本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合：

6月7日《Nature》

封面故事：今后可能不再需要妇女捐献卵母细胞

本期Nature上一篇论文纠正了克隆领域一个长期存在的误解。自从上个世纪80年代初所做的第一批核转移实验以来，人们普遍认为，成功的动物克隆和胚胎干细胞系生成需要将体细胞核转移进一个受精的减数分裂卵母细胞中。现在，Egli等人通过利用小鼠细胞所做的一系列实验证明，重新编程活动在受精之后还在合子（受精卵）中继续进行。这一发现对于我们了解核重新编程和克隆动物的生物学具有重要意义。他们的实验结果还表明，科学研究中实际上可以不用让妇女捐献卵母细胞，因为那些被进行人工受精的诊所放弃的受精卵、或者胚胎卵裂球也许就可以作为合适的接受细胞来生成定制的人类胚胎干细胞系。本期封面所示为染色体向受精卵中的转移，是在染色体转移后所发生的第一次有丝分裂之后的情形。

7种常见家族性疾病的基因关联研究

随着人类基因组中更多标记的发现，我们将有可能不用先将基因组中的候选区域范围缩小就可以搜索与人类疾病相关的基因。在一篇突破性的文章中，Wellcome Trust Case Control Consortium报告了对超过16,000个人所进行的关于7种常见家族性疾病的一项激动人心的、整个基因组范围内的关联研究。他们的分析证实了以前所发现的位点，并为很多新型疾病的易感基因提供了有力证据。 


基因关联的陷阱

对最近发表的很多基因关联研究结果进行分析会引发我们思考：文献中有很多误判和有疑问的基因型-表现型关联。由“国家癌症研究所”和“国家人类基因组研究所”成立的一个工作组一直在寻求解决一个棘手的问题——什么构成一个基因型-表现型关联的重复？他们所获得的初步结果发表在这一期的Nature杂志上，同时也介绍了关于报告最初及重复研究的最佳实践的指导方针。但显然，有时需要一系列研究来证实基因型-表现型的关联。


达尔文的预测得到证实

1862年，在解释石蚕花(Star of Bethlehem，学名：Angraecum sesquipedale)特别长的花距（nectar spur）时，达尔文提出，一种植物的花距长度的增加及其授粉者舌头长度的增加是因为存在一种“协同进化”竞赛。他预测存在一种舌头极长的蛾子。这种蛾子于1903年被发现，其学名是Xanthopan morgani ssp. Praedicta， 它的舌头长度为22厘米。但这种“竞赛”模型仍然存在争议，因为一种特别长的舌头也可能会通过其他方式形成。现在，Justen Whittall 和 Scott Hodges通过对耧斗菜属（Aquilegia）植物在一个物种层次上的系统发生进行研究发现，耧斗菜属的花距的确是在不断变长，但这种变长是由于一系列可以预测的针对不相关的授粉者的适应性变化，主要集中在物种形成事件期间。在这一案例中，达尔文的“竞赛说”看来是成立的。 


提高核磁共振灵敏度的新方法

核磁共振（NMR）是以一种非入侵性方式探测液体和固体结构和动态的最强大和最多能的方法之一。但它也有一个很大的缺陷：其内在的极差的灵敏性使得它不适合探测非常小的样本。现在有了MACS——“magic angle coil spinning”。这种新技术利用感应耦合来帮助探测脉冲的无线传输和NMR信号的无线接收。这又可以让NMR探测器线圈和样本一起非常快地旋转，使得NMR测量能够以非常高的灵敏度进行。该方法可以将来自有机粉末和生物组织的小样本的信号放大一个数量级，在高通过量化学和生物医学分析中将会特别有用。


大西洋飓风频率在回归正常

大西洋上的大型飓风的发生频率自1995年以来显著增加，但仍然不清楚这是由于全球变暖还是自然变化。探讨这个问题的一种办法是，考虑过去飓风发生频率的变化，但对大西洋飓风活动的可靠观测只有几十年时间。Nyberg等人利用来自似乎能够反映影响飓风活动的两个主要参数——风的垂直剪切作用和海洋表面温度——的珊瑚和海洋沉积芯来重建自1730年以来大西洋上大型飓风的发生频率。结果表明，与过去270年相比，上个世纪70年代和80年代飓风频率异常地低，1995年以来飓风频率的增加代表着向“正常”飓风活动的一种回归。这些趋势似乎与风的剪切作用有关，但什么引起这一参数变化的仍然不确定。


海洋板块通过地幔循环的性质和时间

地球的火山和地震活动能够反映其活跃的内部的情况以及表面海洋板块通过地幔进行的循环的情况，但我们对这一过程的性质和时间尺度却不是很了解。为了帮助确定这种深层循环的程度，Turner等人分析了来自亚速尔群岛的玄武岩中的氧、铌、硼和锇同位素的含量。结果表明，这一材料中有一些来自已经不含熔融物和流体的岩石圈地幔，其年龄至少25亿年，而亚速尔群岛其他地方的玄武岩被认为含有年龄大约有30亿年的富含熔融物的玄武岩成分。似乎两种成分都可能来自一个太古代海洋板块，该板块潜没并留在了深层，直到热浮力在大约30亿年后使它上升到亚速尔群岛下面。


