Nature一周论文导读｜2023年8月3日

　　（导读 领研网）目前拥有最小基因组的生物是丝状支原体JCVI-syn3B，本研究参考已有的合成方法获得获得了丝状支原体 JCVI-syn3B后，经300天的实验室培养（演化了2000代），将其与培养相同时间的JCVI-syn1.0和没有培养的丝状支原体JCVI-syn3B进行了比较，发现了经过2000代的进化表现出更好的适应性，进化速度也更快。而且还鉴别出突变最为频繁的基因中一部分能参与细胞表面的构建。该结果不仅对临床病原体治疗、微生物工程等领域有着重要启示，还有助于深入探索生命起源。[相关报道：这就是演化的力量！最简单的人造细胞，也会“自学”演化]

　　A common allele of HLA is associated with asymptomatic SARS-CoV-2 infection

　　（导读 领研网）已有研究表明至少20%的新冠病毒感染患者是无症状患者。本研究假设人类白细胞抗原（HLA）基因组可能介导无症状感染过程，通过招募29,947名个体，在1428名报告检测结果呈阳性的未接种疫苗者中，有136人表示没有任何症状。分析表明一种名为HLA-B*15:01的常见变异与无症状感染密切相关。结果可为新冠疫苗和疗法设计、开发提供依据。[相关报道：为何有人感染新冠后无症状？或与这一基因突变有关]

　　Molecular features driving cellular complexity of human brain evolution

　　（导读 阿金）人类特异性基因组变化产生了功能性独特的人类大脑。而人脑细胞异质性与基因表达的复杂调控要求精准表征人类特异性分子特征。本研究使用单细胞核RNA测序和单细胞核测试，分析了人类、黑猩猩与恒河猴大脑后扣带皮层的脑组织测序数据集以及转座酶可及的染色体质数据，发现皮层组织中人类特异性少突胶质细胞祖细胞的增加，以及成熟少突胶质细胞的减少，在神经元细胞亚型中识别出人类特异性调控变化，上百个人类加速基因组区域。该结果揭示了人类大脑在细胞类型层面的演化创新机制。[论文详细信息]

　　Neural basis for fasting activation of the hypothalamic–pituitary–adrenal axis

　　（导读 阿金）禁食会启动一系列适应性机制以保证机体存活下来。本研究表明禁食后激活的下丘脑激动相关肽（AgRP）表达神经元会触发禁食诱导的下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴激活，并且是该激活机制的关键。发现结果还揭示了AgRP神经元激活下游神经的独特方法：通过突触前抑制GABA能传入神经元。[论文详细信息]

　　Evolutionarily divergent mTOR remodels translatome for tissue regeneration

　　（导读 阿金）生物学上的一大谜团便是有些物种具备再生能力，而另外一些却没有。本研究表明蛋白质合成机制的快速激活是蝾螈（Ambystoma mexicanum）受伤肢体再生的独特关键特征，研究人员识别出上百种转录因子，包括抗氧化因子和核糖体成分，在翻译层面选择性激活原有信使RNA以对损伤做出应答。mTORC1通路是重要的上游信号，介导组织再生和翻译调控。结果强调了翻译酶对协调伤口愈合早期阶段的重要作用，有助于理解脊椎动物的再生潜力。[论文详细信息]

　　Large language models encode clinical knowledge

　　（导读 领研网）大语言模型（LLMs）能力强大，但在临床应用的门槛很高。本研究展示了一个基准MultiMedQA，用于评估大语言模型（LLM）能够多好回答医学问题，还介绍了一个专精医学领域的大语言模型——Med-PaLM，在试行评估中表现令人鼓舞。该结果为AI在医学领域的应用带来了新希望。[相关报道：谷歌发表Nature论文，推出“医学版ChatGPT”，基于大语言模型的“AI医生”已开始临床测试]

　　A spatially resolved single-cell genomic atlas of the adult human breast

　　（导读 领研网）成年人类乳腺组织主要由错综复杂的上皮导管和小叶组成，被嵌入在结缔组织和脂肪组织中。本研究对126名妇女的714,331个细胞和20名妇女的117,346个细胞核进行分析，确定了12种主要细胞类型和58种细胞状态，以单细胞和空间分辨率绘制了全面的人类乳腺细胞图谱（HBCA）。结果提升了对成年人类乳腺组织中上皮和非上皮细胞类型的认识。[相关报道：Nature发布突破性单细胞图谱——全面解码人类乳腺，揭示12细胞类型、58状态及空间分布]

