最新29篇Nature研究论文

第 637 卷第 8045 期，2025 年 1 月 9 日

皮肤深处

封面展示了尼罗鳄鱼（Crocodylus niloticus）幼体头部鳞片的机械自组织模式。通常，脊椎动物的皮肤附属物，如鳞片、毛发或羽毛，作为基因控制的单元发展，其空间模式在胚胎发育过程中由基因调控网络中的信号分子主导。然而，鳄鱼头部鳞片的模式化是一个例外，因为这一模式似乎源自一种机械过程，其精确性质和起源尚不清楚。在本期的研究中，Michel Milinkovitch及其同事揭开了这一谜团。研究人员基于尼罗鳄鱼胚胎，构建了鳄鱼头部模式化的三维模型，并发现鳞片的边界是通过压缩折叠机制自组织形成的皮肤褶皱。这种压缩应力来源于皮肤的两层，它们具有不同的硬度，并且生长速度快于下方的组织。

Nature发表的最新研究论文：

1. 阳离子钯复合物催化酮类和酯类化合物的β-C−H键甲基化反应
2. 海马神经元活动与行为计划的更新相关
3. 双向组蛋白单胺基化调控神经节律性
4. Janus石墨烯纳米带通过苯环缺陷改变结构对称性
5. Shethna蛋白II保护钼氮化酶免受氧气破坏
6. 植物免疫中罕见PRIMER细胞状态的功能
7. 卫星DNA形态在女性减数分裂中影响着丝粒包装
8. BRCA2基因变异对临床管理的功能性评估
9. 摩擦性破裂与地震成因和演化的理论研究
10. 植物多样性效应对生产力的全球变化影响分析
11. 动态超分子逆立方体用于小分子封装
12. 宿主胆汁酸与微生物的相互作用调控代谢过程
13. Li2ZrF6电解质提升锂金属电池稳定性
14. 内源性ERα无序结构的序列-结构-功能关系
15. RNA调控逆转录过程在百日咳噬菌体中的作用
16. 压电陶瓷中纵向应变增强与弯曲变形的关系
17. 基于基因组编辑技术的BRCA2变异临床分类
18. 复杂基因组重排推动ER+和HER2+乳腺肿瘤发展
19. 氮化酶的结构保护机制抵抗氧气破坏
20. 跨细胞类型的转录模型用于基因表达预测
21. 碳酸盐熔体在大陆根部的地质过程及矿产形成
22. 人类新皮质发育中三能中间祖细胞的作用
23. 500个人类蛋白质结构域的位点饱和突变研究
24. 表格基础模型在小数据集上的精确预测
25. 超冷费米气体中的二维非厄米皮肤效应观察
26. 四分之一的淡水动物面临灭绝威胁的全球评估
27. 闪锌矿异质结构中的临近铁电性效应
28. 光驱动微电子设备用于高通量电化学反应
29. 分数量子霍尔效应中激子的量子相探讨

Nature最新研究论文所属学科分类如下：

自然科学：
1. 化学：
钯复合物催化酮类和酯类化合物的β-C−H键甲基化【1】
Janus石墨烯纳米带通过苯环缺陷改变结构对称性【4】
Li2ZrF6电解质提高锂电池稳定性【13】
动态超分子逆立方体用于小分子封装【11】
光驱动微电子设备用于电化学反应【28】

2. 生物学：
海马神经元活动与行为更新相关【2】
组蛋白单胺基化调控神经节律【3】
Shethna蛋白II保护钼氮化酶免氧化【5】
卫星DNA形态影响减数分裂中的着丝粒包装【7】
植物免疫中的罕见PRIMER细胞状态功能【6】
RNA调控逆转录过程在百日咳噬菌体中的作用【15】
ERα无序结构的序列-结构-功能关系【14】
基因编辑技术分析BRCA2变异【17】
基因组重排推动乳腺肿瘤发展【18】
转录模型预测基因表达【20】
新皮质发育中三能中间祖细胞的作用【22】
500个蛋白质结构域的突变研究【23】

3. 地球科学：
摩擦性破裂与地震成因和演化研究【9】
碳酸盐熔体的地质过程与矿产形成【21】

4. 材料科学：
闪锌矿异质结构中的铁电性效应【27】

5. 物理学：
超冷费米气体中的二维非厄米皮肤效应【25】
分数量子霍尔效应中激子量子相探讨【29】

6. 环境科学：
全球淡水动物灭绝威胁评估【26】

以下是最新Nature文章汇总信息：

【1】β-C−H bond functionalization of ketones and esters by cationic Pd complexes（阳离子钯复合物催化酮类和酯类的β-C−H键功能化）：本研究探讨了阳离子钯(II)复合物与MPANA配体催化酮类和酯类化合物的β-C−H键甲基化反应。该反应有助于合成螺环和融合环结构，进一步提升了催化剂与底物之间的亲和力。此项研究具有化学合成领域的广泛应用，尤其是在药物合成和新型化合物的开发中。

