Nature 一周论文导读 | 2019 年 4 月 4 日

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Nature 一周论文导读 | 2019 年 4 月 4 日

2019 年 4 月 14 日 科研圈

审校：小象小勺小锅棒冰水村山郭访冬

制版：阿金

生物学

Biology

Structural variation in the gut microbiome associates with host health

与宿主相关的肠道微生物组的结构变异

图片来源：phys.org

（导读 Chen^W^J）本研究对微生物基因组结构变异（SVs）进行系统表征，发现其在人体肠道微生物组中普遍存在并以不同组进行复制，尤其在CRISPR相关和抗生素产生功能的基因富集，在微生物的适应中发挥作用并与宿主疾病风险因素相关。位于同一SV的基因可将微生物代谢与宿主健康联系在一起。这一结果揭示了微生物组与微生物适应和宿主健康相关的变异。[相关报道：Nature又添新证据：肠道菌群基因多态性高度关联宿主健康]

Visualizing DNA folding and RNA in embryos at single-cell resolution

以单细胞分辨率可视化胚胎中的DNA折叠和RNA

（导读郭怿暄）胚胎发育中细胞类型的建立需要基因与远端调控序列发生准确的相互作用。本研究开发出光学染色质结构重建（PRCA）方法，应用于研究果蝇胚胎冰冻切片Hox基因簇，同时平行标记大约30个RNA。发现处于激活和Polycomb抑制的DNA间存在细胞类型特异的物理边界。将Polycomb独立的边界删除导致异常的增强子-启动子接触，基因表达异常进而出现发育缺陷。 [相关报道：专家解读Nature丨超高分辨直接观测基因表达的染色质时空调控]

Chemosensory modulation of neural circuits for sodium appetite

神经回路的化学感应调节钠欲

（导读王思菲）本研究通过整合化学感应和体内耗尽信号来鉴定小鼠控制钠摄入的神经回路。刺激前蓝斑核中部分表达前内啡肽的兴奋性神经元，能引发钠摄取及厌恶信号，而抑制则减少钠摄取。咸味感知而非钠摄入本身能实时调节这群钠欲神经元，由纹状体末端床核中的GABA神经元介导。上述结果揭示整合化学感应信号及维持钠平衡的神经结构。[相关报道：咸味如何控制盐的摄入？]

A gut-to-brain signal of fluid osmolarity controls thirst satiation

流体渗透压的肠-脑信号控制口渴饱足感

（导读王思菲）本研究发现胃肠道中的渗透压被精确测量并迅速传递信号至大脑控制小鼠饮水行为。此渗透压信号是正常饮水饱足感的充要条件，通过迷走神经并传至控制口渴和加压素分泌的关键前脑神经元。单个神经元可通过整合肠胃道渗透压信息及口咽和血液中信号计算稳态需求。研究结果揭示体内液体稳态系统如何监测摄入液体的渗透压，以实时调控饮水行为。[相关报道：肠道竟在幕后“操控”我们的补水]

A widespread coral-infecting apicomplexan with chlorophyll biosynthesis genes

拥有叶绿素生物合成基因且广泛寄生在珊瑚内的顶复虫类

（导读阿金）寄生在珊瑚礁内的顶复虫类从自由生活的光养祖先进化而来，但其向寄生的转变不知如何发生。本研究使用种群调查、基因组和显微分析识别一种顶复虫类——corallicolid，存在于70%的珊瑚的胃腔中，它拥有非光合作用质体，但保留了生产叶绿素所需要的四种古老质体基因。该结果表明这种生物是演化中间体，并且暗示从光养到寄生转变的期间存在一种独特的生物化学效应。[论文详细信息]

Anaerobic oxidation of ethane by archaea from a marine hydrocarbon seep

海洋碳氢化合物渗流中的古生物厌氧氧化乙烷

（导读过泽远）在缺氧条件下消耗乙烷的微生物和相关催化反应仍然未知。本文富集了氧化乙烷的古细菌并进行系统荧光分析、蛋白质基因组学和代谢物研究分析，发现并命名其中主力‘Candidatus Argoarchaeum ethanivorans’，其具有合成功能性甲基辅酶M还原酶所必需所有基因，并阐述其代谢过程，填补了我们对微生物在缺氧条件下对同源烷烃系列(CnH2n+2)分子进行特异性氧化的认识空白。[论文详细信息]