　　Mammary duct luminal epithelium controls adipocyte thermogenic programme

　　（导读 领研网）在寒冷环境下脂肪细胞发生变化，让身体更容易产生热量。本研究发现乳腺导管上皮细胞在雌性小鼠皮下白色脂肪组织中调节寒冷诱导的脂肪细胞UCP1表达，促进脂肪细胞产生热量。而乳腺腺体上皮亚型表达编码控制脂肪细胞UCP1表达的分泌因子，在脂肪燃烧中发挥性别特异性作用。结果揭示了乳腺导管上皮细胞在控制腺体肥大方面发挥重要作用。[论文详细信息]

　　SLC38A2 and glutamine signalling in cDC1s dictate anti-tumour immunity

　　（导读 领研网）免疫检查点阻断疗法通过阻断癌细胞发送给免疫细胞的“刹车”信号，解除肿瘤微环境对免疫细胞的抑制。本研究揭示了癌细胞与免疫细胞争夺的一种关键营养素——谷氨酰胺。结果表明，直接向肿瘤提供谷氨酰胺，可帮助免疫系统提高抗癌活性，与免疫检查点阻断疗法相结合时显著遏制肿瘤生长。[相关报道：补充这种氨基酸，能让免疫细胞打赢癌细胞！《自然》新研究揭示抗癌的关键营养素]

　　High-throughput Oligopaint screen identifies druggable 3D genome regulators

　　（导读 阿金）人类基因组作为三维染色质聚合物发挥功能，受到一系列染色体互作复杂机制的驱动。本研究开发出Oligopaints技术优化的高通量DNA或RNA标记技术（HiDRO），一套自动化成像管道，可量化上千份样本中单细胞内的染色体互作。通过筛查人源可药物靶向的基因组，研究人员识别出300多个在间期阶段影响基因组折叠的因子，其中43种基因在互作过程中增加或减少。发现结果还表明细胞核架构内的GSK3A信号传导具有重要作用，而HiDRO有潜力用来识别基因组空间组织机制。[论文详细信息]

　　Retrotransposons hijack alt-EJ for DNA replication and eccDNA biogenesis

　　（导读 领研网）逆转录转座子通常会用一种“复制和粘贴”的方式来插入并重新连接基因，从而调节基因的表达。本研究发现大多数新产生的逆转录转座子并不整合到基因组中，而是以环状形式存在。而且很少受到关注的替代末端连接修复机制（alt-EJ）在其中发挥了关键作用。此外研究人员还指出这些环状DNA并非无用的副产物，它们可能促使mRNA启动新一轮的复制，也可能插入到基因组重塑基因信息。该结果了解基因组进化提供了新视角。[相关报道：改写教科书！张钊团队最新《自然》，揭开神秘环状DNA的形成之谜]

　　Structural basis for the binding of DNP and purine nucleotides onto UCP1

　　（导读 领研网）目前尚不清楚2,4-二硝基苯酚（DNP）和ATP与解偶联蛋白1（UCP1）结合并调控其活性的机制。本研究解析出人源UCP1分别在无核苷酸结合状态下、DNP结合状态下与ATP结合状态下的冷冻电镜结构，表明了UCP1的中央空腔处于胞质侧开放构象，DNP和ATP都在空腔内结合，诱导构象变化。该结果为深入理解UCP1的工作机制提供结构基础。[论文详细信息]

　　A rotating white dwarf shows different compositions on its opposite faces

　　（导读 领研网）白矮星在形成初始阶段，较重元素会沉入核心，而较轻的元素（氢）会飘浮到大气上层，但随着白矮星温度降低，氢和氦会混合在一起，逐渐使大气上层更替为氦主导。本研究报告白矮星Janus的可见光化学指纹图谱，发现白矮星一侧仅含有氢元素，而另一侧只有氦元素，表明其可能正处于一个罕见的演化阶段：氢与氦混合的过渡阶段出现了不对称现象，可能源于天体磁场。[相关报道：有“两副面孔”的白矮星]

　　A reflective, metal-rich atmosphere for GJ 1214b from its JWST phase curve

　　（导读 小天）在太阳系内没有大小介于地球和海王星之间的行星，但在其他系外恒星周围常常能发现这样大小的天体。本研究报告詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）在中红外区域观测到的原型亚海王星天体GJ 1214b的光谱热相曲线，白昼一侧和夜晚一侧的光谱分别显示超过3σ的吸收特征，而水则是导致两边这样情况的最有可能原因。而测量到的全球热辐射表明GJ 1214b的球面反照率为0.51 ± 0.06。结果表明GJ 1214b可能具有高金属丰度的大气层，并覆盖着高度反射的厚云层或雾霾层。[论文详细信息]

