Nature 一周论文导读 | 2019 年 2 月 28 日

审校：小象 小勺 书牧 访冬 小锅 棒冰 咖喱

制版：阿金

生物学

Biology

A single-cell molecular map of mouse gastrulation and early organogenesis

小鼠原肠胚形成和早期器官发生的单细胞分子图谱

John C. Marioni, Berthold Göttgens, et al. 

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0933-9

图片来源：phys.org

（导读 郭怿暄）原肠胚期间胚胎多能细胞逐渐变为种系特异的祖细胞。本研究对小鼠胚胎受精后6.5天至8.5天的九个连续时间点进行单细胞转录组分析，建立从多能细胞到主要胚胎细胞种系分化的分子图谱，对内脏和原条来源内胚层的趋同进行探索。同时发现Tal1^-/-嵌合胚胎在早期中胚层分化中存在缺陷。对在体哺乳细胞分化轨迹进行全面描述将有助于了解基因的功能，改进体外分化方法。

Abstract

The single-cell transcriptional landscape of mammalian organogenesis

哺乳动物器官发生的单细胞转录景观

Cole Trapnell, Jay Shendure, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0969-x

（导读 郭怿暄）哺乳动物器官发生过程中三个胚层细胞迅速转化为一个包含绝大多数主要内、外器官的胚胎。本研究利用单细胞组合索引技术对妊娠9.5天-13.5天的61个小鼠胚胎进行转录组分析，建立小鼠器官发生细胞图谱，通过Monocle 3发现数百个细胞类型和56条分化轨迹，并对随时间变化细胞类型和轨迹中基因表达的动态变化进行探索。

Abstract

β-Synuclein-reactive T cells induce autoimmune CNS grey matter degeneration

β-突触核蛋白反应性T细胞诱导自身免疫性中枢神经系统灰质退化 

Francesca Odoardi, Alexander Flügel, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0964-2

（导读 王思菲）灰质退化是多发性硬化症这一中枢神经系统自身免疫病的常见症状，但发病机制尚不明确。本研究发现在Lewis大鼠中β-突触核蛋白的表达可诱导局部对其具有反应性的T细胞激活，引发炎症并募集免疫细胞，进而使灰质发生包括胶质增生、神经破坏和大脑萎缩等显著病变。多发性硬化症患者体内也发现β-突触核蛋白特异性T细胞的富集。

Abstract

Rolling of the jaw is essential for mammalian chewing and tribosphenic molar function

颌骨的转动对哺乳动物的咀嚼和磨楔式臼齿功能至关重要

Bhart-Anjan S. Bhullar, Armita R. Manafzadeh, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0940-x

（导读 页一）仅由齿骨构成下颌和磨楔式臼齿是哺乳动物咀嚼相关主要解剖特征。本研究描述了哺乳动物祖先简单对称的咀嚼过程：在下颌张开合拢过程中下排牙齿随单侧下颌长轴旋转而外翻和内收，配合外翻-内收式旋转碾磨。该过程高度依赖下颌长轴转动。这种高效咀嚼模式使哺乳动物能够将食物嚼碎后消化，是各种哺乳动物牙齿演化基础。

Abstract

Recalibration of path integration in hippocampal place cells

海马位置细胞中路径整合的重新校准

Ravikrishnan P. Jayakumar, Manu S. Madhav, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0939-3

图片来源：neurosciencenews.com

（导读 页一）海马位置细胞是组成哺乳动物大脑中“认知地图”的元素，依靠感知自身与地标间的相对位置，以及测量自身移动的距离和方向这两种交互机制来实现定位，后者也称为路径整合。本研究通过大鼠实验表明，海马位置细胞路径整合中的增益因子会根据自身感知和外部地标反馈之间持续的矛盾而重新校准。这种极快的可塑性使得大鼠在外部世界的移动过程中能够实现行为时间尺度上的实时定位。

Abstract

Dynamics of oligodendrocyte generation in multiple sclerosis

多发性硬化症中少突胶质细胞产生的动态变化

Maggie S. Y. Yeung, Jonas Frisén, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0842-3

