Nature一周论文导读｜2024年11月7日

审校 小象 小勺 小冰

制版 阿金

（导读 才生）复杂的多细胞行在各种真核动物谱系中独立演化，通常与发育过程相关。本研究分析了若干褐藻，包括聚齿墨角澡、二枝墨角藻和绿果藻的RNA测序数据，来探究不同发育阶段的基因表达，发现形态更为复杂的褐藻在胚胎发生过程中出现明显清晰的沙漏图案，在早期和晚期之间具有显著的基因表达变化，中间则是高度保守阶段。该发现对探究多细胞生物发育提供新信息。[论文详细信息]

（导读 领研网）家牛的野生祖先是原牛，它是一种在野外生活的大型牛科动物。本研究分析了38个古代原牛基因组，追溯欧洲、西南亚、北亚和南亚种群的演化路径，时间跨度为4.7万年，发现牛祖先对气候变化和人类压力的反应各不相同。[相关报道：家牛祖先的演化历史]

（导读 阿金）交配识别系统的快速演化强化了物种之间的生殖隔离。本研究利用果蝇中雌性信息素产生和雄性信息素感知的快速共同演化来探索交配识别回路如何促进其多样性。雌性没有雄性用于交配识别的独特化学感知特征，雄性则进化出使用性单态信息素作为兴奋线索促进求偶。而这一感知创新源于外周和中枢神经回路的协调性适应，从而形成各物种交配识别策略的快速演化。[论文详细信息]

（导读 严冰冰）行为时间尺度可塑性（BTSP）是在行为相关时间尺度（秒）整合突触前与突触后信息的非赫布可塑性，是海马CA1位置细胞形成的基础。本文发现，使用行为时间尺度间隔的双光子谷氨酸释放与突触后电流注射可以在单个树突棘诱发BTSP。使用钙离子/CaMKII感受器，在BTSP诱发中并未检测到CaMKII激活，而是在BTSP诱发后10-100s观察到树突-延迟-随机-CaMKII激活（DDSC）。在BTSP诱发后15-30s使用光遗传阻断CaMKII可以抑制突触增强，提示DDSC是BTSP的核心机制。IP3依赖的细胞内钙离子释放可促进DDSC与BTSP。[论文详细信息]

（导读 严冰冰）本文对埋植颅内电极的患者进行单神经元活动记录，发现人脑中海马与内嗅皮层的神经元逐步改变活动，以编码复杂图像序列的时间结构。无需为受试者提供具体指导，这种表征就可迅速形成，并在该序列不再出现之后仍继续保持。此外，这种结构可从海马-内嗅皮层神经元的群体活动中恢复，但同时也体现了下一个刺激的可能性。最后，学习该序列与单个神经元自发的时间压缩的重现活动相关，这种重现与之前经历的图像轨迹一致。综上，海马和内嗅皮层神经元整合了“何物”与“何时”信息，以抽取人类经验中时间结构的持久与预测性表征。[论文详细信息]

（导读 领研网）睡眠具有修复功能，包括修复受损组织和细胞，减少体内炎症。本研究揭示了睡眠的全新作用——深度睡眠有助于心脏病发作后的心脏修复。心脏病（心肌梗死）发作后，单核细胞被迅速招募到大脑中，刺激睡眠神经元以诱导深度睡眠，这种心脏病发作后的睡眠，抑制了交感神经向心脏的输出，抑制心脏炎症，从而促进心脏修复并改善心脏功能。[相关报道：睡眠的重要性+1！大脑通过深度睡眠促进心脏病发作后的恢复]

（导读 领研网）幽门螺杆菌在人类宿主体内长期定植的过程中干扰胃壁正常功能，造成胃溃疡甚至胃癌。本研究利用全球近7000个幽门螺杆菌基因组数据集，定义出两类幽门螺杆菌生态种：一类是普遍传播的Ubiquitous，另一类是Hardy，这些生态种基因组在多数情况下源自于相似的共同祖先，但Hardy型基因组中约有100个基因表现出单核苷酸多态性差异，表明存在独特的演化历程。研究人员最后提出这一生态物种专门适应于生活在以肉类和鱼类为主食的人胃中。[论文详细信息]

