Science 一周论文导读 | 2017 年 11 月 03 日

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Science 一周论文导读 | 2017 年 11 月 03 日

2017 年 11 月 11 日 科研圈 科研圈

审校邓卓大头紫苏

生物学

Biology

【封面故事】The condensin complex is a mechanochemical motor that translocates along DNA

凝集蛋白复合物是沿 DNA 转位的机械化学马达

Cees Dekker, Christian H. Haering, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6363/672

图片来源：reliawire.com

（导读阿金）凝集蛋白是生物染色体组织和压缩的关键因素但机制不明。本研究使用单分子成像技术，展示酵母菌中的凝集蛋白依靠 ATP 水解，以每秒约 60 个碱基对的速度沿 DNA 双链移动超过 1 万个碱基对的距离。表明凝集蛋白的马达功能可为染色体压缩和维持结构提供重要驱动力。

Abstract

Structure of the mitochondrial inner membrane AAA+ protease YME1 gives insight into substrate processing

线粒体内膜 AAA+ 蛋白酶 YME1 的结构解析揭示其底物处理机制

Steven E. Glynn, Gabriel C. Lander, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6363/eaao0464

（导读严冰）固定于酵母线粒体内膜的 AAA+ 蛋白酶 YME1 负责线粒体内蛋白质的质量控制，含有 ATPase 域和蛋白酶域。本文通过冷冻电镜解析出其 ATPase 域的高分辨率结构，发现 ATPase 域呈闭合的非对称螺旋阶梯状，将未折叠的底物环绕其中，中央孔道内保守的酪氨酸残基与底物多肽接触，通过 ATP 水解循环改变酪氨酸位置，从而将底物转运至楼梯底部的环状蛋白酶域中。该转运机制很可能也适用于其他的 AAA+ ATPase。

Abstract

Lattice system of functionally distinct cell types in the neocortex

新皮质中功能不同的细胞组成栅栏系统

Toshihiko Hosoya, Hisato Maruoka, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6363/610

（导读严冰）哺乳动物新皮质中不同类型的细胞是否会形成反复的结构模式还未研究清楚。本文报道位于新皮质第五层的不同类型细胞形成细胞类型特异性的放射状聚簇结构——微柱（microcolumn），大量的微柱形成六角形马赛克模式镶嵌在不同新皮质区域。位于同一微柱内的神经元有相似特征的视觉反应。早期产后发育时期，微柱由细胞类型特异性的缝隙链接相连，发育后期称为聚合性突触输入的中心。这为皮质信号处理研究提供模板。

Abstract

Topological and modality-specific representation of somatosensory information in the fly brain

果蝇大脑体感信息的拓扑和特定模式表征

Kei Ito, Asako Tsubouchi, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6363/615

（导读阿金）本研究发现昆虫体感神经类型投射模式与脊髓与哺乳动物的脊髓神经节的类似。腹侧大脑支配的感觉神经直接形成特定模式和拓扑体感地图。了解基本模式和创立基因工具将为阐明躯体感觉产生机制提供基础。

Abstract

ER-mitochondria tethering by PDZD8 regulates Ca²⁺ dynamics in mammalian neurons

PDZD8 介导的 ER-线粒体耦合调控哺乳动物神经元胞质内 Ca²⁺ 动态变化

Franck Polleux, Yusuke Hirabayashi, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6363/623

（导读严冰）在酵母中的 ERMES 复合物可连接内质网（ER）与线粒体，但后生动物中并未发现任何 ERMES 蛋白的直系同源物。本文报导，哺乳动物的 ER-线粒体连接形成需要 PDZD8 蛋白，其 SMP 域与酵母 Mmm1 的 SMP 域功能上同源。在神经细胞中，突触信号诱导 ER 释放 Ca²⁺ 后，需要 PDZD8 来实现线粒体的 Ca²⁺ 吸收，因此 ER-线粒体耦合很可能与神经细胞树突的 Ca²⁺动态变化有关。

Abstract

Southern African ancient genomes estimate modern human divergence to 350,000 to 260,000 years ago

非洲南部古老基因组显示现代智人出现于 35 万到 26 万年前

Marlize Lombard, Mattias Jakobsson, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6363/652

图片来源：zmescience.com

（导读郭怿暄）现代人类进化于非洲，但具体时间尚不清楚。本研究通过对非洲南部的 7 名古人类进行基因组测序，发现来自石器时代个体在遗传上与现代南部 San 部族更接近，而来自铁器时代个体更接近班图人。据此估计现代智人第一次分化时间在 35 万到 26 万年前，这一结论也同样印证了化石记录中人类解剖结构的发展。

Abstract

A high-coverage Neandertal genome from Vindija Cave in Croatia

来自克罗地亚 Vindija 洞穴的高覆盖率尼安德特人基因组

Kay Prüfer, Svante Pääbo, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6363/655

（导读陈月欣）迄今为止，唯一一份高质量尼安德特人基因组样本来自于南西伯利亚。本研究对约 50,000 年前克罗地亚 Vindija 洞穴的一位女性尼安德特人进行了高质量基因组测序，发现他们的群体应该较小，并推测现代人可能拥有比此前估计更多的尼安德特人基因。

Abstract

Ancient genomes show social and reproductive behavior of early Upper Paleolithic foragers

古代基因组显示上旧石器时代早期采集者的社会和繁殖行为

Eske Willerslev, Martin Sikora, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6363/659