（导读 王思菲）少突胶质细胞形成的髓鞘在多发性硬化症（MS）患者中破坏，但能否再生尚不明确。本研究通过将碳14整合进基因组DNA发现少数侵袭性强的MS患者正常白质中少突胶质细胞产生增加数倍，但多数患者并无增生。MS患者影斑区无新生少突胶质细胞提示髓鞘修复为一过性或事先存在的少突胶质细胞参与修复。这一发现将对目前和未来治疗方案的开发具有指导意义。

Abstract

Altered human oligodendrocyte heterogeneity in multiple sclerosis

在多发性硬化症中人类少突胶质细胞异质性的改变

Charles ffrench-Constant, Anna Williams, Gonçalo Castelo-Branco, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0903-2

（导读 郭怿暄）少突胶质细胞可以包裹轴突形成髓鞘并为其提供代谢支持。多发性硬化症（MS）患者中枢神经系统脱髓鞘导致神经退行性病变。本研究对MS患者和正常对照的大脑白质进行单细胞核RNA测序，在正常人白质发现少突胶质细胞的亚细胞群，并定义新的细胞标记。MS组织中亚群分布与对照存在差异，可能反映其不同的功能状态。提示MS是一种更加弥散性的疾病。

Abstract

Singlet molecular oxygen regulates vascular tone and blood pressure in inflammation

单线态分子氧调节炎症中血管紧张度和血压

Christopher P. Stanley, Richard J. Payne, Roland Stocker, et al. 

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0947-3

（导读 郭怿暄）炎症状态下动脉内皮细胞表达吲哚胺2,3-加双氧酶1参与血压调节，但具体机制未知。本研究发现在一条将L-色氨酸氧化为三环氢过氧化物的未知通路中，该酶可以在过氧化氢存在条件下产生单线态分子氧（

¹O2）。¹O2诱导动脉舒张、降低血压。该活性依赖蛋白激酶G1 α 的Cys42。该发现揭示了¹O2在哺乳动物中的病生理作用。

Abstract

Neutrophils escort circulating tumour cells to enable cell cycle progression

中性粒细胞护送循环肿瘤细胞以使细胞周期进展

Barbara Maria Szczerba, Nicola Aceto, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0915-y

（导读 Chen^W^J）本研究使用单细胞RNA测序，在乳癌患者和小鼠模型中发现，循环肿瘤细胞（CTC）与中性粒细胞相关。中性粒细胞相关CTC与单独CTC转录组谱中部份异表达的基因促进细胞周期导致高效转移。此外，细胞间及细胞因子与受体的连接定义了CTC-中性粒细胞簇，同时也是转移的关键。因此，CTC-中性粒细胞的关系促进细胞周期并增强其转移潜力，为乳癌治疗提供新靶标。

Abstract

Multiplex chromatin interactions with single-molecule precision

单分子精度的多重染色质相互作用

Meizhen Zheng, Yijun Ruan, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0949-1

（导读 郭怿暄）多细胞生物基因组在细胞核内高度折叠为三维染色体，但现有方法无法对染色质相互作用进行高精度解析。本研究开发出一种ChIA-Drop方法，可以捕捉单分子精度的复杂染色质相互作用。利用该方法发现果蝇细胞染色质拓扑结构具有多重染色质相互作用且异质性很高。这一方法还揭示了以启动子为中心的多重相互作用，为转录提供拓扑信息。

Abstract

材料科学

Materials

Catalogue of topological electronic materials

拓扑电子材料目录

Hongming Weng, Chen Fang, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0944-6

图片来源：physicsworld.com

（导读：王嘉媛）拓扑电子材料的寻找因其计算拓扑不变特性的困难受到阻碍。本研究基于占用带的对称表示和拓扑不变量之间的穷举映射推出了一种高效且全自动的算法，可以诊断大部分非磁性材料中的非平凡带拓扑，进而在晶体数据库中筛选出多达8056种拓扑材料。这项研究将进一步推进拓扑材料在高性能电子和量子计算中的应用。

