Nature 一周论文导读 | 2019 年 9 月 12 日

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Nature 一周论文导读 | 2019 年 9 月 12 日

2019 年 9 月 22 日 科研圈

审校：咖喱小象书牧小勺访冬山村水郭小锅

制版：阿金

生物学

Biology

A 3.8-million-year-old hominin cranium from Woranso-Mille, Ethiopia

来自埃塞俄比亚Woranso-Mille的距今380万年的人类头盖骨

图片来源：ABC News

（导语阿金）南方古猿属中最早的已知人类颅骨形态至今尚不明确。本研究描述了来自埃塞俄比亚Woranso-Mille距今380万年的人类完整头盖骨。该标本让研究人员第一次看清楚南方古猿属最早已知成员的完整颅面形态，将其归类为南方古猿湖畔种。该发现进一步证明两种南方古猿差异比以前认识的大，且共存至少有10万年，从而与广泛承认的进化假说相矛盾。[论文详细信息]

Age and context of mid-Pliocene hominin cranium from Woranso-Mille, Ethiopia

埃塞俄比亚Woranso-Mille中新世人类颅骨的年龄和背景

（导读阿金）埃塞俄比亚Woranso-Mille发现了中新世人类颅骨化石。本研究根据火山层和古地磁地层学化学分析，结合注有日期的凝灰岩贝叶斯模型，计算出其年龄为距今约3.804 ± 0.013至 3.777 ± 0.014百万年。与该颅骨相关的哺乳动物化石揭示了当时普遍存在的种群类别，而植物遗骸则揭示地区主要植被为不同比例的干灌木丛，草地，湿地和河岸森林。[论文详细信息]

Structure and mechanogating of the mammalian tactile channel PIEZO2

哺乳动物触觉通道PIEZO2的结构和门控机制

（导读阿金）PIEZO2是一种机械感应阳离子通道，在触觉，接触性疼痛，呼吸和血压方面发挥关键作用。本研究描述了小鼠PIEZO2的冷冻电镜结构，是包含114个跨膜螺旋的三叶片状螺旋桨形三聚体。PIEZO2与其同源物PIEZO1之间的结构比较表明跨膜收缩位点可能作为帽状结构域调控的跨膜门。该研究为Piezo通道结构和其机械门控机制提供了全新见解。[相关报道：清华肖百龙/李雪明合作组解析机械门控通道PIEZO2]

Force-induced conformational changes in PIEZO1

PIEZO1中力诱导的构象变化

（导读阿金）PIEZO1是将力转变为电信号的机械感应通道。本研究使用冷冻电镜揭示PIEZO1在不同大小的脂质囊泡中采用不同程度的曲率，利用高速原子力显微镜分析PIEZO1在云母表面膜上受力后的变形能力，并且通过近似施加的绝对力估算出PIEZO1机械弹力常数值的范围。结果表明PIEZO1可以形变为平面结构，从而解释了发生机械扰动时，横向张力转为对PIEZO1通道构象依赖的自由能变化的机制。[论文详细信息]

An actin-based viscoplastic lock ensures progressive body-axis elongation

基于肌动蛋白的粘塑性锁确保体轴的渐进式伸长

（导读阿金）体轴伸长是动物发育的关键一步，依赖于分子马达产生的内力、相邻细胞施加的外力和机械阻力之间的相互作用。本研究识别出稳定秀丽隐杆线虫胚胎细胞形状的的网络，该阶段涉及上皮细胞和收缩细胞之间的非自主机械相互作用。模型预测机械粘塑性变形过程可以解释胚胎形状的稳定，而分子分析表明粘塑性细胞基础来自表皮微丝的缩短以及formin同源结构域蛋白1的捆绑。该结果确定了作用在发育过程中的重要分子锁。[相关报道：发育生物学：形态发生中的物理学]

Maternal vitamin C regulates reprogramming of DNA methylation and germline development

母体维生素C调节DNA甲基化和生殖系发育的重编程

（导读郭怿暄）胚胎发育中，哺乳动物生殖系细胞连续分裂和TET酶作用导致DNA去甲基化。本研究发现母体维生素C缺乏不影响胚胎整体发育, 但造成后代成年后生殖细胞数目减少，减数分裂推迟，生殖力下降。维生素C缺乏胚胎生殖细胞转录组与Tet1无功能突变胚胎相似，减数分裂关键调节因子和转座子的去甲基化不完全。该发现提出了根据环境条件调节生殖力的跨代机制。[相关报道：母体维生素C调节DNA去甲基化和雌性胎儿生殖细胞发育]

