2016年7月29日Science期刊精华

▲欢迎关注Science 国内最专业的科学自媒体 本周又有一期新的Science期刊（2016年7月29日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来

1. Science：重磅！改写教科书上的共生经典例子 Science, 29 Jul 2016, doi:10.1126/science.aaf8287 地衣（lichen）的词典条目可能需要编辑一下

一项新的研究推翻了关于地衣的古老的一种藻类-一种真菌共生观点，替换它的是一种略微复杂的观点：一种藻类-两种真菌，其中这两种真菌为已知的子囊菌和新发现的担子菌酵母

相关研究结果于2016年7月21日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Basidiomycete yeasts in the cortex of ascomycete macrolichens”

论文共同作者、美国普渡大学真菌学家M. Catherine Aime在新闻稿中说，“这一发现推翻了我们关于地球上这种研究得最为透彻的共生关系的长期假设

这些酵母组成一个完整的但是之前不为人所知的群体，但是它们作为第三种共生伙伴存在于每个大陆上的许多种地衣中

” 论文通信作者、奥地利格拉茨大学博士后研究员Toby Spribille发起关于地衣组成的研究以便找出如何解释由相同的真菌和藻类组成的两种地衣之间的表型差异

这导致Spribille在这些地衣中发现一种担子菌酵母，该酵母的基因表达导致这些差异

Spribille在一项声明中说道，“我花了很长时间说服我自己，这不是由于污染造成的

” 当在这些地衣中寻找其他的真菌时，Spribille团队发现这种担子菌酵母都在它们当中存在

2. Science：深入探究新型HIV药物的作用机制 Science, 29 Jul 2016, doi:10.1126/science.aaf9620 2016年7月，来自欧洲分子生物学实验室和海德堡大学医院的研究人员正在利用一种特殊的方法来检测一种新型的HIV药物，同时研究者还发现，但病毒开始对早期的药物产生抗性时，其并不会阻断或者抑制药物的效应，而是会绕过这些药物来感染机体

文章中研究者发现了一种重要的切割点，其可以连接病毒的衣壳蛋白和间隔肽1(spacer peptide)，如果没有被切割，病毒就不会成熟；研究者利用电子断层扫描术和X线断层成像技术精确揭示了未成熟HIV的3D信息，他们发现，这种切割点往往隐藏到了病毒切割机器不能作用的区域，因此对于病毒成熟的过程而言，首先其结构必须发生改变，必须将切割点暴露出来

当这种新型抑制药物被开发出来的时候，研究者就发现，这种抑制药物并不会影响携带特殊突变的HIV病毒，也就是说这些病毒对新型抑制药物是耐受的；随后通过确定病毒切割点的结构以及药物的作用机制，研究者就清楚地理解了这些突变所产生的效应

3. Science：解析出寨卡病毒NS2B/NS3蛋白酶与一种硼酸抑制剂结合时的晶体结构 Science, 29 Jul 2016, doi:10.1126/science.aag2419 正在持续的寨卡病毒爆发与严重性神经障碍相关联

寨卡病毒依赖它的NS2B/NS3蛋白酶进行多聚蛋白（polyprotein）加工，在宿主细胞蛋白酶的配合下，将这种多聚蛋白切割成病毒复制所需的多个蛋白

因此，这种酶是一种有吸引力的药物靶标

在一项新的研究中，来自德国吕贝克大学和海德堡大学的研究人员解析出这种寨卡病毒蛋白酶与一种拟肽类硼酸抑制剂（peptidomimetic boronic acid inhibitor）结合在一起时的分辨率为2.7埃的晶体结构

这种结构表明硼酸基团与甘油之间形成一种环状二酯结构

这种抑制剂的P2 4-氨基甲基苯丙氨酸（P2 4-aminomethylphenylalanine）部分与NS2B的非保守性Asp83形成盐桥，从而可能解释了这种酶的高催化效率

4. Science：在春化期间，拟南芥转录抑制因子VAL1触发多硫蛋白介导的FLC沉默 Science, 29 Jul 2016, doi:10.1126/science.aaf7354 拟南芥开花基因位点C（Flowering Locus C, FLC）遭受多硫蛋白沉默会加快开花，而且是在一种低温依赖性表观遗传开关（cold-dependent epigenetic switch）的参与下完成的

