本期Nature，Science，PNAS精选

　　

11月27日《Nature》

封面故事：锂电池技术的发展及电动汽车的未来
上个世纪90年代价格合理的可充电锂离子电池的出现，使消费电子行业发生了革命性变化，它们先是用在摄像机上，后来又用在了电动工具、手机、当然还有笔记本电脑上。现在正在研究实验室出现的下一代锂离子电池，可能会对我们的生活方式产生更大影响。我们可以设想一下，今天消耗汽油的汽车将来有一天会变成数百万辆由电池驱动的汽车，而为电池充电的则是一个“绿色”电网。高效锂电池甚至还有可能通过提供一个分布式电力存储网络而打破当前的能源组成平衡，使人们更多地依赖于风能和太阳能等可再生能源。在一篇News Feature文章中，Jeff Tollefson报告了锂电池技术的最新发展及未来前景，并就电动汽车什么时候以及是否可能将内燃机送进汽车历史博物馆的问题采访了相关专家。

赤霉素受体的晶体结构
赤霉素是一种重要的植物激素，调控几个发育过程。赤霉素与其受体GID1的结合，导致DELLA家族的转录调控因子的识别，这些调控因子抑制赤霉素信号作用。现在，两个小组发表了来自两种不同植物物种的赤霉素受体的晶体结构。Murase等人确定了与GID1和来自拟南芥的一个DELLA蛋白碎片相结合的赤霉素的一种三元复合物的结构。Shimada等人对与水稻GID1相结合的赤霉素进行了研究。这些结构揭示了一个受体识别机制，该机制与生长素的识别机制截然不同。关于受体结构的详细知识，有可能帮助设计用于农业生产的更为有效或更为便宜的生长调控因子。

选择性剪接的定性研究
当人类基因组被解码时，科学家发现基因数量比他们预计的要少，这重新激发了他们对选择性剪接（从一个基因产生一个以上蛋白的一种机制）的兴趣。Licatalosi等人研究出一种对活组织中的RNA–蛋白结合相互作用进行定性的不带偏见的、涉及整个基因组的方法，并且通过将该方法应用于哺乳动物大脑而显示了其潜力。他们对神经选择性剪接调控因子Nova的结合点进行了定性，并且获得了意想不到的发现：该调控因子也许在调控选择性多腺苷酸化中还有另一种功能。在另一项研究中，Wang等人利用对mRNAs的深度测序来研究不同人组织和癌症中的选择性剪接。通过将序列数据与剪接点进行比对，他们发现，选择性剪接在人类多外显子基因中实质上是普遍现象。他们还发现，选择性剪接与mRNA多腺苷酸化在机制上有联系。

原始乌龟的龟壳是怎样形成的
来自中国西南贵州省晚三叠世海洋沉积层的一个保存完好的距今2.2亿年前的化石，为了解乌龟独特的身体结构形成中的中间步骤提供了线索。这一分支中的传统形式很罕见，使得该过渡阶段成为爬行类演化中的一个未解之谜。所发现的这种乌龟是已知最原始的乌龟。它有一个充分发育的胸甲（腹部皮肤上的盔甲），是在龟壳（龟的壳结构的背部上半部分）之前形成的。在这一化石中，龟壳仅由神经板（髓板）组成。这表明，龟壳是通过神经板的骨化和肋骨的增宽形成的——这个过程类似于今天小乌龟的发育模式。

肌肉卫星细胞被证实是干细胞
肌肉卫星细胞是肌肉纤维与其膜鞘之间的空间中的静止细胞，在那里它们通过形成与肌肉纤维融合的先驱细胞来对损伤做出反应。有研究报告说，它们能充当干细胞，但卫星细胞群的混合性质意味着，它们的干细胞身份难以证明。Sacco等人通过利用克隆分析证实卫星细胞的确是干细胞、能够自我更新，从而澄清了相关问题。他们将一个表达荧光素酶的卫星细胞移植进了小鼠的肌肉中，发现它能够大量增殖，有助于肌肉纤维的形成，而且可以被再次移植。

ILFs的组成及形成过程
“孤立淋巴滤泡”（ILFs）是小肠壁中专门的淋巴组织区域，在那里它们参与保护宿主不受入侵病原体的侵害。对ILFs的组成及它们的形成所需因子所做的一项新的研究发现，它们是由来自革兰氏阴性细菌的肽聚糖的存在被上皮细胞中的NOD1先天受体识别出而在小鼠小肠中诱导产生的。ILFs的组成从由只有几个B细胞构成的细胞团到组织有序的淋巴结都有。一旦形成，ILFs便会对细菌群落的构成实施控制。哺乳动物中这一由微生物诱导的组织形成方式的罕见事例说明，细菌与宿主之间的一种建设性互动何以能够帮助实现高效消化和保护宿主不受小肠病原体侵害。

