Nature 一周论文导读 | 2019 年 8 月 1 日

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Nature 一周论文导读 | 2019 年 8 月 1 日

2019 年 8 月 11 日 科研圈

审校：咖喱小象小锅山村水郭小勺书牧棒冰

制版：阿金

生物学

Biology

Incompatible and sterile insect techniques combined eliminate mosquitoes

昆虫不相容和不育技术联合消灭蚊子

图片来源：China Daily

（导读阿金）基于辐射的昆虫不育技术（SIT）对蚊子的控制效果有限，而利用蚊子内共生菌Wolbachia的不相容昆虫技术（IIT）也有其限制性。本研究结合两种技术（IIT-SIT），释放经三突变Wolbachia菌种感染的百万只雄蚊以消灭野生型白纹伊蚊，并辐射虫蛹避免错放同样的雌蚊在田间繁殖，在田间成功消灭最具侵入性的白纹伊蚊（Aedes albopictus）。此田间实验的成功证明该方法对区域性控制蚊虫具可行性。[相关报道：让蚊子灭绝！这项技术，让广州部分区域的野生蚊子几近消失]

Meningeal lymphatic vessels at the skull base drain cerebrospinal fluid

颅底的脑膜淋巴管引流脑脊液

（导读阿金）脑膜淋巴管（mLVs）负责脑脊液（CSF）的清除，但仍不清楚准确引流线路。本研究通过观察颅骨基底部中mLVs不同的解剖位置及其特化的形态特征，揭示mLVs促进CSF的摄入与排出。小鼠基底部mLV具有淋巴管瓣，临近蛛网膜下腔有毛细血管伴行，是CSF大分子清除的主要场所，mLV完整性和CSF的引流均随衰老受损。该发现有助于了解mLVs在衰老相关神经病理生理过程中的作用。[论文详细信息]

Childhood cerebellar tumours mirror conserved fetal transcriptional programs

儿童小脑肿瘤反映了保守的胎儿转录程序

（导读郭怿暄）本研究对小鼠发育小脑进行单细胞测序，发现儿童小脑肿瘤不同分子亚组反映了小脑特定时间的不同细胞种系。Sonic Hedgehog髓母细胞瘤反映颗粒细胞谱系，3型髓母细胞瘤像Nestin+干细胞，4型髓母细胞瘤像单极刷细胞，PFA/PFB室管膜瘤和毛细胞型星形细胞瘤像胎儿胶质生成祖细胞。许多儿童小脑肿瘤由不同分化来源的细胞混合组成，表明小脑肿瘤是大脑发育早期出现的疾病。[论文详细信息]

Resolving medulloblastoma cellular architecture by single-cell genomics

通过单细胞基因组学解析髓母细胞瘤细胞构成

（导读郭怿暄）本研究运用单细胞转录组学对包含所有分子亚型的25例髓母细胞瘤进行瘤内和瘤间异质性分析，发现WNT，SSH和3型均含有亚型特异的未分化和分化神经样恶性细胞瘤，4型只有后者。SHH瘤反映了颗粒神经元不同的分化状态，3型和4型表现出由类原始祖细胞到成熟神经样细胞的发育轨迹，相对比例可区分亚型。跨物种转录组发现不同谷氨酸能细胞是SHH和4型细胞起源。[相关报道：《自然》：近9万个细胞单独测序，个体化治疗儿童脑瘤完成奠基性工作]

Conformational transitions of a neurotensin receptor 1–Gi1 complex

神经降压素受体1-Gi1复合物的构象转变

（导读阿金）神经降压素受体1（NTSR1）属于G蛋白偶联受体（GPCR），参与血压、体温和体重调节，并对疼痛做出响应。本研究展示了人类NTSR1与激动剂JMV449和异源三聚体Gi1蛋白复合物的两种结构状态，其中非常规态与常规态相比，G蛋白相对受体扭转了约45度。这些新的结构信息为了解G蛋白活性的复杂过程提供思路。[论文详细信息]

Elemental signatures of Australopithecus africanus teeth reveal seasonal dietary stress