在一项新的研究中，来自英国约翰伊恩斯中心和帝国理工学院的研究人员鉴定出FLC基因内成核位点上的一个单点突变会阻止这种表观遗传开关发生作用

这种突变阻断植物同源结构域-多梳蛋白抑制复合物2（plant homeodomain–Polycomb repressive complex 2, PHD-PRC2）发生成核，并且表明转录抑制因子VAL1在这种沉默机制中发挥作用

在体内，VAL1定位到这个成核区域，促进组蛋白去乙酰化和FLC转录沉默，并且与保守的凋亡-剪接相关蛋白复合物（apoptosis- and splicing-associated protein, ASAP）的组分相互作用

5. Science：利用CRISPR/Cas系统开发出分子记录设备 在一项新的研究中，来自美国哈佛大学的研究人员利用细菌的CRISPR/Cas适应性免疫系统，开发出一种方法永久性记录活细胞中的分子事件

这项研究的重要性在于提供概念验证：一种吸引人的细菌免疫系统可能被用作为一种具有令人印象深刻的记录容量的工具

相关研究结果于2016年6月9日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Molecular recordings by directed CRISPR spacer acquisition”

研究人员利用含有CRISPR DNA位点和精简的Cas蛋白复合体版本的大肠杆菌菌株开展实验

这种最小的Cas蛋白复合体由Cas1和Cas2—将DNA寡聚物整合到宿主细胞基因组中所必需的—的可诱导版本组成，但缺乏破坏病毒所需的所有组分

研究人员发现通过以一种时间排序的方式将特定的人工合成DNA序列引入到这些细胞中（比如，在不同的日子里，导入不同的人工合成DNA寡聚物），在CRISPR位点上所产生的序列确实准确地反应这些DNA寡聚物的引入顺序

利用定向进化（directed evolution），研究人员继续构建出新的Cas1和Cas2版本：相比于它们的野生型蛋白，它们能够以一种略微不同但可以辨别出的方式整合DNA寡聚物（依然按照时间顺序整入）

让这些经过基因修饰的酶Cas1和Cas2受到不同诱导物的控制能够允许研究人员以两种不同的方式—依赖于哪种Cas1和Cas2版本在运作—记录DNA事件

6. Science：首次开发出基因组编辑技术GESTALT追踪细胞谱系 Science, 29 Jul 2016, doi:10.1126/science.aaf7907 根据一项新的研究，在经过基因改造的斑马鱼胚胎中让特定的人工合成DNA片段发生突变能够让研究人员不可逆地对发育期间的细胞和它们的子细胞进行标记

这种技术允许沿着成体细胞谱系图追踪到它们的胚胎起源

相关研究结果于2016年5月26日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Whole organism lineage tracing by combinatorial and cumulative genome editing”

论文共同通信作者、哈佛大学研究员Alex Schier和同事们的新方法被称作合成靶标阵列基因组编辑用于谱系追踪（genome editing of synthetic target arrays for lineage tracing, GESTALT）

它的工作流程为：将外源DNA片段（合成靶标阵列）导入单个受精细胞的基因组中，然后在发育过程中，通过基因组编辑特异性地和累积性地让这种阵列发生突变，这样早期的突变标记着很多细胞，而后期的突变标记着少量细胞

对这种阵列发生的突变进行限制意味着有机体的正常发育不受影响

Schier说，研究人员随后在一项概念验证实验中利用这种GESTALT方法追踪成年斑马鱼器官中的细胞谱系

研究人员发现来自每种成年斑马鱼组织起源自小量建立者细胞（founder cell, 也译作生成细胞）

确实，在大多数组织中，少于25种等位基因（合成阵列的突变版本）产生90%以上的细胞

作为一种极端的例子，仅仅5种等位基因产生血液中98%以上的细胞

7. Science：母亲孕期饮食会影响后代DNA的表达 Science, 29 Jul 2016, doi:10.1126/science.aaf7040 研究人员对8%低蛋白饮食和20%蛋白的正常饮食进行了比较研究，探究不同饮食下孕鼠的后代的影响