夸张型疲劳反应的原因
很多神经肌肉状况，如假性肥大型肌营养不良，涉及一种夸张的、由锻炼诱导的疲劳反应。小鼠实验发现了这种疲劳的一个潜在原因：当“神经一氧化氮合酶”（nNOS）在肌膜上其正常位置处缺失时，为肌肉提供血液的血管便不能正常松弛，动物便会感受到锻炼后疲劳。肌膜nNOS被发现在来自一系列不同肌病变患者的活检中含量减少，说明这是疲劳的一个共同机制。这些结果表明，对于那些对轻微锻炼有夸张型疲劳反应的患者，采用可提高由锻炼诱导的信号作用的治疗方法可能会有效。

腹腔病发病的遗传机制
“主要组织相容性复合体”（MHC）蛋白的某些遗传变体与自身免疫疾病的易感性增强有关。Hovhannisyan等人提出了一个机制，它能部分解释这样一种联系，即腹腔病的发病，该疾病与人HLA-DQ8等位基因及小鼠的对应基因IAg7的表达密切相关。这项新的研究工作表明，与在所有其他MHC等位基因中存在的一种Asp57的缺失相关的结构性质，会改变HLA-DQ8 和 IAg7的特异性。这会导致食用谷蛋白肽中的谷酰胺残留物在转氨酶调控下发生去氨基反应，使它们更紧密地结合到与疾病相关的MHC等位基因上，产生一个放大的抗谷蛋白反应。HLA-DQ8 和 IAg7还与I-型糖尿病有密切联系，虽然尚不清楚其中是否涉及一个类似的机制。

11月24日《PNAS》

污染物改变条纹鲈鱼仔鱼的发育

旧金山河口的污染物质持续影响着条纹鲈鱼仔鱼的发育，这可能对此前发现的这种鱼甚至在适合生存的环境中也会出现种群数量严重下降的情况有贡献。David Ostrach及其同事强调了旧金山河口的诸如PCBs、DDT以及其他外源化学物质等人造污染物导致的条纹鲈鱼仔鱼发育的变化。旧金山在1935年以前一直支持条纹鲈鱼的商业捕鱼，之后该市的官员规定只有钓鱼运动才能捕捉这种鱼。在之后的40年中，这种鱼持续繁盛。但是从20世纪70年代开始一直到今天，这种鱼的种群数量因为工业、农业和城市污染的原因而大幅度下降。这组科学家发现了所有在河里捕捉到的鱼体内含有生物显著水平的污染物。他们的分析表明野生条纹鲈鱼仔鱼比对照组的仔鱼更瘦也更小。进一步的研究表明在河里捕捉到的仔鱼的大脑更小、肝脏发育反常，而且和对照组相比糖原耗尽，这意味着野生仔鱼用于寻找食物和躲避捕食者的能量更少。这组作者报告说，对仔鱼的不利影响很可能来自河口的雌鱼摄取并传给鱼卵的化合物。

论文 #08-02616: "Maternal transfer of xenobiotics and effects on larval striped bass in the San Francisco estuary," 作者 David J. Ostrach, Janine M. Low-Marchelli, Kai J. Eder, Shaleah J. Whiteman和 Joe G. Zinkl

媒体联系人： David Ostrach，加州大学戴维斯分校流域科学中心

Center for Watershed Sciences, University of California at Davis, CA

电话：530-752-9315

电子邮件：[e-mail]

 

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海洋迅速变酸

根据一项新的研究，大气二氧化碳的增加已经导致了海洋变酸的速度比此前气候模型的预测更快。Timothy Wootton及其同事报告说，酸性的增加正在改变生态系统的平衡。海洋吸收了人类活动排放到大气中的二氧化碳的大约1/3，当二氧化碳溶解到水中的时候，它形成了碳酸，碳酸改变了海洋脆弱的化学平衡。高酸性的水可能影响到许多生物过程，诸如溶解形成贝壳的碳酸钙，这对许多海洋生物造成了威胁。这组科学家汇编了来自华盛顿州沿海Tatoosh岛的探测器8年测量的酸性、盐度、温度和其他数据，并指出平均酸性的增长速度是气候模拟预测的10倍以上。这组作者说，新的模型预测了这些化学变化的长期后果，并且预测了钙化减少以及物种相互作用网的变化导致的栖息地主要物种的显著转变。

论文 #08-10079: "Dynamical patterns and ecological impacts of declining ocean pH in a high-resolution multi-year dataset," 作者 J. Timothy Wootton, Catherine A. Pfister 和 James D. Forester

