本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

1月21日Nature

封面故事：大熊猫“晶晶”基因组完成测序
北京奥运会吉祥物大熊猫“晶晶”基因组利用短序列测序技术完成测序，这在如此复杂的基因组中还是第一次。该基因组由24亿DNA碱基对组成（人类基因组为30亿），约含2.1万个蛋白编码基因（与人类基因组相似）。该序列所反映的基因组多样性水平很高，这让人们看到一个希望：尽管大熊猫种群数量只有约2500只，但保护工作可以使该物种不致灭绝。有趣的是，虽然大熊猫似乎有食肉动物消化系统所需的全部基因，但却缺少消化纤维素的基因。因此，它们可能依靠自己的肠道细菌来消化其喜食的、品种有限的竹子。味觉可能是一个饮食限制因素：T1R1基因功能的失活意味着，大熊猫可能尝不到高蛋白食物的鲜味。这项研究工作所取得的技术成就为将下一代测序技术用于大型真核基因组的快速从头组装铺平了道路。

“间充质细胞”表现型的主调控因子已确定
一些具有高度侵略性的人类“成胶质细胞瘤”表达具有“间充质细胞”表现型特征的基因，该特征已知与不良预后相关。现在，利用一种生物信息学方法，研究人员已将转录因子Stat3 和 C/EBP-beta确定为这种“间充质细胞”表现型的主调控因子。它们相互配合来促进肿瘤生成和入侵，而这两个因子的剔除会导致“间充质细胞”基因表达的瘫痪，降低肿瘤的侵略性。这种识别调控肿瘤恶性主调控因子的系统生物学方法也许可帮助预测临床结果，并且还有可能为新的治疗策略打开大门。

基因时钟让大肠杆菌细胞同步
合成生物学的基因回路研究方法利用计算机模拟来设计能在活细胞中发挥功能的小基因网络。在其首次成功（合成振荡器和拨动开关）不到十年之后的今天，Jeff Hasty 及其同事又通过设计自然的“群体感应”（quorum sensing）基因培养出一批同步的大肠杆菌细胞。 利用微流体和延时荧光显微镜技术，他们试图总结有关控制同步振荡或波传播的因子的普遍规律。这项工作将有助于关于更复杂自然振荡的研究工作。在这一模型体系中，基因时钟产生了同步的闪光，但类似的基因开关则有可能触发与胰岛素分泌和生物节律等相关的事件。

亚洲向北美的污染输出
人类活动产生的臭氧前体（主要是氮氧化物和挥发性有机物）的排放，自十九世纪末以来已造成下层大气中臭氧浓度的广泛增加。在大气臭氧层的最靠下部分，是对植物和动物有有害影响的一种温室气体。目前，东亚这种排放的增长速度最快，其污染大部分向北美输出。现在，对整个北美西部春季臭氧测量结果所做分析整理，为1995–2008年间臭氧混合比的强劲增长提供了证据。当测量数据受来自亚洲的污染物直接输送影响较大时，臭氧混合比的增长速度最大。这一现象（以前曾被怀疑、但未证实）也许使得美国实现其自己的臭氧空气质量标准更加困难。

突变稳健性的角色矛盾问题
突变稳健性在演化中所起作用一直是一个存在很对争论和争议的问题。一方面，它似乎通过在发生环境变化时使得一种新的表现型不易形成来妨碍适应；另一方面，它似乎又能帮助一种生物使其表现型在可能不利的突变面前得到缓冲。一种生物怎样解决这种矛盾、从而同时具有稳健性和适应性呢？现在，一个定量种群遗传学模型对这一问题给出了一个可能的解答。该模型表明，突变稳健性技能妨碍适应，又能帮助适应，到底如何则取决于种群大小、突变速度和适应性环境的结构。

为睾丸激素正名
荷尔蒙已知调节动物之间的社会互动，其中睾丸激素传统上被认为诱导侵略性行为。虽然这种归类方式被外推到了人类（于是便会有“由睾丸激素刺激的”行为这样为人们所熟悉的概念），但睾丸激素是否真的能促进反社会行为则不清楚。在一个讨价还价的博弈中，施用睾丸激素被发现会增加公平行为、减少冲突和增强社会互动。但当让实验对象相信他们被施用了睾丸激素、而不管是否真是这样时，他们的行为则会被那些认为自己所接受的是安慰剂（同样不管是否真是这样）的实验对象更为不公平。所以，人们以为睾丸激素增加所产生作用是负面的、反社会的，这种认识之强烈足以诱导负面社会行为，即便生物学结果实际上是相反的。