　　Authigenic mineral phases as a driver of the upper-ocean iron cycle

　　（导读 小天）铁在调控海洋碳循环中发挥重要作用。本研究报告了来自百慕大大西洋时间序列研究（BATS）区域中的一种新型溶解性铁、配体铁和颗粒性铁的季节性数据集，发现上层海洋溶解性铁动力学与配体铁动力学解耦，这一必要过程会生成自生铁颗粒，沉积于海洋深处。结果表明在调控海洋溶解性铁分布、偶联溶解性铁与颗粒性铁池的过程中需要考虑自生颗粒性铁相周转情况。[论文详细信息]

　　The carbon costs of global wood harvests

　　（导读 小天）除农业之外，木材采伐是大量减少植被、土壤碳储存的人类活动。本研究开发出一套新模型，使用时间贴现方法预估不同场景中全球木材采伐的现在以及未来碳成本，发现从2010年至2050年木材采伐可能产生的年碳成本为3.5–4.2 Gt CO2e yr-1，接近农业扩张土地使用变化产生年排放量。结果为缓解气候变化、减少碳成本提供新思路。[论文详细信息]

　　Ultrafast deposition of faceted lithium polyhedra by outpacing SEI formation

　　（导读 菜菜）锂金属的电沉积是高能电池的关键，而同时形成的固体电解质界面（SEI）让沉积过程变得复杂。本研究通过在超快沉积电流密度下超过SEI膜的形成速度来解耦这两个相互交织的过程，同时也避免了质量传输的限制。一旦SEI不再影响锂金属的沉积行为，Li金属会形成菱形十二面体形貌。该结果从根本上理解这些相互解耦的过程提供了新的机会，并为设计更好的电池带来了新见解。[相关报道：Nature研究揭开锂沉积真面目，加州大学李煜章等人实现锂沉积和SEI生成过程解耦]

　　3D integration enables ultralow-noise isolator-free lasers in silicon photonics

　　（导读 菜菜）光子集成电路广泛应用于电信、数据中心互连等领域。本研究利用三维集成技术，制备出无需隔离器的超低噪声激光器，在 III-V 增益介质和超低损耗氮化硅波导的直接片上集成，使得光学损耗约为每米 0.5 分贝。该成果为实现复杂功能的光子集成电路以及批量生产提供了可扩展性，同时提高了稳定性和可靠性。[论文详细信息]

　　Absence of near-ambient superconductivity in LuH2±xNy

　　（导读 领研网）一项近期研究证明在氮掺杂的氢化镥材料中存在近室温超导性。本研究使用高压高温合成技术，制备出氮掺杂的氢化镥样本LuH2±xNy，x射线衍射证明其结构是具有空间群的。在不同压力下测试了样品电阻与温度的关系，最终得出结论，在低于40.1 GPa的压力下，这种氮掺杂的氢化镥没有表现出室温低压的超导性。[相关报道：知名杂志左右互搏，近常压力未见超导]

　　【Chemistry-化学】Synthesis and properties of cyclic sandwich compounds

　　（导读 菜菜）纳米环形夹层结构复合物是现代有机金属化学中最重要的复合物之一。本研究设计、合成并表征了一系列同晶圆形夹层复合物：环茂烯，由18个重复单元组成，在固态下形成几乎理想的圆形闭合环。其离子金属与配体键、配体系统的体积和闭环能量增益之间的独特相互作用促成了环形系统的形成。该成果将为新型功能性有机金属材料开辟新途径。[相关报道：首个“环茂烯”诞生，德国科学家实现三明治结构化合物合成新突破]

　　【Social Science-社会科学】Like-minded sources on Facebook are prevalent but not polarizing

　　（导读 阿金）越来越多批评意见表明社交媒体上的“回音室”效应普遍盛行，加剧政治意见两极分化的情况。本研究分析了美国脸书从2020年起的活跃成人用户整体数据，发现“志同道合”内容源组成了人们在平台上的大部分信息。而针对回音室效应的脸书用户实验减少了用户看到与自己观点相似的信息，同时确实增加了他们接触不同观点的内容源，但对于情感、意识形态两极分化、政治候选人评论、虚假言论信任度等方面不存在可量化的影响。因此表明社交媒体平台可能不影响网络意见两极化。[相关报道：社交媒体对政治态度的真实影响，大家的观点真的更极端了吗？]

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