Abstract

A complete catalogue of high-quality topological materials

完整的高品质拓扑材料目录

B. Andrei Bernevig, Zhijun Wang, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0954-4

（导读MQ）该研究通过在无机晶体结构数据库中对“高质量”材料（原子位置和结构已被精确测量）的高通量筛选，开发代码来计算26,938个化学计量材料的所有对称性的所有特征，找到3,307个拓扑绝缘体，4,078个拓扑半金属且没有脆性相，并提供其电子能带结构信息。研究结果表明，自然界中超过27％的材料是拓扑的。该研究提供了一个开源代码，用于检查任何材料的拓扑结构，并允许其他研究人员重现该研究的结果。

Abstract

Comprehensive search for topological materials using symmetry indicators

使用对称指标全面搜索拓扑材料

Feng Tang, Hoi Chun Po, Ashvin Vishwanath & Xiangang Wan 

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0937-5

（导读 卓思琪）过去十年，拓扑材料广受关注。尽管实验证明了一些理论上的拓扑材料是存在的，但是由于拓扑材料的缺乏，进一步的实验研究和实际应用受到限制。本研究应用对称指示理论，开发了一套高效寻找拓扑材料的方法。该方法针对230个可能空间群中所有合适的非磁性化合物。数据库显示了数以千计的候选拓扑材料，这些候选材料为拓扑材料在下一代电子设备中的应用提供了可能性。

Abstract

物理学

Physics

Entanglement of bosonic modes through an engineered exchange interaction

通过工程交换相互作用实现玻色子模式纠缠

Yvonne Y. Gao, Brian J. Lester, Robert J. Schoelkopf, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0970-4

图片来源：phys.org

（导读 阿金）量子计算是信息处理的强有力新范例，任何控制良好的量子系统皆可实现鲁棒通用量子计算机。本研究展示一种SWAP指数操作的有效应用，实验条件下在两个超导微波空腔内实现玻色子量子比特存储。该操作可在连续变化模式的任何编码子空间中运作。研究结果为使用玻色子模式开发通用量子计算提供有效基础。

Abstract

Encoding a qubit in a trapped-ion mechanical oscillator

在机械离子阱振荡器中编码量子比特

C. Flühmann, J. P. Home, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0960-6

（导读 阿金）量子计算机的稳定操作依赖纠错能力，即能将单个信息的量子比特存储在更大系统的希尔伯特空间中。本研究使用一个被捕获的钙40离子在谐波运动中位移压缩态的叠加来编码量子比特，通过与辅助内态量子比特耦合，来控制和测量机械振荡器。由此准备、重构出的逻辑态平均保真度为87.3 ± 0.7%。该方法为探索连续变化的纠错和混合量子信息方案提供有效途径。

Abstract

A weak topological insulator state in quasi-one-dimensional bismuth iodide

准一维碘化铋中的弱拓扑绝缘态

T. Sasagawa, Takeshi Kondo, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0927-7

（导读 阿金）三维尺度下拓扑绝缘体有“强”“弱”之分，实验已证明强拓扑绝缘态的存在，而弱拓扑绝缘体（WTI）尚无证明。本研究在碘化铋（β-Bi4I4）晶体内证明存在WTI态，发现其关键特征——在晶体侧面出现准一维狄拉克拓扑表面态，而顶部表面没有。在室温下，其晶体相变能改变其拓扑相变。该结果为实现高度定向且致密自旋电流技术打下基础。

Abstract

Colouration by total internal reflection and interference at microscale concave interfaces

在微尺度凹面处通过全内反射和干涉着色

Amy E. Goodling, Lauren D. Zarzar, et al.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0946-4

（导读 页一）本研究介绍了一个之前未被发现的机制，能用大角度光谱分离来制造彩虹色。当光沿着光学凹面的不同轨迹进行全内反射，光的干涉会产生绚烂的彩色图案。产生这种现象的凹面尺寸比可见光波长大几个数量级，并可在水滴或是其他复杂结构中观测到。这种在微尺度凹面产生颜色的方法非常简单，有望在光学基础研究和油墨等领域得到应用。

Abstract

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