媒体联系人： Timothy Wootton，芝加哥大学生态和进化系

Department of Ecology and Evolution University of Chicago, IL

电话：773-702-2773 (白天), 708-799-7847 (晚间)

电子邮件：[e-mail]

 

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重新审视城市增长

科学家开发出了一种分析城镇增长的新方法，它表明许多城市规划者所做出的一个基本假设是错误的。用于评估城市增长的标准方法涉及到定义“大都市统计区”（MSAs），这是一个计算城市增长率和初始大小类似的城市增长的标准差的耗时过程。MSA的计算是根据Gibrat定律，即一个城市的人口和增长率是独立的。Hernan Makse及其同事引入了一种他们称之为“城市群聚算法”（CCA）的方法，该方法无偏地处理整个国家或大陆。这组科学家利用CCA分析了英国、美国和非洲的城市增长，CCA把一个区域划分成精细的网格，并考虑到拓扑连接的网格方形区域的人口增长。这组科学家发现，城市增长率和人口增长的标准差是城市尺寸的递减函数，这与Gibrat定律相矛盾。这组作者报告说，他们观察到的减少与城市内的空间相关性有关。他们指出，例如，城市发展倾向于吸引更多的发展。

论文 #08-07435: "Laws of population growth," by Hernan D. Rozenfeld, Diego Rybski, Jose S. Andrade Jr., Michael Batty, H. Eugene Stanley和Hernan A. Makse

媒体联系人：Hernan Makse，纽约城市学院物理系

Department of Physics, City College of New York, New York, NY

电话： 212-650-6847

电子邮件：[e-mail]

 

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和移植排斥有关的蛋白

科学家发现了几个遗传变异，它们可能对移植手术之后不久肾脏功能不良风险的增加有贡献。这项发现有可能让捐献者和接受者更好地配型，从而避免所谓的“移植肾功能延迟恢复”症状。移植肾功能延迟恢复出现在移植后的头一周需要透析的时候，而且和排斥风险增加有关。Malek Kamoun及其同事研究了人体免疫系统用于标记和瞄准外来分子从而加以消灭的蛋白质的氨基酸突变。尽管几种蛋白质都执行这种功能，这组作者发现了HLA-A蛋白质对于增加移植排斥的风险最重要。这组科学家发现了HLA-A蛋白质的三个氨基酸位点特别关键。这些位置上的氨基酸全都对于识别称为免疫系统的抗原的外来分子至关重要。这些蛋白质的正常浓度在人体内自然变化——每一个人都有一套独特的蛋白质，让他们有不同的发现和规避可能导致疾病的外来物的能力。这种变化是导致移植失败以及移植接受者需要用强效药物抑制免疫系统的部分原因。

论文 #08-10308: "HLA-A amino acid polymorphism and delayed kidney allograft function," 作者Malek Kamoun, John H. Holmes, Ajay K. Israni, Jane D. Kearns, Valerie Teal, Wei Peter Yang, Sylvia E. Rosas, Marshall M. Joffe, Hongzhe Li和 Harold I. Feldman

媒体联系人： Malek Kamoun，宾夕法尼亚大学医学院，宾夕法尼亚大学医院

University of Pennsylvania School of Medicine, Hospital of the University of Pennsylvania, Philadelphia, PA;

电话：215-662-4022 (白天), 610-659-6584 (夜间)

电子邮件：[e-mail]

 

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阻断尼古丁成瘾的奖赏

阻断大鼠的下丘脑泌素（hypocretin）蛋白质的传递可以防止尼古丁激活对于传播和维持烟草成瘾至关重要的奖赏回路。

论文 #08-08023: "Insular hypocretin transmission regulates nicotine reward" 作者 Jonathan A. Hollander, Qun Lu, Michael D. Cameron, Theodore M. Kamenecka和 Paul J. Kenny

媒体联系人： Paul J. Kenny，Scripps研究所分子治疗学部

Department of Molecular Therapeutics, The Scripps Research Institute, Jupiter, FL

电话：561-799-8712 或561-228-2231 (白天), 561-779-9455 (晚间)

电子邮件：[e-mail]

 

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远距离蜥蜴通讯

科学家利用机器蜥蜴发现了Anolis 蜥蜴在它们的远距离通讯中加入了一种视觉“警报”从而改善在不利环境下的信号接收。

论文 #08-07657: "Alert signals enhance animal communication in 'noisy' environments," 作者 Terry J. Ord 和 Judy A. Stamps

媒体联系人：Terry Ord，哈佛大学比较动物学博物馆和有机体和进化生物学系

Museum of Comparative Zoology and Department of Organismic and Evolutionary Biology, Harvard University, Cambridge, MA

电话：617-384-8437

电子邮件：[e-mail]