（导读郭怿暄）多层级的社会群体对现代的狩猎采集者（HGs）有限的亲缘关系和近亲交配的水平人口结构是必须的。本研究通过对上旧石器时代早期 Sunghir 的多个晚期智人进行基因组测序。发现这些个体来源于一个拥有很小有效群体大小，其亲缘水平和近亲交配水平与现代狩猎采集者接近的群体。提示旧石器时代晚期的社会组织与当前存在 HGs 非常接近。

Abstract

A glycerophospholipid-specific pocket in the RVFV class II fusion protein drives target membrane insertion

RVF 病毒 II 类融合蛋白中的甘油磷脂特异性口袋驱使靶向膜插入

P. Guardado-Calvo, J. S. Hub, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6363/663

（导读陈月欣）在非洲，RVF 病毒通过蚊子叮咬在人类和畜类间传播疾病。本研究通过分析 RVF 病毒 II 类融合蛋白 Gc 融合后的结构，发现蛋白内置的模块将数个融合环同时插入细胞膜改变膜结构并与甘油磷脂（GPL）结合。这样的融合蛋白结构在虫媒病毒中高度保守。

Abstract

Spindle asymmetry drives non-Mendelian chromosome segregation

纺锤体不对称驱动非孟德尔染色体分离

Michael A. Lampson|, Takashi Akera, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6363/668

图片来源：University of Pennsylvania

（导读郭怿暄）女性减数分裂中，一些自私因子通过结合在卵细胞一侧的纺锤体，利用纺锤体的不对称来增强自身传递。本研究发现位于细胞皮层的 CDC42 信号通过调节微管酪氨酸化诱导纺锤体的不对称，进而导致染色体的非孟德尔分离，而皮层 CDC42 依赖由染色体引起的极化。这一发现揭示自私因子利用女性减数分裂过程中内在不对称性增强自身传递的机制。

Abstract

物理

Physics

High-speed plasmonic modulator in a single metal layer

单层金属层中的高速等离子体调制器

Masafumi Ayata, Juerg Leuthold, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6363/630

（导读葛鹏）表面等离子体为克服电子器件的速度和尺寸限制提供了新的途径。本研究展示了一种速度达 116 千兆比特每秒的全等离子体电光调制器，其中包含的垂直光栅耦合器、分配器、偏振旋转器、移相器有效截面等所有元素均在单层金属层中。该器件可以基于多种衬底表面，且耗能低，因此在传感和通信领域的用途将非常广泛。

Abstract

Self-assembled three-dimensional chiral colloidal architecture

自组装的三维手性胶体结构

Matan Yah Ben Zion, Paul M. Chaikin, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6363/633

（导读魏甜甜）尽管立体化学处于分子科学的研究中心，但它的研究领域先前一直被限制在纳米尺度。本研究通过结合 DNA 纳米技术和胶体科学实现了微米级胶体团簇的自组装。利用 DNA 弯折的功能弹性与胶粒的结构刚性，作者展示了三维微构造的平行自组装，并显示出其高度具体的几何结构，包括控制位置、二面角和团簇手性。

Abstract

Nonreciprocal lasing in topological cavities of arbitrary geometries

在任意几何形状拓扑空腔中的非互易激光振荡器

Boubacar Kanté, Babak Bahari, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6363/636

（导读阿金）光学谐振腔因其几何形状和互易性限制了光学器件的集成。本研究研发出一种工作在通信波段的新型激光器，在几何独立的集成非互易拓扑腔内，将单向光子边缘态的受激辐射耦合到特定的波导输出，其隔离比例超过 10dB。研究结果为开发任意形状的复杂拓扑电路开辟了新道路。

Abstract

Femtosecond laser reshaping yields gold nanorods with ultranarrow surface plasmon resonances

飞秒激光重塑可产生具有超窄表面等离子体共振的金纳米棒

Ovidio Peña-Rodríguez, Andrés Guerrero-Martínez, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6363/640

（导读阿金）本研究利用飞秒激光对金纳米棒进行调控重塑，从而得到超窄局域化表面等离子体共振带。这个过程需要在纳米棒表面活性剂的表面密度与照射能量之间实现巧妙的平衡，因为低冷却速率可产生剧烈的形态变化。研究结果为实现具有光学响应、接近理论极限的高品质金纳米棒提供了一个简单、快速、可重复操作的方法。

Abstract

A cryofuge for cold-collision experiments with slow polar molecules

可以进行低极性分子冷碰撞实验的冷冻离心机

Xing Wu, Thomas Gantner, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6363/645

（导读阿金）超冷分子作为前沿研究项目，在低速下制备其高密度样品仍具挑战。本研究通过使用非常规的冷冻离心机技术，将低温冷却的分子动能调控至1 K × kB (波尔兹曼常数)，使氟代甲烷和氘代氨样品密度高于每立方厘米 10⁹，相互作用时间超过 25 毫秒，并观察到分子间的低温偶极碰撞，确定了它们的碰撞截面。

Abstract

Even-denominator fractional quantum Hall states in bilayer graphene

双层石墨烯（BLG）中偶分母分数的量子霍尔态

J. Hone, C. R. Dean, et al.

http://science.sciencemag.org/content/358/6363/648

图片来源：Columbia University

（导读阿金）理论预测 BLG 的独特朗道能级谱支持非阿贝尔偶分母分数量子霍尔（FQH）态，类似于 GaAs 中鉴定出的 5/2 态，但其性质仍难确定。本研究报道了对双栅 BLG 器件中的偶分母 FQH 稳定序列的输运测量，确认其基态的自旋极化属性。研究结果表明 BLG 可作为调控由非阿贝尔激发的拓扑基态的有效平台。

Abstract