西尼罗河病毒使北美一些鸟类数量急剧下降

北美腹地人们最熟悉的一些鸟类，包括冠蓝鸦、知更鸟、蓝知更鸟和鹪鹩，在过去30年因感染西尼罗河病毒而使种群数量急剧下降。该病毒在美国第一次见诸报道的爆发是在纽约市地区，发生在1999年，可能是由一只感染了该病毒的鸟或蚊子进入该地区造成的。对繁育鸟群所做的一项新的研究显示，该事件造成的损失要比人们曾经预料的大得多——大到足以引起人们对该事件对整个生态系统稳定性的影响表示担忧。这项工作反映了一个入侵病原体对本地野生动物能够产生的潜在的毁灭性影响， 也让我们看到了野生动物贸易的潜在危险。


青鳉基因组完成测序和分析

青鳉（Oryzias latipes）是日本一种很流行的宠物，而且最近也成为发育遗传学和演化生物学研究的一个实验室模型动物。现在，青鳉的基因组已经由日本的一个大型联合课题组完成测序和分析。鲷（cichlids）和刺鱼（stickleback）也正在成为研究脊椎动物物种形成的遗传基础的模型体系，它们在演化上要比青鳉距斑马鱼更近，所以青鳉的基因组序列将能为了解4亿年的脊椎动物基因组演化提供有价值的线索。

干细胞功能与衰老

两个小组在本期Nature上报告了一个重要的关于衰老的假设的机制——由于DNA损伤修复缺陷而造成的维持组织平衡的能力下降。Nijnik等人发现，由于非同源端接通道的DNA修复功能失常，DNA损伤会在体内的生理条件下在干细胞中累积，导致成年干细胞随着时间的推移被耗尽。Rossi等人发现了在三种不同的基因组维护缺陷情况下与年龄相关的干细胞功能的下降。

6月8日《Science》

     
    转基因作物的生态影响

    研究人员报告说，与给普通作物喷洒杀虫剂相比，表达杀虫剂Bt基因的转基因作物，对蝴蝶、蜜蜂等非目标物种的影响相对要小。但是，与不用杀虫剂的普通作物相比，Bt作物上的这些昆虫的确少得多。(非目标物种包括不损害作物的昆虫以及与不受Bt影响的害虫。) 这些新发现来自一项综述，为了作这个分析，Michelle Marvier 和同事用了多项研究的结果。文章作者写道，许多检验转基因作物环境安全性的试验的范围太窄，它们本身不能给出具有决定性的结论。本文作者分析了涉及Bt棉花和玉米的40多个大田试验，这些试验分别针对具体的生长条件和具体的昆虫。分析的结果给Bt杀虫技术和昆虫之间的相互作用提供了一个更普通的概观。

    中非森林砍伐速度加快

    研究人员指出，卫星图像显示热带非洲森林的砍伐速度最近几十年中有所增加。虽然中部非洲茂密的森林很长时间以来被认为是地球上最原始的，但是工业性砍伐正在成为该地区最大规模的土地使用形式。在本期一篇简报中，Nadine Laporte和同事用总数300多张、覆盖400万平方公里的Landsat卫星图像跟踪了2003年以前30年中伐木道路的发展。伐木道路在喀麦隆和赤道几内亚的密度最高，在刚果共和国北部的地区变化得最快，这些地区在30年中修建道路的速度大约增加了3倍。文章作者说，除了加蓬的Okoumé森林，大多数工业砍伐是有选择性的，主要集中在高价值的出口品种，比如非洲红木。

    检测疾病前兆的可能方法

    一种检测极低水平基因活性的新方法也许能让研究人员发现某些疾病的前兆。组织从健康状态到疾病状态的发展通常伴随有几百个，甚至上千个基因表达的变化。这些变化反映在携带这些基因指令的信使RNA分子上。研究人员曾发展了几种各有千秋的方法来监视这些转录的变化。Jae Bun Kim和同事现在描述一种他们称为PMAGE 的新技术，能比其他方法更灵敏地检测转录，灵敏度甚至高达每三个细胞一个转录。当把这个方法用于肥厚型心肌病的小鼠模型时，他们能够在其他心脏坏损迹象出现之前识别出许多稀有转录表达的变化。

    俯冲板块中的水如何进入地幔

    日本科学家的一项研究帮助解决了俯冲板块携带的水如何进入地幔的谜。地幔中的水被认为在许多地质过程中起关键作用，包括润滑板块帮助其在俯冲带滑入地幔，从而可能导致大地震，或者在某些环境中引起火山活动。

    科学家一直不了解水被输运到地幔中的机制，虽然他们通常认为携带含水矿物质的地壳和覆盖其上的地壳一起在俯冲带被带入地幔。在日本东北部下面，一块老的太平洋板块正在沿日本海沟俯冲，这个俯冲带是地球上被研究得最多的一个。Hitoshi Kawakatsu和Shingo Watada用一个地震仪阵列成像演示了俯冲板块上一个水通道下降到深层地幔的过程。其发现提出，水在100公里以上的较浅地方从含水的洋壳中释放出来，然后在下降的高密度板块之上流到地幔中。