Science 一周论文导读 | 2018 年 10 月 26 日

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Science 一周论文导读 | 2018 年 10 月 26 日

2018 年 11 月 4 日 科研圈

审校邓卓访冬小锅书牧小勺棒冰

封面制作：访冬

制版：阿金

生物学

Biology

Single-cell analysis uncovers convergence of cell identities during axolotl limb regeneration

单细胞分析揭示了蝾螈肢体再生过程中细胞类型的趋同

Barbara Treutlein, Elly M. Tanaka, Prayag Murawala, et al.

http://science.sciencemag.org/content/362/6413/eaaq0681

图片来源：Research Institute of Molecular Pathology (IMP)

（导读郭怿暄）蝾螈前肢切断后，祖细胞在肢体再生前先聚集形成暂时性胚芽组织。但其形成机制尚不清楚。本研究结合Cre-loxP报告基因细胞追踪和单细胞RNA测序对成熟结缔组织（CT）细胞异质性及其向肢体胚芽的转换进行分子追踪。发现未受伤成年肢体CT细胞回到相对均一的祖细胞状态，即胚胎肢体芽样表型的多相分子程序。该发现为了解脊椎动物器官再生的分子细胞重塑提供帮助。

Abstract

Super-resolution chromatin tracing reveals domains and cooperative interactions in single cells

超分辨率染色质追踪揭示了单细胞中的结构域和协同相互作用

Alistair N. Boettiger, Xiaowei Zhuang, et al.

http://science.sciencemag.org/content/362/6413/eaau1783

（导读郭怿暄）染色质的空间结构对调节基因组功能非常重要。本研究开发出一种成像方法可对染色质组织方式进行千碱基对级、纳米级追踪。结果显示在单细胞中拓扑相关结构域（TADs）样结构呈球状，而结构域边界锐利。不同细胞边界不同，但更倾向于CTCF和cohesin结合位点。去除cohesin不会改变单细胞中TAD-样结构但会消除偏好的结构域边界位置，研究结果为染色质结构域和中心形成的机制提供重要见解。

Abstract

The chromatin accessibility landscape of primary human cancers

人类原发癌症的染色质可接近性

M. Ryan Corces, William J. Greenleaf, Howard Y. Chang, et al.

http://science.sciencemag.org/content/362/6413/eaav1898

（导读郭怿暄）本研究展示了来自TCGA数据库23种类型410个肿瘤样品的全基因组范围染色质可接近性图谱。研究扩充了已知的顺式调控元件，结合多组学数据发现大量远端增强子，可用于区分癌症分子亚型，揭示驱动疾病的特异性转录因子，定义癌症长距离基因调控相互作用。该发现为理解肿瘤基因组中非编码区提供系统方法，有助于癌症诊断和治疗。

Abstract

Evolutionary shift toward protein-based architecture in trypanosomal mitochondrial ribosomes

锥虫线粒体核糖体中向基于蛋白质结构的进化转变

David J. F. Ramrath, Nenad Ban, et al.

http://science.sciencemag.org/content/362/6413/eaau7735

（导读柳寒石）核糖体RNA（rRNA）在核糖体中具有关键的功能和结构作用。研究人员利用电子显微镜解析了布氏锥虫（Trypanosoma brucei）线粒体中高度分化的核糖体的原子结构，发现其在已知核糖体中rRNAs最少但蛋白质更多。它自发形成的外壳包裹整个颗粒同时稳定和定位rRNA的重要功能区域。该研究揭示了所有核糖体共有的“最小”保守rRNA和蛋白质组分，有助于定义其最基本的功能元件。

Abstract

Dynamic salience processing in paraventricular thalamus gates associative learning

丘脑室旁核的动态刺激显著性评估调控关联性学习

Yingjie Zhu, Xiaoke Chen, et al.

http://science.sciencemag.org/content/362/6413/423

（导读董堃）行为相关刺激的显著性为动态，且受内在生理状态和外界环境影响。监测这种显著性的变化对于高效的学习并且调整行为显然非常重要，然而其背后的神经机制还尚未明确。本文发现丘脑室旁核中的神经元对这种刺激的显著性敏感，这预示着该核团的信息调控能够将学习行为和动态刺激显著性表征联合起来。

Abstract

The paraventricular thalamus is a critical thalamic area for wakefulness

丘脑室旁核是丘脑中负责觉醒的关键区域

Shuancheng Ren, Xiaowei Chen, Chao He, Zhian Hu, et al.

http://science.sciencemag.org/content/362/6413/429

（导读阿金）临床观察表明丘脑的旁正中区域是控制觉醒的关键节点。本研究在小鼠中使用多通道电生理学记录和在体纤维光度测定，发现觉醒期间丘脑室旁核（PVT）神经元持续高兴奋性活动，激活PVT神经元可诱导睡眠向觉醒的转换。PVT-伏隔核投射及下丘脑侧面下视丘分泌素神经元到PVT神经元投射是觉醒控制的效应通路。该结果确认 PVT是丘脑中关键的觉醒控制核团。

Abstract

Transmission modes of the mammalian gut microbiota

哺乳动物肠道微生物群的传播模式

Andrew H. Moeller, Michael W. Nachman, et al.

http://science.sciencemag.org/content/362/6413/453

图片来源：phys.org

（导读王思菲）肠道细菌在哺乳类动物宿主间的传播途径仍未知。本研究通过近交两个野生小鼠族群获得17个小鼠品系，通过监测11代的肠道微生物群确定其传播模式。研究发现同一小鼠品系中个体和群体水平微生物组成保持稳定，提示微生物群主要经垂直途径传播。但某些细菌倾向在小鼠品系间水平传播，这些细菌的水平传播能力可能使它们在演化上成为病原微生物。