【2】Hippocampal neuronal activity is aligned with action plans（海马神经元活动与行动计划对齐）：本研究通过高密度电生理记录，探索了内源性细胞集合如何通过行动计划的更新来响应外部目标的实现。此项研究为理解大脑如何协调神经活动与行为计划提供了重要见解，具有神经科学领域的基础研究价值，尤其是在记忆、学习和行为调控的机制研究中具有广泛的应用潜力。

【3】Bidirectional histone monoaminylation dynamics regulate neural rhythmicity（双向组蛋白单胺基化动态调控神经节律性）：该研究揭示了TG2作为组蛋白H3单胺基化的去除酶和交换酶，尤其是H3的组氨酸基化，如何调控神经节律性。研究结果对表观遗传学的理解有重大意义，尤其是在神经系统的节律和基因表达调控方面。

【4】Janus graphene nanoribbons with localized states on a single zigzag edge（具有局部状态的Janus石墨烯纳米带）：本研究制备了具有局部态的Janus石墨烯纳米带，通过在对角线边缘引入苯环缺陷阵列，打破了结构对称性。该研究在纳米材料的功能化和电子器件领域具有重要应用前景，尤其是在开发具有特殊电子性质的新型材料方面。

【5】Conformational protection of molybdenum nitrogenase by Shethna protein II（Shethna蛋白II对钼氮化酶构象的保护作用）：研究发现，Azotobacter vinelandii中的小型铁氧还蛋白Shethna蛋白II能够保护钼氮化酶免受氧气应激的影响，从而有助于维持转基因氮化酶在作物中的功能。这项研究对农业和环境生物技术具有重要意义，尤其是在改良作物氮固定效率和抗氧化能力方面。

【6】A rare PRIMER cell state in plant immunity（植物免疫中罕见的PRIMER细胞状态）：通过对拟南芥叶片的分子空间时间图谱的构建，研究揭示了在病原感染过程中，特定细胞状态在植物免疫中的作用。这项研究对植物免疫学有重要贡献，能够帮助我们理解植物如何通过不同的细胞状态应对病原感染。

【7】Satellite DNA shapes dictate pericentromere packaging in female meiosis（卫星DNA形态决定女性减数分裂中着丝粒周围区域的包装）：研究表明，卫星DNA的不同形态影响建筑蛋白的结合及染色质的组织，从而在两种小鼠物种中确保卫星DNA的包装并维持着丝粒的功能。这项研究揭示了卫星DNA在染色体结构和功能中的作用，对基因组学和染色体生物学有重要意义。

*该研究揭示了DNA形状对着丝粒周围卫星DNA包装的影响，尤其在雌性减数分裂过程中。研究发现，卫星DNA的序列依赖性形状通过一种保守的染色质架构蛋白——高迁移率组AT-hook 1（HMGA1）调控着丝粒周围异染色质的包装。在两种密切相关的小鼠物种（M. musculus 和 M. spretus）中，着丝粒周围的卫星DNA在序列上有所不同，表现为狭窄DNA次级槽的密度差异和HMGA1的招募差异。HMGA1优先结合M. musculus的卫星DNA，在M. musculus卵母细胞中去除HMGA1会导致着丝粒周围卫星DNA的极度拉伸、动粒组织的破坏和双极纺锤体组装的延迟。研究还发现，在M. musculus × spretus杂交卵母细胞中，HMGA1去除对M. musculus的着丝粒影响更大，并且影响微管与动粒的结合。因此，DNA形状不仅影响着丝粒周围的包装，也影响分离机制。研究提出，尽管着丝粒和着丝粒周围DNA快速进化，但当卫星DNA形成保守蛋白质（如HMGA1）能够识别的DNA形状时，仍不会破坏这些重要过程，这为卫星DNA的扩展提供了一种进化策略。

【8】Functional evaluation and clinical classification of BRCA2 variants（BRCA2变异的功能性评估与临床分类）：本研究综合评估了BRCA2基因变异，尤其是未确定意义的变异，如何影响临床管理。通过为BRCA2变异的临床分类提供新的功能性数据，该研究对于癌症遗传学和个体化医学具有重要的应用价值。