CAR T cell trogocytosis and cooperative killing regulate tumour antigen escape

CAR T细胞胞啃作用和协同杀伤调节肿瘤抗原逃逸

（导读Chen^W^J）患者来源的CAR T细胞对多种B细胞恶性肿瘤具显著疗效，但发生低抗原水平的肿瘤逃逸机制仍不清楚。研究显示，CARs通过胞啃作用引起肿瘤细胞可逆性抗原丢失。肿瘤靶抗原被转移至T细胞，从而降低肿瘤细胞的靶抗原水平并促进T细胞自相残杀及T细胞耗竭。通过协同杀伤及组合靶向能降低这种效应，并提高肿瘤对免疫疗法的反应。[相关报道：Nature | CAR-T细胞的胞啃作用是肿瘤免疫逃逸的主要原因]

Breast cancer cells rely on environmental pyruvate to shape the metastatic niche

乳腺癌细胞依赖周围环境中的丙酮酸来塑造转移微环境

（导读郭怿暄/Chen^W^J）胞外基质可决定细胞行为。在转移性生长期间，肿瘤细胞可通过羟基化胶原重塑转移微环境促进自身转移性生长。本研究发现乳腺癌细胞摄入丙酮酸诱导α-酮戊二酸的生成，进而通过增强P4HA活性激活胶原羟化来驱动肺转移微环境中的胞外基质重塑。抑制丙酮酸代谢可导致胶原羟化受损，进而降低乳腺癌肺转移。该结果揭示了胶原重塑与转移营养微环境间的联系。[论文详细信息]

Enzyme-catalysed [6+4] cycloadditions in the biosynthesis of natural products

自然界中首例催化[6 + 4]环加成反应的酶

（导读MQ）自然界中是否存在着可催化[6+4]环加成反应的酶尚不清楚。本文报告了一组催化[6 + 4]环加成的酶，这是链霉素类天然产物生物合成的关键步骤。通过Cope-重排将[6 + 4]产物转化为较不稳定的[4 + 2]产物，再通过酶促反应将其转化为天然产物。这类酶的发现将进一步拓展人们对周环反应酶的认识，启发科学家们将来利用和改造周环反应酶来实现有价值的分子转化。[论文详细信息]

Structure of the human LAT1–4F2hc heteromeric amino acid transporter complex

人源氨基酸转运体LAT1-4F2hc复合物的结构

（导读MQ）L型氨基酸转运蛋白1(LAT1)是抗癌药物的潜在靶标，LAT1与4F2细胞表面抗原重链糖蛋白(4F2hc)共价连接形成LAT1-4F2hc复合体，但其相互作用以及该复合物的工作机制尚不清楚。本文利用冷冻电镜技术，首次解析了人源LAT1–4F2hc复合体、LAT1–4F2hc与抑制剂BCH结合的高分辨结构，对LAT1-4F2hc转运底物机制的探究具有重要意义，LAT1-4F2hc与抑制剂BCH结合的构象为针对LAT1-4F2hc的抗癌药物研发提供帮助。[相关报道：Nature丨西湖大学周强组解析首个人源氨基酸转运体LAT1–4F2hc复合体高分辨率结构]

物理学

Physics

Observation of fermion-mediated interactions between bosonic atoms

费米子介导的玻色子原子间相互作用的观测

图片来源：tubefabricatingservices.com

（导读阿金）在高能和凝聚态物理中，粒子交换对理解长程相互作用和相关性起到至关重要的作用。本研究报道铯原子的玻色-爱森斯坦凝聚体嵌入锂原子简并费米气体中时，原子间相互作用产生有效的囚禁势、阻尼和三体相干散射导致费米子介导的玻色子-玻色子相互吸引作用。该观测结果为关联远程原子和制备新的量子相提供可能。[论文详细信息]

