Nature一周论文导读｜2024年9月26日

审校 小勺 小象 小冰

制版 阿金

（导读 才生）寄生蜂种类异常繁多，掌握操控宿主生理学与行为的特殊适应能力。本研究报告发现一种新寄生蜂——黄蜂物种，会感染并攻击该属的成年果蝇并在其体内发育。黄蜂的生命周期包括幼虫孵化，幼虫发育从果蝇腹部开始出现，大约持续 18 天。该发现有助于进一步了寄生虫，尤其是成年阶段寄生的黄蜂，与宿主的相互作用、免疫、新陈代谢和行为等方面。[论文详细信息]

（导读 阿金）普通小麦（Triticum aestivum）是全球最主要的经济作物之一，也是人类饮食中热量与蛋白质的主要来源。本研究建立并分析了野生牧草物种陶氏山羊草（Aegilops tauschii）的基因组资源，也是普通小麦 D 基因组的供体。通过分析 46 种 Ae. Tauschii 基因组，研究人员克隆出一种抗病基因，并展开了单倍型分析，从而从旁系同源基因拷贝中去别处等位基因。研究人员还揭示了小麦 D 基因组复杂的基因组成与历史。该结果为改良作物提供了新思路。[论文详细信息]

（导读 严冰冰）哺乳动物大脑的发育髓鞘化过程是缓慢的，理论认为这是因为髓鞘化可能会稳定神经环路、弱化神经可塑性。本文发现，少突胶质细胞在皮层环路的成熟和稳定、支持发育髓鞘化作用于神经可塑性的功能刹车方面起关键作用。作者在成年小鼠大脑中阻断少突胶质细胞分化和髓鞘化，发现短暂的单眼剥夺可导致视皮层响应的显著下降，类似于青少年时期的可塑性。这种增强的功能可塑性伴随着更多的树突棘流失和体积下降，以及抑制性突触传递（可在环路水平门控经验依赖的可塑性）的减少。[论文详细信息]

（导读 严冰冰）本文发现外侧内嗅皮层 5/6 层神经元（LECL5/6）与内侧前额叶皮层（mPFC）以相互依赖的方式编码新物体关联记忆。LECL5/6 中一群神经元在学习过程中逐渐响应奖赏配对气味，另一群响应惩罚配对气味。在小鼠学习气味-结果配对时，LECL5/6 对预先学习和新学习的气味形成内部地图，二分为奖赏组与惩罚组。mPFC 与 LECL5/6 存在双向投射，在学习过程中也建立起类似的规则地图。不同的是，抑制 LECL5/6 可扰乱 mPFC 对新学习气味的表征、无法将其归入奖赏/惩罚组，损伤新气味关联学习；抑制 mPFC 则 LECL5/6 对单个气味的表征是完全分离的，对新学习和预先学习的关联都有损伤。[论文详细信息]

（导读 阿金）植物对于不同胁迫情况的早期应答通常包括细胞膜钙离子浓度增加、质膜去极化以及反应性氧物种的生成。本研究使用光门控离子通道：通道视紫红质，发展出一种基因工程化的通道视紫红质变体——XXM 2.0，其钙离子电导率高，可触发植物内细胞质钙离子浓度的升高。研究人员借此分析了植物对光诱导钙离子流入的应答，最终发现钙离子离散信号和阴离子流出是触发特定代谢与转录重编程的重要因子，以帮助植物适应特定的胁迫环境。[论文详细信息]

（导读 领研网）在长期的抗生素条件下，部分细菌演化出各种抗生素耐药性，其中革兰氏阴性肠杆菌占据很大一部分。本研究借助核糖体 RNA 测序技术从健康人类粪便中分离出 18 种细菌菌株，并组合为 F18 混合，包括真杆菌、毛螺菌、芽孢杆菌等。该混合菌群表现出抑制大肠杆菌和肺炎克雷伯菌的强大能力，并通过与有害菌群竞争来减轻肠道炎症，缓解疾病症状，显著减少有害菌群数量。[相关报道：超级耐药菌的克星来了！《自然》研究从粪便中发现了宝藏组合]

（导读 领研网）早期羊膜发育高度自组织，通过局部和远程细胞间相互作用适应干扰实现胚胎调节。本研究通过分析完整和机械干扰的鹌鹑胚胎，表明驱动胚胎发生的机械列是自发性的，而收缩性是局部自激活，之后的张力则发挥远程抑制作用。这一机械反馈控制塑造胚胎组织流动的持续模式，并调节基因表达引导胚胎区域的出现，确保单个胚胎的形成，允许干扰之后出现多个比例均衡的胚胎。该结果展示了机械力在胚胎自组织过程中发挥核心作用，同时塑造组织与基因表达。[论文详细信息]