南方古猿牙齿的元素特征揭示了季节性饮食压力

图片来源： Luca Fiorenza

（导读刘奇）已灭绝人类对食物供应季节性波动的饮食反应及护理行为尚不清楚。本研究将高分辨率微量元素分析应用于A. africanus，表明A. africanus婴儿在出生后第一年主要食用母乳，食物供应不规律，牙齿中锂的周期性积累证实其范围以资源波动为特征，且具有生理适应能力。该发现提供了A. africanus饮食循环和生态行为见解，表明非洲古猿灭绝前的饮食压力。[相关报道：人类祖先200万年前已有哺育后代习性]

A clinically applicable approach to continuous prediction of future acute kidney injury

对未来急性肾损伤连续预测的临床应用方法

（导读郭怿暄）对病情恶化的早期预测至关重要。本研究开发一种深度学习方法对未来病情恶化进行连续风险预测。以急性肾损伤为例，基于703782名患者大量纵向电子健康档案，最早提前48h预测出55.8%的患者会出现急性肾损伤，其中90.2%需要进行透析，错误预测与正确预测比值为2。模型还提供置信度评估和临床特征列表，能够识别风险患者提供早期治疗机会。[相关报道：人工智能提前预测急性肾损伤]

Single-cell analysis of cardiogenesis reveals basis for organ-level developmental defects

单细胞心脏发育分析揭示了器官水平发育缺陷的基础

（导读郭怿暄）先天性心脏病是最常见的先天畸形。本研究对正常和异常心脏发育中早期心脏祖细胞进行单细胞RNA测序分析，通过基于网络的计算方法发现Hand2是流出道细胞的分化因子。对Hand2-null胚胎进行时间单细胞测序显示流出道心肌特化失败，右心室心肌特化但无法分化和迁移。同时视黄酸信号失调，心脏祖细胞前后模式建立受损。该结果为进一步探索先天性心脏缺陷奠定基础。[论文详细信息]

A mutation-independent approach for muscular dystrophy via upregulation of a modifier gene

通过上调修饰基因不依赖突变的一种肌营养不良症治疗方法

（导读阿金）神经肌肉疾病通常由大型结构复杂的基因异源突变引起，靶向补偿性修饰基因有助于改善疾病表型。本研究提出一种不依赖突变的策略：在小鼠中激活CRISPR系统，上调与1A型先天性肌营养不良疾病（MDC1A）相关的修饰基因Lama1。研究人员发现治疗开始能够明显改善病症、延缓病程。研究结果表明通过CRISPR-dCas9介导Lama1的上调具有可行性和治疗效果。[相关报道：Nature：肌营养不良可咋整？CRISPR带来治疗新曙光]

A calmodulin-gated calcium channel links pathogen patterns to plant immunity

钙调蛋白门控钙通道将病原体模式与植物免疫联系起来

（导读王思菲）植物病原体相关分子模式（PAMP）诱导钙信号及植物免疫的机制仍未知。本研究发现当钙供应充足时，拟南芥中编码环核苷酸门控通道（CNGC）的两个基因是该过程发生的必要条件：CNGC2和CNGC4蛋白共同形成受钙调蛋白调控的钙通道，病原体侵入时，此通道被磷酸化并激活，导致胞内钙浓度升高，启动后续免疫反应。综上，CNGC介导的钙流入将植物PAMP与钙依赖的免疫反应联结在一起。[论文详细信息]

Rotation tracking of genome-processing enzymes using DNA origami rotors

使用DNA折纸转子跟踪基因组加工酶的旋转

（导读阿金）许多基因组加工反应都会产生DNA旋转，现有DNA旋转测量方法的时间分辨率不佳。本研究提出基于折纸转子的成像与跟踪技术（ORBIT），该方法用荧光标记的DNA折纸转子追踪单细胞中的DNA旋转，时间分辨率为毫秒量级。利用该技术，研究者对RecBCD复合物介导的基因修复，以及RNAP介导的基因转录过程进行了监测，对相关机制获得了更多了解。[相关报道：Nature | 庄小威组再添单分子成像新工具：DNA旋转过程全记录]