Salmonella persisters promote the spread of antibiotic resistance plasmids in the gut

沙门氏菌持续促进肠道中抗生素抗性质粒的传播

图片来源：lebanonews.net

（导读王思菲）本研究发现组织相关的鼠伤寒沙门氏抗生素抗性持留菌是长期的供体或受体质粒库，其形成过程需要肠道相关组织中的沙门氏菌致病岛SPI-1和/或SPI-2，或全身性的SPI-2。在肠道中重新接种这些持留菌，有利于不同菌株的肠道杆菌间转移质粒，接种后2-3天间观察到高达99%的接合子。因此，即使没有对携带抗性基因的质粒做筛选，持留菌仍能促使肠道中混杂的抗性质粒传播。[论文详细信息]

The histone mark H3K36me2 recruits DNMT3A and shapes the intergenic DNA methylation landscape

组蛋白标记H3K36me2召集DNMT3A并塑造基因间DNA甲基化景观

（导读郭怿暄）基因间DNA甲基化建立和维持的机制尚不清楚。本研究发现发生在基因间非编码区，由NSD-1介导的组蛋白修饰H3K36me2可以招募DNA甲基转移酶DNMT3A，从而建立和维持基因间DNA甲基化景观。DNMT3A对H3K36me2（多位于基因间非编码区）和H3K36me3（多位于基因编码区）均可识别，但与前者亲和性更高。该结果揭示了一条反式染色质调节通路。[相关报道：路超团队等揭示H3K36甲基化修饰与DNA甲基化修饰之间调控的内在机理]

Structures of influenza A virus RNA polymerase offer insight into viral genome replication

甲型流感病毒RNA聚合酶的结构对了解病毒基因组复制奠定基础

（导读阿金）本研究使用晶体学和冷冻电镜，确定了人类甲型流感（H3N2）和禽流感（H5N1）病毒携带或不携带cRNA（互补RNA）或vRNA（病毒RNA）模板FluPolA结构。结合细胞和体外测定实验，发现FluPolA二聚体的界面是病毒基因组复制期间合成vRNA所必需的。利用纳米抗体干扰FluPolA二聚化可抑制vRNA合成，进而抑制病毒在感染细胞中的复制。这项研究提供了对病毒RNA基因组复制机制的见解。[相关报道：范海天博士等揭示流感病毒基因复制的重要机制]

Structure and mechanism of mitochondrial proton-translocating transhydrogenase

线粒体质子转移酶的结构和机制

（导读阿金）质子转移酶（烟酰胺核苷酸转氢酶，NNT）存在于细菌的质膜和真核生物的线粒体内膜中，其主要生理功能是生成NADPH——合成代谢反应的底物和氧化状态的调节因子。本文报道了不同构象状态下哺乳动物NNT的完整冷冻电镜结构，展示了NADP（H）结合域将质子通道向膜另一侧打开的过程，描述了膜和可溶性结构域之间的重要催化界面和连接物及其在核苷酸交换中的作用。研究结果有助于NNT抑制剂的研发，在缺血再灌注损伤、代谢综合征和某些癌症中具有治疗潜力。[论文详细信息]

物理学

Physics

X-ray pumping of the²²⁹Th nuclear clock isomer

X射线泵浦 ²²⁹Th 核钟异构体

图片来源：B. Seiferle

（导读阿金）利用原子激光光谱精确性操控²²⁹Th 核态的能力为物理中基本相互作用的研究和应用提供了广泛前景。本研究将主动光泵浦应用到^229mTh，使用窄带宽29keV同步质子辐射实现共振激发²²⁹Th的第二激发态，该激发态随后衰变为其同质异能素。测量到的共振能的精确度为0.07eV，半衰期为82.8皮秒，激发态线宽为1.7neV。这使结合γ谱来限制^229mTh同质异能素的能量成为可能。[论文详细信息]