（导读 领研网）低热量饮食和间歇性进食被认为能够延缓衰老相关疾病的发生，并可能延长寿命。本研究通过三组小鼠实验：禁食 24 小时、禁食 24 小时后再重新进食、以及对照组，发现肠道干细胞在 24 小时的重新进食结束时表现出最高水平的增殖，同时激活 mTORC1，产生大量多胺，进一步增强肠道干性。然而，当干细胞处于高度再生状态时，它们也更容易癌变。[相关报道：禁食是把双刃剑！禁食后重新进食，会促进干细胞再生，但也增加癌症风险]

（导读 阿金）新冠感染过程中出现的血栓与神经系统并发症往往持续到急性感染后很长的一段时间内。本研究表明纤维蛋白与新冠病毒刺突蛋白结合，形成促炎血凝块，驱动新冠感染中的全身性血栓炎症和神经性病理学。而靶向纤维蛋白促炎结构域的单克隆抗体可防止小胶质细胞激活以及神经损伤，也能防止感染后肺部的血栓炎症。结果表明纤维蛋白驱动新冠病毒感染中的炎症与神经病理学，而靶向这种蛋白质的免疫疗法有潜力成为有效的干预手段。[论文详细信息]

（导读 领研网）肥胖症与 2 型糖尿病等代谢疾病的特点是胰岛素抗性，下丘脑弓状核（ARC）内的细胞在代谢疾病发展过程中对胰岛素产生抗性。本研究调查了神经元周围形成独特的细胞外基质——神经元周围基质网（PNN），通过高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型，发现随着体重的增加，小鼠的下丘脑中叶出现了 PNN，并且 PNN 尤其会集中在 ARC 区域。随着 PNN 的累积和纤维化，胰岛素逐渐难以进入 ARC 与神经元接触，胰岛素信号通路消失，肥胖小鼠也更加难以控制食欲，最终变相加剧了肥胖症的发生。[相关报道：全新减肥思路登上《自然》！帮大脑抗炎，就能让人“管住嘴”]

（导读 领研网）线粒体介导的代谢重塑是肾细胞癌（RCC）的常见特征，但不同亚型 RCC 发生发展过程中的线粒体代谢异常机制有所不同，其中透明细胞肾细胞癌（Clear Cell Renal Cell Carcinoma, ccRCC）是最常见的肾细胞癌类型。本研究表明相比其他亚型的肾癌，ccRCC 的 TCA 循环中间产物显著降低，线粒体电子传递链活性下降。而且 ccRCC 转移灶的 TCA 循环活性要显著高于原发性 ccRCC，表明在 ccRCC 转移过程会发生代谢重塑。结果揭示了线粒体电子传递是影响肾癌转移的关键因素。[相关报道：线粒体电子传递促进肾癌转移]

（导读 阿金）CDK1 是细胞周期蛋白 B1 的唯一周期依赖激酶（CDK）伴侣蛋白，驱动有丝分裂的进程。本研究表明 CDK5 在有丝分裂中保持活跃，也是维持有丝分裂保真度的关键。研究人员在有丝分裂过程中让 CDK5 失活，便观察到有丝分裂缺陷、核异型性和有丝分裂磷酸蛋白质组变性。另外周期蛋白 B1 也是 CDK5 的有丝分裂辅因子。[论文详细信息]

（导读 才生）亚细胞蛋白质定位调节蛋白质功能，但在癌症和神经退行性疾病中会遭到破坏。本研究设计出一种“靶向再定位激活分子”（TRAMs）新型分子，可以让天然穿梭体携带不同的货物——比如在某些癌症中从细胞核输出的蛋白质，以帮助将蛋白质移动到细胞的不同部位。该靶蛋白质重定位设计概念为通过重新连接相互作用组来治疗疾病提供新思路。[论文详细信息]

（导读 领研网）免疫球蛋白 E（IgE）在抗毒素、抗寄生虫感染方面发挥着重要作用。肥大细胞和嗜碱性细胞上高表达的 FcεRI，是识别并传导 IgE 信号、诱发过敏反应的关键受体分子。本研究揭示了 IgE 的 Fc 区（Fcε）与 FcεRI 形成的复合物的冷冻电镜结构，并通过生化分析探讨了 FcεRI 的亚基——FcεRIγ（也称作 FcRγ）与其他 Fc 受体的相互作用模式。该结果增进了对 FcεRI 组装和功能的理解，也为其他利用 FcεRIγ/FcRγ 亚基传导信号的免疫受体提供参考。[相关报道：过敏反应的中心分子终于看清了！北大肖俊宇团队《自然》发文，揭示免疫球蛋白 IgE 受体的组装模式]

（导读 领研网）无机磷酸盐（Pi）是所有生命体必需的常量营养元素，几乎参与所有的生物过程。本研究通过冷冻电镜单颗粒技术重构出磷酸盐转运蛋白 XPR1 处于不同构象的高分辨率结构，揭示了 XPR1 外排磷酸根离子的门控机制和 SPX 结构域的调控机制：XPR1 中有三个由正电氨基酸形成的位点，利用正负电吸引的方式结合磷酸根；当这些磷酸根结合到 XPR1 后，会诱导 XPR1 发生构象变化，形成一个贯通细胞膜的通道，使磷酸根离子流出细胞。[论文详细信息]

