聲子模式的五個諧波，取得其原子間勢樣本，為材料的從頭計算法提供基準。

其他

【Materials-材料】 Skin electronics from scalable fabrication of an intrinsically stretchable transistor array

通過可伸縮電子晶體管陣列製造而成的皮膚狀電子元件

Zhenan Bao, Sihong Wang, et al.

（導讀 阿金）皮膚狀電子元件可無縫黏附在皮膚表面或身體內部，是理想的醫療手段，但其結構工程要求復雜的製造技術。 本研究展示一種具可伸縮屬性的電子聚合物晶體管陣列，密度達到每平方厘米347 個晶體管，其平均電荷載流子遷移率與非晶矽相當，由此構成可拉伸的皮膚狀電子元件 ，並為其他類似聚合物材料提供一個通用平台。

【Geoscience-地球科學】Hadean silicate differentiation preserved by anomalous   ¹⁴² Nd/ ¹⁴⁴ Nd  ratios in the Réunion hotspot source

留尼汪火山熱點的異常的   ¹⁴² Nd/ ¹⁴⁴ Nd  比例中保存的的冥古宙矽酸鹽分化

Bradley J. Peters, Richard W. Carlson, et al.

（導讀 卓思琪）通過活躍的火山熱點可以探索地球的內部構成。 本研究發現留尼汪島火山岩的   ¹⁴² Nd/ ¹⁴⁴ Nd   比值與現代地幔不同，並與氦同位素比率（ ³ He / ⁴ He ）相關，這表明​​這些同位素分化系統可能與早期矽酸鹽分化平行。 留尼汪島玄武岩中的 ¹⁴² Nd/ ¹⁴⁴ Nd 的比率表明其多階段的分化過程。 研究表明留尼汪岩漿是研究地球古代非均質內部的古老資源。

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