Nonreciprocal control and cooling of phonon modes in an optomechanical system

光力学系统中声子模的非互易控制和冷却

（导读：刘奇）从引力波探测装置到手机，机械谐振腔是这些设备的重要组成部分。本研究利用空腔-光力学相互作用在声子谐振腔间产生鲁棒非互易耦合。在连续运行中，该方式可提供约30分贝隔离度，且原位可调。通过直接监测谐振腔内动力学，发现这种非互易性可以控制热涨落，可做为冷却声子谐振腔的一种调控方法。[论文详细信息]

Van der Waals contacts between three-dimensional metals and two-dimensional semiconductors

三维金属与二维半导体之间的范德华接触

（导读MQ）三维金属和单层二维过渡金属二硫化物之间的范德华接触尚未得到证实。本文报告了金纳米电极包覆的10nm厚的铟金属与单分子层MoS2之间的范德华接触。单层MoS2与铟/金电极的接触电阻为3000±300Ω，多层MoS2的为800±200Ω，这些数值是在三维金属电极与二硫化钼界面上观察到的最低值之一，使得高性能场效应晶体管的迁移率能高达到167±20cm2/Vs。[论文详细信息]

Attosecond angular streaking and tunnelling time in atomic hydrogen

原子氢中阿秒角度条纹和隧穿时间

（导读阿金）粒子能隧穿通过能垒是量子力学的重要特征。本研究报道在原子氢上的阿秒钟和动量空间成像实验，发现测量数据与基于三维含时薛定谔方程和实验激光脉冲参数的精确模拟数据高度符合，为瞬时隧穿提供令人信服的证据，确认隧穿延迟不超过1.8阿秒。排除了将所有常用的“隧穿时间”解释为“电子在势垒中花费的时间”的可能性。[相关报道：量子世界中的“穿墙术”有多快？]

Visualizing vibrational normal modes of a single molecule with atomically confined light

利用原子限制光直接观测单分子的简正振动模式

（导读陈欣桐）可视化分子简正振动所需的空间分辨率受限于光学显微镜的衍射极限。本研究利用针尖增强拉曼光谱和超高真空低温扫描隧道显微镜，在针尖原子和分子间的亚原子距离内实现埃级分辨率，得到单分子的振动光谱和简正振动图谱，并对由振动引起的分子内电荷及电流进行原子级解析，为光学在原子近场领域的应用提供了范例。[论文详细信息]

其他

【Planetary Science-行星科学】The unexpected surface of asteroid (101955) Bennu

小行星Bennu的意外表面（101955）

图片来源：nature.com

（导读：刘奇）OSIRIS-Rex航天器抵达Bennu，对此B型与富含有机物的含水碳质球粒陨石有关的小行星进行表征探测并取回样本。本研究基于早期观测评估最新样品。Bennu应该由水合物和丰富的挥发物组成，但其表面外观异质多样，超过航天器设计规格。这让执行采样返回任务的航天器只能在少数看似安全的区域着陆，直径范围约为5-20米。[论文详细信息]

【Geoscience-地球科学】Mid-latitude net precipitation decreased with Arctic warming during the Holocene

全新世期间中纬度净降水随北极变暖而减少

（导读过泽远）赤道和两极之间温度梯度影响大气的稳定性、急流强度和温带气旋的强度。本文表明北极相对于赤道变暖与中纬度净降水量显著减少同时发生，该模式与中纬度西风减弱、气旋减弱、陆地中纬度净降水减少的假设一致。目前，北半球高纬度地区的变暖速度几乎是全球平均水平的两倍，因此全球变暖将可能导致中纬度水资源大量减少。[论文详细信息]

【Ecology-生态】Climate–land-use interactions shape tropical mountain biodiversity and ecosystem functions

气候 - 土地利用方式互作塑造了热带山区生物多样性和生态系统

（导读过泽远）农业和自然资源对生物多样性和生态系统功能的影响尚不清楚。本文对乞力马扎罗山脉生物多样性和生态系统功能的研究表明，高强度土地利用导致动植物丰度损失，群落构成改变，干旱低地和寒冷山区更易被影响。结果显示气候可以改变土地利用对生物多样性的影响，气候恶劣的山区对变化的抵抗力更低。[论文详细信息]