【9】How frictional ruptures and earthquakes nucleate and evolve（摩擦性破裂与地震的成因与演化）：通过实验与理论研究，提出了在有限接触宽度下，如何通过裂纹和地震的成核过程以及应力阈值下的缓慢蠕变，来扩展断裂力学的理论。此项研究在地震学和地壳动力学领域具有重要的科研价值，有助于理解地震的形成机制。

【10】Meta-analysis reveals global variations in plant diversity effects on productivity（元分析揭示植物多样性对生产力的全球变化效应）：通过对植物多样性效应的元分析，本研究发现互补效应随时间增加，而选择效应则减少，并且这两者在全球气候变化下保持一致。这项研究为全球气候变化背景下的生态学和农业科学提供了有力的定量分析工具。

【11】Dynamic supramolecular snub cubes（动态超分子逆立方体）：左手和右手的逆立方体展示了光控弹性和硬度，以及同时封装不同小分子在不同隔间中的能力，具有在开发先进仿生材料中的潜在应用。此研究在纳米技术和智能材料领域具有重要的应用前景。

【12】Host metabolism balances microbial regulation of bile acid signalling（宿主代谢平衡微生物对胆汁酸信号传导的调控）：该研究揭示了一类宿主来源的胆汁酸-甲硫氨酸半胱氨酸共轭物，作为FXR拮抗剂，在微生物群体调节宿主FXR依赖性生理过程中的作用。这为研究宿主与微生物的相互作用及其对代谢过程的影响提供了新的视角。

【13】Li2ZrF6-based electrolytes for durable lithium metal batteries（基于Li2ZrF6的电解质用于耐用锂金属电池）：研究通过向传统的LiPF6含碳酸盐电解质中加入过量的m-Li2ZrF6纳米颗粒，形成稳定的界面，有助于提升锂离子转移效率，抑制枝晶生长，从而显著提高锂金属电池的循环稳定性。该研究为锂电池技术的发展和高效能电池的设计提供了新的思路。

【14】The sequence–structure–function relationship of intrinsic ERα disorder（内源性ERα无序结构的序列-结构-功能关系）：本研究探讨了SER118磷酸化如何通过破坏芳香簇之间的疏水相互作用驱动构象变化，展示了疏水突变如何恢复雌激素受体介导的转录作用。研究对激素受体的功能理解及其在癌症和内分泌疾病中的应用具有重要影响。

【15】RNA control of reverse transcription in a diversity-generating retroelement（RNA调控多样性生成逆转录元素的逆转录过程）：通过冷冻电子显微镜结构分析，本研究揭示了来自百日咳噬菌体的逆转录系统中RNA如何调控逆转录过程。这一研究为理解逆转录病毒和转座元件的机制提供了结构基础，对基因转移和进化生物学有重要影响。

【16】Longitudinal strain enhancement and bending deformations in piezoceramics（压电陶瓷中的纵向应变增强与弯曲变形）：研究发现，当多晶压电陶瓷的厚度减小至大量晶粒处于三轴-双轴交叉区域时，其纵向应变会增强，同时压电陶瓷出现弯曲变形。该研究对压电材料的性能优化及在智能传感器中的应用具有重要意义。

【17】Saturation genome editing-based clinical classification of BRCA2 variants（基于饱和基因组编辑的BRCA2变异临床分类）：本研究利用CRISPR-Cas9技术，在人源小鼠胚胎干细胞中进行BRCA2单核苷酸变异的综合功能性表征，结果与现有的变异分类方法高度一致，并展现了较强的预测能力。这项研究为BRCA2基因的遗传学研究及临床遗传咨询提供了有力支持。

【18】Complex rearrangements fuel ER+ and HER2+ breast tumours（复杂重排推动ER+和HER2+乳腺肿瘤的进展）：该研究识别了由不同突变过程引发的三种主要乳腺癌基因组类型，并描述了这些类型在基因组谱系中的连续性及其在乳腺癌进展中的机制。这项研究对乳腺癌的早期诊断和个体化治疗具有重要意义，尤其是在理解不同乳腺癌亚型的演变和肿瘤生物学方面。

【19】Structural basis for the conformational protection of nitrogenase from O2（氮化酶对氧气的构象保护的结构基础）：通过冷冻电子显微镜研究，揭示了Azotobacter vinelandii的FeSII–氮化酶核心复合体的结构，并指出FeSII如何通过与MoFeP和FeP的相互作用保护FeS簇，使其处于催化不活跃但能抵抗氧气破坏的状态。这一研究对于理解氮固定过程中氮化酶的结构和功能保护机制具有重要意义，可能为农业生物技术中的氮固定优化提供新思路。