（导读 阿金）质粒是基因移动的主要驱动因子，通过基因水平转移的方式，在病原体之间传播抗菌抗性发挥关键作用。本研究表明，质粒前导区域是大量编码抗CRISPR、抗限制、抗SOS等反防御系统的热点，研究人员在前导区内识别出允许单链DNA表达的启动子，在质粒建立初始阶段促进抗菌免疫的快速保护。结果揭示了质粒传播的新方面，为研发有效的接合递送系统提供理论新基础。[论文详细信息]

（导读 领研网）染色体外DNA（ecDNA）是治疗癌症耐药性的主要贡献因子。本研究对来自近15,000名英国患者的39种不同肿瘤类型进行测试，显示超过17.1%的癌症含有环状ecDNA，使得肿瘤治疗难度增加。ecDNA不仅是驱动癌基因扩增的机制，还影响肿瘤的基因转录，抑制免疫系统。[相关报道：刷新认知！3篇《自然》齐发，破解奇特环状DNA促癌之谜]

（导读 领研网）本研究表明显示不同的ecDNA序列可以共存并协调遗传，以促进癌细胞的分子间合作。含有不同癌基因的多个ecDNA会在人类的癌细胞中同时出现，并且在拷贝数上具有相关性。因此，ecDNA的协调遗传性相肿瘤合作提供稳定性以及新基因调控回路，允许表观遗传状态组合在细胞代系之间传递。[相关报道：刷新认知！3篇《自然》齐发，破解奇特环状DNA促癌之谜]

（导读 领研网）本研究开发了一种具有高度选择性、有效的化合物BBI-2779，它可以优先杀死含有ecDNA的肿瘤细胞。在含有癌基因FGFR2扩增ecDNA的胃癌小鼠模型中，BBI-2779能抑制肿瘤生长，并防止ecDNA介导的获得性耐药，从而使小鼠的肿瘤持续消退。[相关报道：刷新认知！3篇《自然》齐发，破解奇特环状DNA促癌之谜]

（导读 领研网）晚期尿路上皮癌是一种迄今仍无法治愈的致命肿瘤。本研究叠加了尿路上皮癌患者肿瘤的突变特征和系统发育分析，发现APOBEC3和化疗诱导的突变具有不同特征：前者诱导的是早期的克隆结构突变；后者则是导致晚期的亚克隆突变爆发。而CCND1的扩增大多就发生在有环状ecDNA形成的结构变异中。这些结构变异持续存在，并且复杂性增加，造成了治疗耐药性的演变。[相关报道：《自然》3篇重磅论文齐发！致命癌症迎来突破性联合疗法]

（导读 领研网）古菌转录终止因子FttA又称aCPSF1，是真核生物整合子复合物中INTS11亚基和切割与加聚腺苷酸特异性因子复合物中CPSF73亚基的同源蛋白，负责古菌中多数转录单元的转录终止。本研究解析了分辨率为2.2Å-2.5Å的转录终止复合物结构，FttA结合在RNA退出通道的外侧，使RNA可以直接从RNA聚合酶退出通道而进入FttA的切割活性中心。Spt5在FttA与转录延伸复合物（TEC）之间发挥桥梁作用，其N端结构域结合RNA聚合酶，C端结构域结合FttA，解释了Spt5如何促进FttA介导的转录终止。[论文详细信息]

（导读 才生）翻译和mRNA降解之间的相互作用广泛存在于人类细胞内。本研究揭示了翻译和降解mRNA的多种分子机器之间存在物理联系，并共同组成一种超级蛋白复合物。这种超级蛋白复合物由核糖体、SKI复合物和外切体组成，是细胞质量控制机制的一部分。该结果为了解各个复合物的机理相互作用提供了新视角。[论文详细信息]

（导读 菜菜）从空气中捕获二氧化碳是解决气候变化，实现碳中和目标的理想方法之一。本研究报告合成了具有烯烃链的多孔结晶共价有机框架（COF），并进行了结构表征，以及共价键合成后修饰以在孔核内胜场多胺。该COF-999可在露天环境内捕获二氧化碳，在干燥条件下容量为0.96mmol/g，相对湿度为50%的条件下容量为2.05mmol/g。其循环稳定性、易吸收性以及低再生温度为更有效的二氧化碳捕获提供新材料。[论文详细信息]