11月28日《Science》

聚光于抗结核药物
据11月27日的《科学》杂志报道说，研究人员已经再创了代谢某些有效抗结核药物的细胞器，并展示了这些药物究竟是如何杀灭结核分支杆菌的。这种机制十分异乎寻常，表明人们可有一种新的方法来制备治疗结核的药物。而结核病是在全世界造成死亡和伤残的排名第三的疾病。Ramandeep Singh及其同。他们发现这些抗菌素中的某些药物能够通过产生化学作用来模仿免疫反应。研究人员发现，这些硝基咪唑类物质会产生反应性氮中间产物，这表明该类化合物是在低氧的情况下通过扮演细胞内的一氧化氮供体来杀灭结核菌细胞的。

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Article #18: "PA-824 Kills Nonreplicating Mycobacterium tuberculosis by Intracellular NO Release," by R. Singh; U. Manjunatha; H.I.M. Boshoff; Y.H. Ha; R. Ledwidge; C.S. Dowd; I.Y. Lee; P. Kim; L. Zhang; S. Kang; C.E. Barry (III) at National Institute of Allergy and Infectious Diseases, National Institute of Health in Bethesda, MD; U. Manjunatha; P. Niyomrattanakit; T.H. Keller; J. Jiricek at Novartis Institute for Tropical Diseases in Singapore, Singapore.

酸化对北方地区湖中的生命造成危害
  
 
据11月27日的《科学》杂志报道说，新的发现应该帮助研究人员预测冰架（即伸向海岸线之外的厚重、漂浮的冰原或冰川缘唇）断裂成为冰山的速度。这种被称作裂冰的情景常常是壮观的，它是全球暖化导致海平面上升链式反应事件中的一个重要的步骤。目前，模拟冰原在一个更为温暖的世界中是如何反应的电脑模型一般都忽视了裂冰的过程，因为研究人员还不了解它是由什么所控制的。在一篇Brevium中，Richard Alley及其同僚收集了来自一系列冰架的新的及发表的数据，并确定了一个冰架的崩裂速度主要是由冰架从大陆向外扩展的速度所决定的。他们还显示了较窄的冰架会比较宽的冰架崩裂的速度更慢。

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Article #13: "The Widespread Threat of Calcium Decline in Fresh Waters," by A.M. DeSellas; K. Mclver; K. Arseneau; B.K. Ginn; B.F. Cumming; J.P. Smol at Queen's University in Kingston, ON, Canada; N.D. Yan; M.E. Palmer at York University in Toronto, ON, Canada; N.D. Yan; A.M. Paterson; A.M. DeSellas at Ontario Ministry of the Environment, Dorset Environmental Science Centre in Dorset, ON, Canada; M.A. Turner at Fisheries and Oceans Canada in Winnipeg, MB, Canada; D.S. Jeffries at National Water Research Institute in Burlington, ON, Canada; W. Keller at Laurentian University in Sudbury, ON, Canada; R.C. Weeber; D.K. McNicol at Canadian Wildlife Service (Ontario), Environment Canada in Ottawa, ON, Canada.

诊断和复发时的白血病细胞互不相同
据11月27日的《科学》杂志报道说，造成某种急性形式白血病复发的癌症细胞通常与那些造成起初白血病的细胞不同。复发阶段的癌症细胞与在诊断时出现的起初的白血病细胞的比较披露了在复发期的可能的癌症治疗的新的标靶。目前，超过80%的罹患急性淋巴母细胞性白血病的儿童可被治愈，但是那些在治疗后经历了复发的患者的存活率则很差。为了探索癌症复发的遗传学基础，Charles Mullighan及其同僚对来自61名患有急性淋巴母细胞性白血病儿童的2种细胞的样本进行了整个基因组范围内的DNA拷贝数的分析 。他们的结果披露了在癌症的“诊断”和“复发”样本间的DNA拷贝数的差异、程度及拷贝数异常的本质。在复发时所获的异常看来主要影响与细胞周期调节及B细胞发育相关的基因。不同寻常的是，在几乎一半的病例中，复发的白血病并非起自于在疾病诊断时占主体的白血病细胞。文章的作者提出，有一种始源性白血病细胞，由其产生启动最初白血病的细胞以及另外一种不同的细胞（在诊断时仅以少数存在），而后者在以更为致命的复发细胞形式出现之前就已经获取了不同的遗传学的改变。

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Article #14: "Genomic Analysis of the Clonal Origins of Relapsed Acute Lymphoblastic Leukemia," by C.G. Mullighan; L.A. Phillips; X. Su; J. Ma; C.B. Miller; S.A. Shurtleff; J.R. Downing at St. Jude Children's Research Hospital in Memphis, TN.