Nature 一周论文导读 | 2018 年 3 月 22 日

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Nature 一周论文导读 | 2018 年 3 月 22 日

2018 年 4 月 2 日 科研圈 科研圈

审校紫苏咖喱大头邓卓金庄维

材料科学

Materials

【封面故事】Continuous-wave room-temperature diamond maser

可在室温下工作的连续波钻石微波激射器

Jonathan D. Breeze, Enrico Salvadori, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25970

图片来源： Thomas Angus

（导读阿金）微波激射器因其作为低噪声放大器和振荡器的优异性能在深空通信和射电天文中得到广泛应用。本研究利用含有氮空位缺陷中心的金刚石，研发出一种可在室温下工作的连续波微波激射振荡器。研究结果表明这种室温、固态微波激射器件具有可应用于医学、安全、传感和量子技术的潜力。

Abstract

Maximizing and stabilizing luminescence from halide perovskites with potassium passivation

钾钝化对卤化物钙钛矿发光的最大化和稳定化

Richard H. Friend, Samuel D. Stranks, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25989

（导读阿金）金属卤化物钙钛矿材料在光电器件中的应用受限于发光率低，而且系统中光诱导的离子偏析导致能带带隙不稳定等因素。本研究使用钝化的卤化钾装饰钙钛矿薄层表面和晶界，减少非辐射损耗，限制离子迁移，同时 66%的外部光致量子发光率转化为超过 95%的内部发光率。研究结果有助于提高基于金属卤化物钙钛矿材料的器件效率极限。

Abstract

A lithium–oxygen battery with a long cycle life in an air-like atmosphere

类空气环境下长循环寿命的锂-氧电池

Larry A. Curtiss, Amin Salehi-Khojin, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25984

（导读阿金）锂-空气电池由于阴极、阳极和电解质副反应，仅局限于纯氧环境且循环寿命有限。本研究报道一种基于碳酸锂保护的阳极、二硫化钼阴极以及离子液体/二甲亚砜电解质组成的系统，在类空气环境中工作循环寿命长达 700 次，通过理论计算深入了解其运作情况，能够得到比传统锂离子电池高得多的能量密度。

Abstract

天文学

Astronomy

A single population of red globular clusters around the massive compact galaxy NGC 1277

围绕大质量紧凑星系 NGC 1277 的红色球状星团

Michael A. Beasley, Ignacio Trujillo, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25756

（导读雷鸣）球状星团的组成一般包含富含金属的（红色光谱区）和缺乏金属的（蓝色光谱区）星团。本研究发现银河系附近大质量星系 NGC1277 的光谱组成中没有蓝色成分，说明该星系自最初的坍塌后几乎没有任何质量吸积。建模计算显示，NGC1277 后期经吸积形成的恒星仅占星系总质量最多 10%，属于真正的遗迹星系。

Abstract

Isotopic evolution of the protoplanetary disk and the building blocks of Earth and the Moon

原行星盘的同位素演化以及形成地月系统的原初材料

Martin Schiller, Martin Bizzarro and Vera Assis Fernandes

https://www.nature.com/articles/nature25990

（导读雷鸣）本研究对来自太阳系内不同岩质行星的陨石进行钙同位素分析，发现 ⁴⁸Ca/⁴⁴Ca 比值与母体行星质量相关，说明原行星盘的岩质星球形成区域中，钙同位素成分长期、快速演化。他们所建立的行星吸积模型计算出地月钙同位素组成相同，与事实相符，说明月球是在原行星盘生命末期形成的。

Abstract

生物学

Biology

Placentation defects are highly prevalent in embryonic lethal mouse mutants

胎盘缺陷在胚胎致死小鼠突变体中高度普遍

Timothy Mohun, Myriam Hemberger, et al.

https://www.nature.com/articles/nature26002

图片来源：livescience.com

（导读郭怿暄）约 25-30%的小鼠基因敲除导致宫内死亡，但现有研究主要集中在胚胎而忽略了胎盘。本研究对来自 103 种胚胎致死性或亚存活小鼠基因敲除模型的胎盘表型进行筛查，发现 68%在孕中期或之后出现的胚胎死亡伴随胎盘畸形，而早期胚胎死亡几乎全部伴随着严重的胎盘畸形。胎盘缺陷与大脑、心脏、血管发育异常紧密相关，滋养层细胞中中关键基因的突变或敲除都会导致胚胎死亡。

Abstract

Developmental diversification of cortical inhibitory interneurons

皮质抑制性中间神经元的发育多样化

Gord Fishell, Rahul Satija, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25999

（导读董堃）大脑中含有多种不同类型的皮层中间神经元，为研究这种多样性，本研究对发育过程中不同时间点的小鼠细胞进行了单细胞转录组学分析，揭示了祖细胞分化为不同类型中间神经元前体细胞的时间节点，并发现转录因子 Mef2c 对 pv+ 神经元早期前体细胞的发育至关重要。这些发现为早期前体中间神经元的多样性和命运决定提供了解读。

Abstract

DNA methylation-based classification of central nervous system tumours

基于 DNA 甲基化的中枢神经系统肿瘤分类

Andreas von Deimling, Stefan M. Pfister, et al.

https://www.nature.com/articles/nature26000

（导读陈月欣）准确的病理诊断对于肿瘤患者的病程管理至关重要。而已知的中枢神经肿瘤有 100 多种类型，使得标准化的诊断分类尤为困难。借助机器学习算法，我们研究出一种基于 DNA 甲基化的中枢神经系统肿瘤分类方法。这一分类方法与标准法在结果上有约 12%的差异。我们已提供免费的在线版本供测试使用。

Abstract

Integrative structure and functional anatomy of a nuclear pore complex

核孔复合物（NPC）的整体结构和功能解析

Steven J. Ludtke, Christopher W. Akey, et al.