（导读 领研网）合成气的制备与转化技术，因其在燃料与化学品生产中的潜力，成为了研究的热点。本研究使用相纯的χ-铁碳化物（χ-Fe₅C₂）催化剂可以显著提高CO转化率并降低CO₂的选择性。通过优化催化剂的合成方法，确保了χ-Fe₅C₂相的纯度，从而避免了常规FT催化剂中常见的碳沉积和其他副反应。该成果不仅提升了合成气转化的效率，也为相似催化剂在其他反应中的应用提供了新的思路。[相关报道：再传统的催化反应，也能发Nature！]

（导读 小天）格陵兰冰盖是导致全球物质量诱导海平面上现象的现存最大单体贡献因素，主要是由于在更温暖环境下的北极放大所驱动。本研究表明夏季沿着整个格陵兰冰盖外围的融水量发生季节性缓冲，在7月达到顶峰，随后逐渐减少，这一过程会导致全球导航卫星系统（GNSS）基站附近的基岩下沉约5毫米。而区域气候模型表明融水径流可能包含系统误差。结果强调了GNSS数据在限制格陵兰岛水文过程方面的应用潜力。[论文详细信息]

（导读 领研网）约6500万年前印度板块和欧亚板块汇聚速度增加，是显生宙以来记录最多的板块重组事件之一。本研究将西藏南部冈底斯岩浆弧火成岩的地球化学数据与数值建模相结合，提出印度被动大陆边缘（大陆裂解时在大陆边缘形成）的大规模侵蚀产生了大量沉积物。这些沉积物一旦俯冲至欧亚大陆下方，可能会润滑板块交界，促使印度板块和欧亚板块加速汇聚。结果表明在大陆碰撞时，这类俯冲速度的加快可能是板块聚合最后阶段的一个常见特征。[相关报道：解释印度板块和欧亚板块的加速汇聚]

（导读 小天）自然灾害触发人类社会的系列连锁反应事件。本研究展开美国热带气旋（TCs）从1930年至2015年对人类死亡率的长期影响，观测到每次地球物理事件后持续15年的高死亡率稳定增加现象，研究人员估计每一场热带气旋导致7000至11,000起超额死亡，超过政府统计数据报告的平均24起即刻死亡。结果表明TC气候是全面人口死亡率分布的重要基础驱动因素，尤其对于不到1岁的婴幼儿、1至44岁人群以及黑人人群。[论文详细信息]

（导读 领研网）原子核由质子和中子组成，可以呈现出多种形状而且其形状会影响有关原子核的几乎所有方面。本研究利用美国布鲁克海文国家实验室的相对论对撞机（RHIC）让两束铀-238在极高的能量下发生碰撞，而后又撞击了两束金核，这样基本上会把铀核融化成汤。随后研使用RHIC上的螺线管追踪器，找到两次碰撞中产生的数千个粒子中各个粒子的动量，并将结果与模型相匹配，从而推断出原子核的形状。[论文详细信息]

（导读 领研网）高光谱成像提供高维时空光谱信息，揭示物质固有特性。本研究报告一种具有高时空分辨率的片上计算超广谱成像框架。通过在图像传感器芯片上集成不同的宽带调制材料，目标光谱信息以非均匀且本征方式与每一个像素耦合。再使用智能重构算法，可以从每一帧中复原多信道图片。研究人员由此利用光刻制备出一个宽带可见-近红外超光谱图像传感器，平均光通量达到74.8%和96波长信道，分辨率达到1024×1024素，帧率达到124fps。该成果通过片上压缩和敏捷计算有助于解决高维成像技术高成本制造和繁琐的系统的挑战。[相关报道：北京理工大学，Nature！]

（导读 小天）快速射电暴（FRBs）是持续仅毫秒的辐射事件，在银河系之外的宇宙空间中被观测到。本研究报告了30个FRB宿主星系的星族性质，相比于宇宙中恒星形成，低质量的FRB宿主明显不足，说明FRB是恒星形成的偏向跟踪因子，会优先选择大质量恒星形成星系，这种偏差由星系金属丰度驱动，而星系金属丰度与恒星质量呈正相关。该结果表明残余星体合并的内核塌缩超新星会优先形成磁星。[论文详细信息]