Abstract

Agouti-related peptide 2 facilitates convergent evolution of stripe patterns across cichlid fish radiations

刺豚鼠相关肽2（agrp2）促进慈鲷鱼类辐射适应中条纹图案的趋同演化

Claudius F. Kratochwil, Axel Meyer, et al.

http://science.sciencemag.org/content/362/6413/457

（导读阿金）非洲慈鲷鱼的色彩图案提供了表型趋同演化的鲜明案例。本研究发现刺豚鼠相关肽2（agrp2）基因的调控改变是控制这种演化上不稳定表型的分子开关。agrp2低表达与物种群间的条纹图案呈趋同关联。遗传图谱和CRISPR-Cas9基因敲除也证明了两者之间的联系。该结果揭示单基因影响复杂色彩图案趋同演化的方式。

Abstract

The nearshore cradle of early vertebrate diversification

近岸区域是早期脊椎动物多样化的摇篮

Lauren Sallan, Ivan J. Sansom, et al.

http://science.sciencemag.org/content/362/6413/460

（导读阿金）由于古生物学数据有限且常自相矛盾，对原始脊椎动物栖息地的认识往往存在争议。本研究分析了中古生代的脊椎动物化石及栖息地数据，发现早期脊椎动物起源于浅水潮间带和潮下带环境，近岸环境差异赋予物种身体不同的扩散能力。结果表明脊椎动物的近岸起源可能与其移动能力有关，并可能影响其早期化石记录结构和多样性。

Abstract

PIEZOs mediate neuronal sensing of blood pressure and the baroreceptor reflex

PIEZO介导神经元感知血压和压力感受器反射

Wei-Zheng Zeng, Ardem Patapoutian, et al.

http://science.sciencemag.org/content/362/6413/464

（导读阿金）激活张力敏感的压力感受器神经元能快速调控心率和血压，但分子机制尚未确定。本研究发现机械激活离子通道PIEZO1和PIEZO2都是压力感受所必需的，敲除小鼠结状感觉神经节和岩感觉神经节的Piezo1和Piezo2会破坏药物诱导的压力反射和主动脉减压神经活性。光遗传手段激活Piezo2正向感觉传入神经足以引发小鼠的压力感受反射。该发现表明PIEZO1和PIEZO2就是长期以来一直寻找的关键压力感受器。

Abstract

化学

Chemistry

Efficient access to unprotected primary amines by iron-catalyzed aminochlorination of alkenes

通过铁催化的烯烃氯胺化反应有效获得未受保护的伯胺

Luca Legnani, Bill Morandi, et al.

http://science.sciencemag.org/content/362/6413/434

（导读阿金）伯胺是生物活性分子的基本成分，也是药物及农用化学品合成的通用中间体。本研究通过铁催化促使烯烃发生氯胺化反应获得伯胺，该反应操作简易，可在室温下在空气中直接发生，能够耐受大范围的脂肪质和共轭烯烃，并根据不同氨基提供优异的抗马氏区域选择性。

Abstract

Ethane/ethylene separation in a metal-organic framework with iron-peroxo sites

铁-过氧化物金属有机骨架中乙烷/乙烯的分离

Libo Li, Jinping Li, Wei Zhou, Banglin Chen, et al.

http://science.sciencemag.org/content/362/6413/443

（导读阿金）分离乙烷与其相应的乙烯是化学工业中重要的耗能过程。本研究报道一种微孔金属-有机骨架，基于铁-过氧化物位点优先与烷烃结合，随后高度选择性地分离C2H6/C2H4,可在周围环境的条件下仅用单次分离循环便能生成聚合物级的乙烯（99.99%）。由此证明这是一种低耗能的潜在工业分离方法。

Abstract

Methylammonium-free, high-performance, and stable perovskite solar cells on a planar architecture

无甲铵高性能平面型稳定钙钛矿太阳能电池

Silver-Hamill Turren-Cruz, Anders Hagfeldt and Michael Saliba

http://science.sciencemag.org/content/362/6413/449

图片来源：Université de Fribourg

（导读阿金）目前性能高于20%的钙钛矿太阳能电池（PSCs）都含有溴（Br），导致带隙不够理想，并产生热不稳定的甲铵（MA）分子。本研究使用铷和铯进行无机阳离子调控，使得高结晶钙钛矿以甲脒代替MA，不含溴，实现平面型钙钛矿电池能效达20.35%。该结果表明无MA类钙钛矿在柔性器件的应用上极具前景。

Abstract

物理学

Physics

Synchrotron radiation from an accelerating light pulse

加速光脉冲产生的同步辐射

M. Henstridge, R. Merlin, et al.

http://science.sciencemag.org/content/362/6413/439

（导读阿金）常见的同步辐射由大型设备产生，其千兆电子伏特的电子沿着千米长的环形轨道运动。本研究使用超表面弯曲光线，展示了亚皮秒量级脉冲产生的同步辐射。这种在太赫兹范围内的辐射是由脉冲诱导的非线性极化引起的。实验结果有望推动芯片上太赫兹辐射源的研发。

Abstract

A room-temperature single-photon source based on strongly interacting Rydberg atoms

基于强互作用里德伯原子的室温单光子源

Fabian Ripka, Harald Kübler, Robert Löw and Tilman Pfau

http://science.sciencemag.org/content/362/6413/446

（导读阿金）将多体系统的集体量子态转移到光模式能产生光的定制量子态，但是受热涨落的限制通常要求超低温度或者强束缚。本研究通过一种四波混频方案来展示一种定制的可室温工作的单光子源，具有可扩展性和可集成性。同时里德伯原子间的相互作用抑制了多重里德伯激发态和极化子移相造成的相消干涉。该方法在量子信息处理和通讯方面具有应用潜力。

Abstract