1月22日Science

科学家对全世界医院中的MRSA进行追踪:
应用新的基因组测序技术，科研人员对被称作MRSA的抗药性金黄色葡萄球菌进行了追踪，该细菌在过去的40年中在全世界范围内都在扩散。 这一研究以及其所用的方法能够帮助研究人员跟踪MRSA在国家之间、两个医疗机构之间及在个体之间（例如在某一单一的诸如医院病房这样的地方）传播的途径。 该项工作可能还会有助于确认感染控制策略在哪些方面需要进行修正或加强以减少MRSA感染发生的数量，并改善探查新出现的菌株并控制其扩散的监督策略。 大多数的MRSA感染发生在诸如医院或疗养院等与医疗有关的机构之中，这些感染可能会是致命的。目前的比较采自病人的不同菌株的MRSA的方法无法提供足够的资讯来准确地勾勒出不同菌株之间的演进关系。 Simon Harris以及一个国际团队的同僚应用一种新的方法来绘制许多不同MRSA菌株基因组中的各个点。在这些点的DNA序列的差别仅仅为几个“字母”甚或只是一个字母的差异。 科研人员用这种方法来检验属于"ST239"世系的63株MRSA，它们具有对抗菌素的抵抗力，并占了全世界与医疗有关的MRSA感染中的大部分。 这些样本中大约有三分之二来自1982-2003年间在全世界采集到的样本，从而为人们提供了一个有关全球ST239种群的独立观察；有三分之一的样本来自在一个为期7个月的时间段内的泰国某一医院的患者。 通过分析样本间的遗传变异量，科研人员组建了一个“系谱图”，该系谱图显示了ST239 克隆是如何扩散到世界的不同区域的，以及他们在不同国家通过进一步的演化而产生出成簇的在遗传学上相似的菌株。 例如，结果显示，在伦敦某家医院的加护病房中所发生的一起MRSA的感染爆发非常有可能与从东南亚引入的一个菌株有关。该事件的发生只需要由某个人携带该菌株从一个地方到例外一个地方，并在那个地方将细菌传播给另外一些人，而且这些人中有一些出现发烧感染。该研究还显示，在某泰国医院感染病人的一个单株的MRSA是如何随着时间的推移而发生新的变异的；人们有可能分辨在同一病房中的2位感染MRSA的病人是否是由从一个人传播到另外一个人的菌株的直接传播所引起，或是这些菌株的获得是来自医院的其它地方。这将有助于查明在控制感染的策略中有关预防传播的方面究竟有哪些不足之处。

   
利用粘液菌的设计功效: 
 人类的工程师能够从低等的粘液菌那里学到什么呢？ 一则最近的实验提示，Physarum polycephalum（多头绒泡菌）这种凝胶性真菌样的霉菌可能真的能够指引人们改进技术系统，如：更为坚固耐用的电脑及移动性通讯网络。 这一启示来自一个日本和英国的研究团队所观察到的粘液霉菌将其与散在的食物源的连接方式图案几乎与东京的铁轨系统等同。 Atsushi Tero及其同僚将燕麦片放置在一个潮湿的表面之上，其放置的各个点相当于东京周围的各个城市，并让Physarum polycephalum这种霉菌从中心向外生长。 他们看着该粘液菌进行自我组织、向外扩散并形成一种网络，其在功效、可靠性以及成本上都堪比真实世界的东京铁路网的基础设施。 研究人员能够捕捉到这种以一种有效率的方式与其食物源相连的适应性及生物学网络所需要的核心机制，并将其结合到一个数学模型之中。 由于该粘液霉菌已经经历了无数回的进化选择，因此这种基于其摄食习性的规则可以提供人们在现实世界应用中一种最有功效及适应性网络设计的途径。 Tero及其同僚说，他们的模型对改善诸如遥感器阵列、随建即连网路及无线网状网络等自我组织的网络的功效及降低成本等方面提供了一个起始点。 Wolfgang Marwan在一篇Perspective中对这些发现做了更为详细的解释。

较少但更强的飓风:
研究人员说，尽管在21世纪中，大西洋盆地飓风的总数会下降，但风力强至4和5级的风暴数则预计会增加，这是对全球暖化的反应。 Morris Bender及其同僚在现有的飓风和气候预测模型的基础上进行改进，创建了一个可精确预测在当今情况下发生强力飓风的地点模型。 他们的模型显示，在未来的世纪中，最强烈飓风的最为集中的地方将聚集在西大西洋地区。因此研究人员警告说，伊斯帕尼奥拉岛、巴哈马群岛及美国的东南海岸是发生这类强烈飓风的风险最大的区域。 从前，某些研究提示，全球暖化会在未来的100年中产生较少而且能量较弱的飓风。 但是，这些模型无法复制出强度在三级或以上的风暴。

   
大地震正在San Andreas断层缓慢形成:
 本星期，当海地这个国家继续处在毁灭性地震带来的振颤的时候，发表在《科学》杂志上的一篇研究突出报道了地震专家对大地震的预报还需要做更多的了解。 根据某些新的研究披露，加州的San Andreas 断层的历史看来主要是由比研究人员所认为的强度要小得多而且更为频繁的滑动事件所支配的。 为了得出这一结论，Olaf Zielke 和Lisa Grant Ludwig及其同僚报告了新的高清晰度的雷达成像。这些画面显示，沿着一段被称作Carrizo的断层片段的平均滑行距离在1857年的Fort Tejon大地震时仅仅为5米左右。 这一长度比研究人员过去认为的要短得多，且这一发现提示，沿着Carrizo断层片段所发生的大地震会更为频繁，而且其滑行距离比过去所知道的要更短。 在另外一则独立的报告中，文章的作者证明，沿着Carrizo片段可能已经发生过了数个对其进行塑造的小地震，而非只是那些已经记录下来的频度较小但强度较大的地震。 这些研究人员应用一组技术来分析在过去发生大地震时于裂纹线间所捕捉到的沉积层；他们发现，这些沉积层大多是被大地震而非小型的滑动事件所移动。 综上所述，这些数据披露，持续性的小地震和小滑动事件对San Andreas断层中的最不复杂的区域Carrizo片段进行了塑造。