Energy of the²²⁹Th nuclear clock transition

²²⁹Th 核子钟的转换能量

（导读阿金）^229mTh 因自身的低激发能量和长辐射寿命，可通过激光进行光学控制，是核子光学钟的理想候选粒子。本研究报道使用中性^229mTh原子衰变过程中，在飞行期间电子发射的内部转换光谱，直接测量^229mTh从异能态转变为基态的跃迁能，不确定度为0.17eV。该方法结合了核物理和原子物理测量来提高精密计量，有望使开发超高精确度的原子光学钟成为可能。[论文详细信息]

材料科学

Materials Science

Electrochemically reconfigurable architected materials

电化学可重构的建筑材料

（导读王嘉媛）本研究开发了三维硅包覆的四方微晶格，通过协同梁屈曲转换成正弦模式，以响应电化学驱动的硅锂合金化反应。通过研究屈曲梁的机械动力学，彼此间的协同耦合以及与锂化有关的区域尺寸分布，证明可以通过预先设计人工缺陷来编程区域边界以形成特定模型。本研究表明，该框架可实现电化学可重构结构材料的设计、制造、建模，行为预测和编程。[论文详细信息]

Position and momentum mapping of vibrations in graphene nanostructures

石墨烯纳米结构中振动的位置和动量成像

（摘要向菲菲）了解声子色散的知识有助于理解和优化材料的行为。本研究提供一个新的途径，通过绘制不同的振动模式来确定大动量转移，进而确定单个独立单层石墨烯中的声子色散。此外，利用石墨烯纳米带对选定的动量分辨振动模式进行纳米级成像，使在空间上解构块体，边缘和表面振动成为可能。该结果证明了在纳米级二维单层材料中研究局部振动模式的可行性。[论文详细信息]

其他

【Astronomy-天文】Inflation of 430-parsec bipolar radio bubbles in the Galactic Centre by an energetic event

一次高能事件导致银河系中心430秒差距的双极射电气泡膨胀

（导读刘奇）银河系中心内部200 parsec区域具有增强同步辐射和大量起源未确定的射电磁丝等。本研究报道了一个双极气泡结构的射电成像，延伸到银河平面上下方，与银心有关，边缘明亮有界，年龄几百万年左右。本研究假设银河系中心宇宙射线密度增加主要是因为前身星事件，并是射电细丝同步辐射提供能量的相对论粒子的主要来源。[相关报道：SgrA*：“无法做一颗安安静静的黑洞”]

【Chemistry-化学】Anthropogenic biases in chemical reaction data hinder exploratory inorganic synthesis

化学反应数据中的人为偏差阻碍无机合成的探索

（导读阿金）化学反应数据中的人为偏差可能会影响预测有机和无机合成的机器学习模型。本研究结合数据挖掘和实验，在化学反应数据集的试剂选择和反应条件中识别出未曾发现的人为偏见因素。研究人员证明反应物的流行或者反应条件的选择和反应的成功无关。而基于更小随机反应数据集所训练的机器学习模型效果优于更大的人为选择反应数据集上训练效果，从而证明识别和解决科学数据中人为偏差的重要性。[论文详细信息]

【Geoscience-地球科学】Mediterranean winter rainfall in phase with African monsoons during the past 1.36 million years

过去136万年中地中海冬季降雨与非洲季风同步

（导读阿金）本研究证明在过去136万年中，地中海北部潮湿冬季倾向于出现在当地季节性日照强烈反差和剧烈非洲夏季风时。而气象模型计算表明海洋表面温度升高增加了局部气旋，并为北大西洋低压系统补充能量。与现代再分析资料比较表明目前地中海地区降雨量的驱动因素与驱动重建降水增加的因素有相似之处。[论文详细信息]

【Network Science-网络科学】Hidden resilience and adaptive dynamics of the global online hate ecology

全球网络仇恨言论生态系统的隐藏恢复力和自适应动力学

图片来源：theverge.com

（导读刘奇）社交媒体平台正在输掉与网络仇恨言论的斗争。本研究认为，理解网络仇恨言论恢复的关键在于全球网络动力学，数学模型预测单一平台内进行监管可使情况更糟，并产生全球性在线仇恨言论泛滥的“暗池”。研究观测结果有助于提出击败在线仇恨言论的策略矩阵，定量评估各干预措施效果，从而有潜力用于处理更广泛的在线非法行为。[论文详细信息]