在正常饮食的断奶后，研究人员观察后代DNA甲基化的任何差异

最初，研究人员一无所获，但是通过不同方式对核糖体的数据进行分析后，他们发现了巨大的遗传差异

研究人员说，当细胞受到压力时，例如当营养水平较低时，他们会改变蛋白质的生产作为一种生存策略

低蛋白饮食组的后代有甲基化基因，减缓了基因的表达，可能会影响核糖体的功能，以及更小的后代（可能轻25%）

这些表观遗传效应发生在一个关键的时间框架内，即子宫内，这些影响缺可能会是永久性的

相比断奶后后代本身的因素，怀孕期间母亲的饮食可能更多的影响后代的表观遗传状态和体重

8. Science：科学家探明致病菌实施快速感染策略的新机制 Science, 29 Jul 2016, doi:10.1126/science.aaf7501 近日，刊登在国际杂志Science上的一篇研究报告中，来自瑞典于默奥大学（Umea University）等结构的研究人员通过研究首次发现，细菌可以扩大疾病基因来快速引发感染

20多年前，本文的研究者们首次发现人类致病性耶尔森菌的感染策略，这种细菌会利用一种细胞壁上的特殊蛋白组装形成一种“注射器”样的结构，这种名为三型分泌系统（T3SS）的结构可以将细菌的毒性蛋白转移到宿主细胞中破坏宿主细胞的代谢

此后，研究者们在其它细菌中也相继发现了这种三型分泌系统，而且三型分泌系统被认为是细菌引发感染的常见机制；如今科学家又发现了细菌感染和形成“毒性注射器结构”的必要蛋白产生之间的关联

文章中，研究者分析了假结核耶尔森菌的毒力策略，该细菌可以引发急性腹泻、呕吐以及胃痛，细菌感染所需的基因位于细菌细胞核外部的环状染色体中，即毒力质粒上

研究人员利用人类细胞进行感染性试验，随后再用动物模型证实研究结果，结果表明，单个拷贝的毒性质粒并不足以诱发细菌感染，当细菌同宿主细胞接触时，其会诱发一种拷贝模式来增加毒性质粒的数量

研究者Helen Wang表示，耶尔森菌如今已经发展出了一种聪明的策略，为了携带较多的质粒，细菌往往需要更多能量，而且这会影响细菌的代谢和生长，但细菌可以以单一拷贝的质粒为作为模板快速扩增，从而达到引发感染的水平，很多毒力质粒可以帮助细菌构建三型分泌系统，从而提高细菌感染宿主细胞的能力

9. Science：法国的雇用偏见对男性主导STEM领域中的女性略微有利 Science, 29 Jul 2016, doi:10.1126/science.aaf4372 据新的研究显示，在法国申请当一名教科学的老师，女性会比男性略占优势

这些结果与在某些STEM领域中女性受雇受到不利偏见的概念相左，它们或许对有关的干预争议产生影响，这些干预希望增加女性在科学、技术、工程和数学等领域中的存在

在包括数理化在内领域中女性比例偏低的一个可能原因是女性在受雇过程中受到歧视

在此，Thomas Breda和Mélina Hillion为了进一步探索歧视在这一领域的作用，评估女性在某领域中比例偏低的认识会如何影响考察者所做的技能评估，他们聚焦于用来招募法国中学和中等教育后教师和教授的竞争考试

在2006-2013年间，Breda和Hillion对书面考试结果进行了比较，书面考试是性别盲性的，但口试对性别则不是盲性的，申请者约有10万人，涉及11个不同领域（包括非STEM领域）

他们最终发现，在高级考试（教授级和高中教学）和中级考试（仅教中学）中，在那些男性更多的领域中，主持口试者给女性的分数会高于男性

而且，在那些女性更多的领域中，主持口试者会给男性更高的分数，但这种程度较轻

研究人员说，例如，对文学和外语领域中的男性，偏见为3-5个百分等级，而在数学、物理或哲学领域，偏见则约为10个百分等级

10. Science：远古骨架改变了对农耕养殖起源的看法 Science, 29 Jul 2016, doi:10.1126/science.aaf7943 新的分析表明，在新石器时代，某些狩猎采集人群在新月沃土地带独立地选择了耕种模式，他们所播耕的种子广及八荒

在农耕摇篮中有关是否有单一源头人群将与狩猎采集者至农耕养殖者过渡有关的文化和基因进行传播，或是否有多个不同的农耕养殖者群体——可能牵涉多个局部性驯养——在普及该技术中起着作用存在着争议，而这些结果为该争议提供了素材

