本期《自然》《科学》精选

　　

5月21日Nature

封面故事：五维光存储技术问世
在试图将越来越多的数据塞进光存储装置中的过程中，材料科学家也曾寻求向记录媒介增添更多维度。现在来自墨尔本斯威本科技大学的一个小组开发出一种五维光记录技术，它有可能将光存储容量提高7个数量级。所增添的维度是光的波长和偏振，它们与人们所熟悉的空间维度相结合，能在一个体积内进行真正五维的数据记录。这样，一张DVD大小的光盘存储容量在理论上可达到1.6太字节（兆兆字节）。该新体系利用了由浸没在一个聚合物层中的金纳米棒构成的一个基质在“表面等离子体共振”（SPR）调控下的光热再成形。串音自由读出通过双光子发光实现。该技术能够立即实现的应用包括防卫图案设计及多路复用光存储等。

合成特定形状纳米尺度DNA结构的新方法
纳米技术的一个重要目标是复杂、三维纳米结构的可编程自我组装。以DNA为构造单元，合成方法已经发展到了可生成二维设计机构和某些三维结构的阶段。Douglas等人介绍了对脚手架式DNA折纸方法的一种优化，新方法能够生成有或多或少的任何所期望形式的三维目标，尺度达到10到100纳米，并且对各种不同的DNA螺旋之位置的控制也达到了令人印象深刻的程度。这种合成方法涉及排列成褶皱链及组装成蜂巢状三维结构的DNA螺旋。各种不同的DNA链通过磷酸基团连接在一起。这种方法能够生成组装速度慢的复杂目标，但它也为组装具有纳米尺度特征的定制器件提供了一个途径，如研究人员已经用这种方法构建出了形状像方螺帽、十字槽和线框二十面体的目标。

多年生植物开花时间调控研究
关于植物开花时间调控的大多数研究都是对一年生植物进行的，如经典的“实验室植物”拟南芥就是这样，它们一生只开一次花。多年生植物可以生长很多年，开花与营养生长周期反复出现。关于它们的开花时间是如何调控的是一个可能更为复杂的问题，而人们对此所做的研究却要少得多。现在，对“高山南芥”（一种与拟南芥相关的多年生植物）的开花所做的一项研究识别出一个基因，即PEP1 (“永久开花”-1)，它调控多年生植物的三个关键特征。该基因参与限制开花持续时间、彻底阻止某些枝条开花以及将开花限制在春天等。PEP1是拟南芥中FLC开花抑制基因的直系同源基因，后者通过染色质修饰抑制开花，直到植物暴露于低气温。PEP1在多年生植物中所具有的功能在一年生植物中不存在，这些功能似乎是通过在FLC 和PEP1位点的组蛋白修饰的变化形成的。

锌指蛋白技术的成功应用
通过遗传工程来使作物增产和抗病虫害的范围，一直受限于缺乏一种高效方法来进行定向基因修饰。锌指蛋白技术有望填补这一空白。该技术依靠用设计出的锌指核酸酶（人工嵌合蛋白，能够利用细胞DNA修复器的天然识别机制）来使特定序列的双链DNA在一个目标位点上断裂。在本期Nature上，两个小组报告了这一新兴技术的成功应用。Shukla等人对玉米基因IPK1进行修饰，从而将对除草剂的抵抗力和改变了的植酸盐代谢引入了这一重要作物中。Townsend等人以烟草植物中的SuR位点为目标，使它们对咪唑啉酮和磺脲除草剂具有了抵抗力。该方法达到了高频率的基因定向，应当适用于对内源植物基因进行例行的修饰。

来自鲨鱼直肠腺的钠-钾ATP酶的晶体结构
钠-钾ATP酶是一种由ATP提供动力的离子泵，能为钠离子和钾离子在动物细胞的胞质膜上形成浓度梯度。钠离子被从细胞中输出，同时钾离子被输入细胞中，产生用于很多重要生物过程、如神经细胞的动作电位的浓度梯度。 现在，来自鲨鱼直肠腺（与人的直肠腺有高度的同源性）的这种蛋白的晶体结构已被以2.4埃的分辨率确定。该结构可帮助澄清关于这种蛋白作用机制的很多细节，并且还将有助于对心脏病的认识和治疗，因为强心苷是钠-钾泵的抑制剂。

5月22日Science

致命的胰腺癌为什么对化疗有抵抗力
  
 

  
在一项可能为胰腺癌治疗开辟新途径的研究中，据5月22日的《科学》杂志报道说，胰腺肿瘤内血管相对较少，因此化疗药物要在该肿瘤内扩散的途径不多。 这些发现有助于解释为什么胰腺癌是人类最致命的癌症之一。 目前对这种癌症的标准治疗是一种叫做gemcitabin（或译：吉西他滨）的药物，但这种药物只能给病人的生命延长几个星期。 Kenneth Olive及其同僚在一种通过遗传工程而制造出的小鼠胰腺肿瘤模型中发现，在这些小鼠的肿瘤中血管非常稀少，而他们在所分析的人类胰腺肿瘤的标本中也观察到了这种特征。 研究人员对这些小鼠施予了gemcitabine和另外一种化合物（它能够将肿瘤的结构性或“基质”组织减耗）的治疗，其治疗机制是通过抑制由所谓的Hedgehog信号通路所启动的分子信号级联放大反应。 文章的作者报告说，这一组合治疗导致了肿瘤内血管量的增加，从而较好地向肿瘤内输送了gemcitabine 并延迟了肿瘤的进展。

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化石是可靠的故事讲述者
  
 
  
据5月22日的《科学》杂志报道说，在过去的40年中，大象、犀牛和长颈鹿在非洲大草原上生生息息，它们死后的遗骨可靠地反映了这些动物群体是如何适应生态变化的。 保护生物学家和古生物学家在利用遗骨和化石来重构古代生态社群时一般会做一个小小的主观假定。 如今，研究人员采用了一种非常耐心的方法来评估死去动物的遗存物究竟是如何反映活着的动物的社群的。 David Western 和Anna K. Behrensmeyer对肯尼亚南部的Amboseli生态系统进行了为期40年的研究。他们分析了在过去的40年中，在整个非洲大草原上死去的15种食草动物的骨组合。 研究人员将骨纪录与这些动物的群体组成和栖息地的变化进行了比较，这些变化是由从茂密的森林和灌木丛演变为更为开阔的有着较大沼泽地的草原所驱动的。 随着栖息地的这一变化，食草动物的丰沛程度相对于食叶动物来说有所增加，而物种的丰富程度则减少了。 研究人员报告说，动物的骨组合的确精准地尾随着这些变化，其间隔期可以短至5年。