材料科学

Materials Science

Maximized electron interactions at the magic angle in twisted bilayer graphene

在扭曲的双层石墨烯（TBG）中以魔角最大化电子相互作用

图片来源：physicsworld

(导读向菲菲) 具有原子级厚度的范德华晶体异质结构的电子特性，可通过晶体间扭转产生的摩尔超晶格势来修改。本研究通过扫描隧道显微镜和隧道谱直接绘制了接近魔角的TBG在原子尺度下的结构和电子性质。观测到在魔角附近的局域态密度中有两个范霍夫奇点（VHSs），其能量分离值与高电子/空穴掺杂和扭转角度有关。并发现在其超导相图区域，TBG具有很强的电向列相磁化率，甚至是向列相序。[论文详细信息]

Spectroscopic signatures of many-body correlations in magic-angle twisted bilayer graphene

魔角扭曲双层石墨烯中多体相关的谱学特性

（导读向菲菲）超导和绝缘态在魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）中的发现，激发了人们对理解这种化学原始材料中电子相互作用的兴趣。本文利用扫描隧道显微镜为MATBG中强多体相关随载流子密度变化提供了实验证明。MATBG显示出不同寻常的谱学特性，可归因于在广泛掺杂水平上的电子-电子相互作用。该研究提出多体相关性在理解MATBG的性质中起到的关键作用。[相关报道：解密“魔角”石墨烯超导原理]

物理学

Physics

Quantum-enhanced sensing of a single-ion mechanical oscillator

单离子机械振荡器的量子增强传感

（导读刘奇）计量学中一个有用的状态是：两个具有最大不同能量的本征态等量叠加可理想地达到量子力学所允许的完全干涉灵敏度。本研究证明在谐振子情况下，这些量子态灵敏度增强。通过扩展现有实验技术，在单离子阱运动中，创建了不同的数态，并产生谐振子基态叠加。并观察到对机械振荡器频率变化的灵敏度增强。该结果显示数态叠加的量子优势可在其它谐振子系统中实现精确测量。[论文详细信息]

Nonlinear optics in the fractional quantum Hall regime

分数量子霍尔系统中的非线性光学

（导读阿金）设计光学光子之间的强相互作用是量子科学的一项挑战。本研究报告在光学腔中嵌入一个二维电子系统的时间分辨四波混频实验，证明当电子初始处于分数量子霍尔态时，极化激元间的相互作用会显著增强。此外，激子-电子相互作用导致极化子-极化激元的生成，还对增强系统非线性光学响应发挥重要作用。该研究有助于促进强相互作用光子系统的实现。[论文详细信息]

其他

【Atmospheric science-大气科学】Weak average liquid-cloud-water response to anthropogenic aerosols

弱平均液相-云-水响应应对人为气溶胶

（导读刘奇）理论假定气溶胶通过抑制降雨形成增加液相云中的水量从而导致大幅降温，这意味着地表温度对人为作用高度敏感。本研究的直接观测证据表明，与未受污染的云相比，气溶胶相对削弱了液相云中水量的平均减少量，而不同人为源头下风处的受污染云层测量则显示气溶胶诱导的云-水增加和减少会相互抵消。研究证实了云水增加导致气候冷却，并降低未来气候预测不确定性。[论文详细信息]

【Electrical engineering-电子工程】Towards artificial general intelligence with hybrid Tianjic chip architecture

混合“天机”芯片架构实现通用人工智能

图片来源：Nature.com

（导读刘奇）基于计算机科学和基于神经科学来发展通用人工智能（AGI）存在根本性差异，且两者的平台支持不兼容。本研究介绍的“天机”芯片可提供混合协同平台，采用多核构架，可重构模块，数据流混合编码，适应算法类型广，单芯片在无人自行车系统中可实现实时目标检测、跟踪、语音控制、避障和平衡控制。本研究有望通过提供通用硬件平台加速AGI发展。[相关报道：清华大学“天机”芯片登上 Nature 封面：类脑加传统计算融合实现通用人工智能]