为了提供进一步的线索，Farnaz Broushaki和同事在此对4具骨架的DNA进行了测序;这些骨架来自伊朗扎格罗斯地区，它们属于新时期早期的人类遗骸;该地区存在着某些迄今为止最早的农耕养殖证据

研究人员的基因分析发现了一个先前未知的人群——它与远古新石器时代的安纳托利亚人迥异，而安纳托利亚人群常被视作是欧洲农耕养殖者可能的祖先

它表明，这些扎格罗斯地区的农耕养殖者(他们的基因序列与现代巴基斯坦和阿富汗人群有着更高的相似度)并非欧洲最早农耕养殖者的祖先

作者们说，相反，他们可能在4万多年前就与远古安纳托利亚人群的基因组分道扬镳，令他们成为农业范围扩大的另一来源

这些结果为一种假说增添了支持证据，即农耕养殖文化并非源自某单一的农耕养殖人群，而是由在农耕养殖核心区的不止一个源头人群将其向欧洲、非洲和亚洲传播的

11. Science：快速演化能帮助植物在不连续环境中播散 新的实验研究显示，快速演化会驱使在斑块状栖息地中的植物播散

面对气候变化，入侵物种和物种活动范围会对自然和管理生态系统构成两大威胁，然而，科学家们对物种通过地形扩散的生态与演化动态的了解是有限的

为了获得更多了解，Jennifer Williams和同事设置了一组在盆中种植的拟南芥（Arabidopsis thaliana），它们之间所设的间距为拟南芥种子能播散的平均距离的 0（表明连续性地貌）、4、8或12倍

在它们经历了6个世代之后，研究人员进行了基因分析以确定每种拟南芥的演化速度

他们发现，在连续地貌中，较快演化的拟南芥比没有演化的拟南芥播散得更远——小幅增加11%

相反，当环境为”斑块状”（例如，拟南芥之间距离为其种子能播散的平均距离的12倍）时，演化组拟南芥会比非演化组拟南芥的种子播散距离远3倍

有趣的是，拟南芥间的距离无论是其种子能播散的平均距离的4-、8-或12倍，它们的基因型改变都没有很大差异

不过，一个斑块样的环境确实与长得更高的演化拟南芥相关，长得高能将种子播散得更远

因此，在本例中，有利于长得更高及种子播散得更远的较大演化促使了拟南芥的蔓延

然而，作者们指出，斑块状地貌是否会直接选择种子能更好播散的拟南芥或是通过未被检测的与播散相关的特性而间接选择了种子能更好播散的拟南芥仍然是一个悬而未决的问题

12. Science：番茄能通过检测到寄生性藤蔓分泌的肽来抵抗其侵害 Science, 29 Jul 2016, doi:10.1126/science.aaf3919;doi:10.1126/science.aag3111 新的研究揭示，番茄能通过发现寄生植物的某种肽而遏阻寄生植物的攻击

在全球范围内，寄生植物导致农作物数十亿美元的损失，更好地了解某些植物如何击退入侵者或能帮助减轻这些损失

反折菟丝子是一种寄生植物，它能感染大多数双子叶植物的茎干，但一个例外是一种叫 Solanum lycopersicum 的番茄

植物有时会通过致病微生物分泌的独特的肽而发现致病微生物，这会促使宿主植物分泌应激相关激素乙烯

在此，Volker Hegenauer等怀疑， S. lycopersicum 番茄可能用类似的策略来应对寄生植物，他们证实了这一点

S. lycopersicum 番茄对反折菟丝子超级敏感，但是另外3种对照植物则不敏感

通过分析 S. lycopersicum 番茄和另外一种野生番茄间的自然变异，研究人员发现了导致这一敏感性的受体，他们将其命名为菟丝子受体1（CuRe1）

当研究小组在另外2种植物（一种与 S. lycopersicum 番茄非常接近，另一种则是 S. lycopersicum 的远亲）的叶子中诱导相应基因表达时，这两种植物都会对菟丝子肽做出反应：乙烯生成增加，它们都表现出对菟丝子侵害抵抗力的增加

但是作者们指出，仅对CuRe1敏感不能驱动对菟丝子的免疫，因为某些对CuRe1缺乏敏感性的番茄植株仍然对该寄生植物的感染有抵抗力

由Vardis Ntoukakis和Selena Gimenez-Ibanez撰写的《视角》更为详细地讨论了这些发现

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