（导读 小天）2023 年加拿大野火从规模和破坏程度是先前 40 多年来年平均烧毁地区面积的 7 倍之多。本研究利用烟羽流中一氧化碳的卫星观测数据，量化了去年 5 月至 9 月加拿大火灾释放的碳排放量，估计总共释放了 6.47 亿吨碳，而炎热干燥的天气是火灾活动的一个主要驱动因素，2023 年是 1980 年有史纪录以来最炎热、最干燥的一年。结果预计在中排放情境下，这样的条件会加剧火灾活动或抑制森林碳吸收，增加森林碳汇的不确定性。[论文详细信息]

（导读 领研网）气候变暖导致极端火灾气象的普遍增加，让森林火灾的规模越来越大，持续时间也越来越长，而大型火灾对地表气候以及灾后土地管理的影响仍待阐释。本研究从林火规模这一视角，揭示了极端野火对生态系统破坏性、林火碳排放和地表气候反馈的放大效应，并提出了“极端大火频发-气候变暖-更多极端大火发生”这一恶性循环的警告。该结果为更全面地认识林火对地球系统和气候过程的影响提供了新视角。[论文详细信息]

（导读 小天）阳光无法抵达的海平面一下 200~1000 米的区域称为“暮光区”，也是地球上最大的生物栖息地之一。本研究采集了从阿拉斯加到塔西提岛东太平洋之间的大量水样，发现在 200~400 米深的水域铁载体浓度非常高。鉴于生活在东太平洋大部分地区的细菌缺铁程度严重，这些细菌因此能够借助铁载体来增强对铁的吸收，并对生物碳泵产生连锁反应。该结果有助于深入了解促进海洋碳吸收的生物情况，对洞悉气候变化至关重要。[论文详细信息]

（导读 领研网）冶金行业将转向更加清洁与可持续性的生产方式，以应对气候变化与资源短缺的挑战。本研究报告了一种基于氢气的氧化还原合成和压实方法，通过将金属提取、合金化和热机械加工合并到一次性固态操作中，改变了传统的合计制造。同时还提出了一个热力学指导原则和通用动力学概念，以消弭萃取冶金和物理冶金之间的经典界限。该方法能够在远低于块状熔点温度的条件下，将氧化法直接转化为体块状绿色合金，保持二氧化碳零排放。[论文详细信息]

（导读 领研网）微核电池利用放射性同位素的衰变能量生成电力，现有的微核电池架构主要依赖于β放射性同位素，α 放射性同位素由于其较高的衰变能量和较长的半衰期，展现出更高的能量密度和潜力。本研究报告一种新型架构：共生能量传导器，将 ²⁴³Am 与发光的镧系配位聚合物结合，在分子层面实现同位素与能量传导器的耦合，从而显著提高了从 α 衰变能量到持续自发光的能量转化效率。另外与光伏电池结合使用还可将自发光转化为电力。该创新设计为微核电池技术发展提供了新方向。[相关报道：苏州大学，杰青团队，再发 Nature！]

（导读 领研网）具有机电耦合性质的材料是换能器与声学器件以实现机械能与电能相互转换的关键。本研究提出了极化序构竞争的机电耦合材料设计策略：通过基板限制的对称性工程，增加铌酸钠薄膜反铁电相的极化自由度，降低自由能密度曲线的曲率，获得结构不稳定性，从而获得电场诱导的反铁电-铁电相变，增强介电响应，实现材料压电系数的显著提高。该结果为机电器件的材料设计提供了新思路。[论文详细信息]

（导读 领研网）截至 2024 年 7 月 24 日人类已经发现了 7026 个系外行星，其中能直接成像观测的数量大约有 25 个。本研究利用韦布空间望远镜直接成像围绕恒星 Epsilon Indi A 旋转的行星，发现这颗行星非常明亮且寒冷，温度约为 275K，质量是木星的六倍多。目前预计的距离是 15 个天文单位，轨道周期至少为几十年，研究人员将其命名为 Epsilon Indi Ab。[相关报道：对系外巨行星直接成像]

（导读 阿金）有技巧地使用激光辐射可冷却原子和分子，实现量子系统的精准测量与控制。本研究展示了电子偶素的一维激光冷却，研究人员使用创新的激光系统，可发射一系列宽带脉冲，其中心频率可逐渐增加，用以克服电子偶素短寿命以及多普勒展宽和反冲效应产生的影响。该结果报告的纯轻子系统是反物质低温基础物理学领域的一项重大进展，补充了反氢的运作原理，而且激光冷却技术为严格测试束缚态量子电动力学提供了新途径。[论文详细信息]