【20】A foundation model of transcription across human cell types（跨人类细胞类型的转录基础模型）：该研究提出了一个转录基础模型，该模型通过学习跨细胞类型的染色质可及性和序列数据，能够预测基因表达及转录因子相互作用，并能广泛适应未知的细胞类型。这项工作为大规模基因表达数据的预测和分析提供了新工具，并有助于深入理解不同细胞类型中基因调控机制。

【21】Sulfide-rich continental roots at cratonic margins formed by carbonated melts（由碳酸盐熔体形成的富硫大陆根部）：该研究通过对全球克拉通的辉石岩和高压实验的分析，探讨了碳酸盐熔体如何迁移到克拉通边缘，并解释了镁质金属矿床与碳酸盐岩的共生现象。此研究有助于深入了解地球深部地质过程，尤其是矿产资源形成的机制。

【22】Molecular and cellular dynamics of the developing human neocortex（人类新皮质发育的分子与细胞动力学）：该研究揭示了三能中间祖细胞在发育中的作用，这些细胞负责生成GABA能神经元、少突胶质前体细胞和星形胶质细胞。这项研究为我们理解人类大脑发育中的细胞分化过程提供了新的见解，尤其是在神经发育疾病和大脑功能的研究中具有重要价值。

【23】Site-saturation mutagenesis of 500 human protein domains（500个人类蛋白质结构域的位点饱和突变）：该研究通过对“Human Domainome 1”库中超过500,000个错义突变变异的实验分析，揭示了60%的致病性错义突变通过降低蛋白质结构域的稳定性来发挥作用。这一研究为理解人类蛋白质功能和突变对蛋白质稳定性的影响提供了基础，具有重要的生物医学应用前景，尤其是与遗传性疾病的研究相关。

*该研究通过大规模实验分析了人类错义变异对蛋白质功能的影响。研究采用DNA合成和细胞选择实验，量化了超过500,000个变异对500多个蛋白质结构域的影响。结果显示，60%的致病性错义变异会降低蛋白质稳定性。蛋白质稳定性对适应性在不同蛋白质和疾病中有所不同，且在隐性遗传病中尤为重要。研究还结合蛋白质语言模型，注释了蛋白质上的功能位点。通过能量模型，研究发现变异对稳定性的影响在同源结构域中高度保守，能够有效预测整个蛋白质家族的稳定性。这项工作为临床变异解读提供了大量一致的参考数据，并有助于计算方法的训练和评估。

【24】Accurate predictions on small data with a tabular foundation model（通过表格基础模型在小数据上进行精确预测）：该研究介绍了一种表格基础模型——“Tabular Prior-data Fitted Network”，能够在数据量较小的情况下提供精确预测，并且在拥有最多10,000个样本的数据集上显著超越了之前的所有方法。这项研究对于提升小数据情况下的机器学习模型预测能力具有重要意义，尤其适用于医疗、金融等领域的数据分析。

【25】Two-dimensional non-Hermitian skin effect in an ultracold Fermi gas（超冷费米气体中的二维非厄米皮肤效应）：该研究展示了一种二维非厄米拓扑带的效应，在超冷费米气体中观察到非厄米皮肤效应。这一发现对于拓扑物理和量子物质的理解至关重要，可能推动新型量子材料和量子计算研究的发展。

【26】One-quarter of freshwater fauna threatened with extinction（四分之一的淡水动物面临灭绝威胁）：通过对淡水动物的全球多物种灭绝风险评估，发现四分之一的物种面临高度灭绝风险。该研究强调了淡水生态系统保护的紧迫性，对生态学、环境保护政策和生物多样性的保育具有重要意义。

【27】Proximity ferroelectricity in wurtzite heterostructures（在闪锌矿异质结构中观察到临近铁电性）：该研究发现，闪锌矿异质结构中存在临近铁电效应，可以在没有元素替代所带来的化学或结构失序的情况下实现极化反转。这为开发新型铁电材料提供了新的思路，可能在下一代电子器件和信息存储设备中有重要应用。

【28】Light-harvesting microelectronic devices for wireless electrosynthesis（用于无线电合成的光收集微电子设备）：该研究描述了一种利用标准纳米制造技术，生产由光驱动的无线微电子设备的方法，可以将传统的96孔或384孔板转化为电化学反应器，实现高通量的反应驱动。这项技术有潜力在高效的电化学反应和绿色化学制造中发挥重要作用。

【29】Excitons in the fractional quantum Hall effect（分数量子霍尔效应中的激子）：该研究探讨了分数量子霍尔效应中激子配对的两种新量子相，包括分数激子凝聚态以及遵循费米子或任何子量子统计的新型激子。这项研究为量子物理学，特别是在拓扑物态和量子计算方面的研究提供了新的理论框架。

以下是本期Nature封面内容链接：
https://www.nature.com/nature/volumes