https://www.nature.com/articles/nature26003

（导读阿金）核孔复合物（NPC）的庞大尺寸和动态属性为全面解释其结构和功能增加难度。本研究得到了酿酒酵母中由 552 个蛋白质分子构成的完整 NPC 的亚纳米分辨率结构。结构类似带辐条的车轮，由“辐条”将各具功能的部分组合在一起，整体结构兼具强度和韧性；核孔中央通道区则富含转运因子对接相关的 Phe-Gly 重复序列，并由此构成不同的功能单元。这一结构科学地解释了 NPC 的结构、转运机制和演化起源。

Abstract

Dysregulation of expression correlates with rare-allele burden and fitness loss in maize

表达失调与玉米中罕见等位基因负荷和适应性损失相关

Karl A. G. Kremling, Shu-Yun Chen, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25966

（导读阿金）本研究报道现代自交玉米基因型和表型多样性中多组织基因表达数据，包括了 7 个组织平均 255 个品系的转录组数据。研究中绘制表达量基因座图谱，鉴定了罕见基因变体与异常基因表达的关系。经过分析基因表达数据，研究人员发现罕见等位基因和演化史影响基因表达调节，而且表达失调与种子重量适应性相关。该结论为实现农作物中遗传改良提供新思路。

Abstract

A single-cell RNA-seq survey of the developmental landscape of the human prefrontal cortex

单细胞 RNA 测序揭示人类前额叶皮层的发育蓝图

王晓群（中国科学院生物物理研究所）, 汤富酬（北京大学未来基因诊断高精尖创新中心）等

https://www.nature.com/articles/nature25980

图片来源：istock

（导读阿金）前额叶皮层是大脑最高层认知功能中心，但目前识别发育中的前额叶皮层的细胞类型并区别其发育特征仍有难度。本研究对人类发育时期（8-26 周）的前额叶皮层中 2300 多个细胞进行单细胞 RNA 测序，确认前额叶皮层内六大类细胞的 35 个亚型，绘制前额叶皮层兴奋性神经元形成的时间轴，并揭示调节神经元生成和神经环路形成的内在发育依赖性信号。

Abstract

Diffusible repression of cytokinin signalling produces endodermal symmetry and passage cells

细胞分裂素信号的扩散性抑制造就内胚层对称和通道细胞

Tonni Grube Andersen, Niko Geldner, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25976

（导读柳寒石）维管植物中根内皮作为保护鞘包绕于中央脉管系统，其中包含一些未栓化的通道细胞（passage cells）。该研究表明，通道细胞产生于分生组织形成的后期，由根分生组织的细胞分裂素介导。进一步研究显示，分生组织的形成，木质部相关的内皮细胞可根据营养状态改变通道细胞的数目，并影响邻近的皮层细胞转运蛋白的表达。

Abstract

Carbonate-sensitive phytotransferrin controls high-affinity iron uptake in diatoms

碳酸盐敏感的植物转铁蛋白控制硅藻中高亲和力的铁吸收

Katherine A. Barbeau, Andrew E. Allen, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25982

（导读柳寒石）海洋透光层中不稳定的无机铁是真核浮游生物特别是硅藻的重要铁源。研究发现，ISIP2A 是一种可促进三价铁离子与碳酸离子的结合的转铁蛋白，它的缺失会阻断硅藻对高亲和性离子的摄取。硅藻不稳定离子和碳酸离子协同反应的发生依赖于环境相关的富集，而转铁蛋白序列具有广泛的分类学分布，提示酸化驱动的海水碳酸盐含量下降会阻碍对全球来说都很重要的真核生物对离子吸收。

Abstract

The cis-regulatory dynamics of embryonic development at single-cell resolution

单细胞分辨率下胚胎发育的顺式调控动态变化

Jay Shendure, Eileen E. M. Furlong, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25981

（导读郭怿暄）了解基因调控网络如何控制进行性的细胞类型限定是极具挑战的。本研究通过对果蝇胚胎早、中、末期三个阶段超过 20000 个单个细胞核进行单细胞 ATAC-seq（sci-ATAC-seq）发现在原肠胚形成前基因组中调控序列的可进入性具有空间异质性，胚胎发育中期组织粒度出现，每个细胞类型的染色质可进入性保持了其胚层来源的特征。这一研究为理解发育中染色质景观的动态变化带来契机。

Abstract

其他

【Physics-物理】Image reconstruction by domain-transform manifold learning

通过域变换流形学习算法的图像重建

Matthew S. Rosen, Bo Zhu, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25988

（导读阿金）图像重建由于不存在先验的精确逆向转换分析知识，需要调整参数来优化重建性能。本研究采用深度神经网络，实现一个统一的图像重建框架——通过流形近似算法的自动变换成像（AUTOMAP），并在训练中观察到对噪点的优异免疫性以及膺像的减少。这为进一步开发新的图像采集策略提供方法。

Abstract

【Archeology-考古】Humans thrived in South Africa through the Toba eruption about 74,000 years ago

躲过约 74000 年前的多峇火山爆发，人类在南非繁荣兴旺

Eugene I. Smith, Curtis W. Marean, et al.

https://www.nature.com/articles/nature25967

（导读寒雨）苏门答腊岛多峇火山的爆发对气候、环境和人类的影响存在争议。本研究在南非南海岸两个早期含人类行为复杂性证据的遗址发现了雅戈尔多峇凝灰岩的微观火山玻屑特征，其沉积物已有 74000 年历史，并建立了两个遗址间的时间相关性。高分辨率发掘和取样技术对玻屑和人类定居证据的精确比较，表明人类在多峇巨灾和完整冰期后得到蓬勃发展。

Abstract