本期《自然》《科学》精选

　　

8月27日Nature

封面故事：吸入真菌孢子并不总会引起过敏的原因
我们每天都会吸入数以千计的微小真菌孢子（分生孢子），它们来自很多不同的真菌菌种。然而，虽然这些孢子内含抗原和过敏原，但它们的吸入并不会连续激发我们的先天免疫细胞或引起炎症反应。一系列免疫学、生物医学和遗传学实验说明了原因是什么：这些孢子的免疫识别被覆盖分生孢子表面的小棒蛋白所构成的一个憎水层阻止了。如果将这个憎水层去掉，孢子就会激发免疫系统。具备这一防卫层的一个致病性孢子也许会一直处于休眠状态，躲开宿主防卫系统，直到条件合适时才萌发。从治疗角度来讲，小棒蛋白的这种鲁棒性也许可被利用来生成纳米颗粒，后者含有嵌入的分子，这些分子以身体内某一特定位置为目标，或经过了优化处理，可以持续向体内输送。本期封面所示为烟曲霉分生孢子的一幅扫描电子显微镜照片（由S. Guadagnini、 J. M. Panaud 和A. Beauvais提供），烟曲霉是这项研究中所使用的人类病原体之一。

棕色脂肪与肥胖症
棕色脂肪组织能通过燃烧卡路里产生热量来防止肥胖，而白色脂肪则起能量库的作用。Bruce Spiegelman及其同事去年在Nature杂志上报告说，棕色脂肪细胞与骨骼肌密切相关，蛋白PRDM16neng指示肌肉干细胞成为棕色脂肪细胞。现在，同一实验室又获得了这样的发现：PRDM16与C/EBP-β协同作用，这一转录单元的表达在“天真的”成纤维细胞中足以诱导功能全面的棕色脂肪。将这样的成纤维细胞移植到小鼠体内，会生成一个棕色脂肪层，其作用是充当葡萄糖的一个汇。这项工作有可能导致控制如肥胖症和2-型糖尿病等代谢疾病的新方法的问世。

LINE-1逆转录转座事件的作用
LINE-1 (long interspersed element-1) 逆转录转座子在试管中和在小鼠脑中已知能够穿过成年大鼠神经前体细胞（NPCs）的基因组。现在，研究表明，从人胎儿脑中分离出的以及从人胚胎干细胞演变来的NPCs，在试管中还支持人工培养的人LINE-1s发生逆转录转座。有趣的是，当与来自同一人的心脏或肝脏基因组DNA中的内生LINE-1s版本数量相比时，会发现成人脑中海马体和其他地方中的内生LINE-1s版本数量有所增加。这表明，LINE-1逆转录转座事件也许有助于脑中基因表达的不同体细胞镶嵌性和异质性。

球蛋白基因表达的发育调控方式
脊椎动物胚胎到胎儿的转变，以为血液中的伽马球蛋白编码的基因之间一个发育开关为特征，而球蛋白基因表达的发育调控方式在小鼠与人类之间则有所不同。一项涉及将人类贝塔球蛋白位点连同周围DNA的100个“千碱基对”插入小鼠基因组的实验表明，BCL11A基因是造成这种调控差别的原因。BCLA11A蛋白是人类伽马球蛋白表达的一个抑制因子，是以前通过整个基因组范围的关联研究被识别出来的。这一关于在演化过程中所发生的基因表达的一种改变的实例，也为了解在临床上具有重要意义的人类血红蛋白从胎儿到成年之转变的机制提供了新线索。

8月28日Science

解密蚕虫
  
 
据8月28日的《科学》杂志报道说，蚕虫驯养已经有1万多年历史了。蚕为人类提供了宝贵的丝绸和蛋白。但是，现在对蚕基因进行序列测试还为人们提供了一张有关这些随时会为我们提供如此多宝贵物质的昆虫的基因变异图。 Qingyou Xia及其同僚为29种家蚕和11种野蚕世系的基因组成功地进行了测序并找到了这些世系之间的差别。 他们发现，家蚕很明显地在基因上与其野生对应物不同，但即使在各家蚕世系之间，它们仍然维持着大量的变异性。这提示，家蚕只经历了一次牵涉有大量个体的单一且短暂的驯养过程，并在此后在家蚕与野蚕种群之间很少有基因流动。Xia及其同僚还能够识别出特别的能够增进丝的生产、蚕虫的繁殖和生长的基因（这些基因很可能是被人类挑选出的）。他们甚至还寻找到了在驯养过程中由蚕虫所获取的行为特征，例如极端的拥挤和容忍人的靠近和操作，以及它们在驯养过程中所丧失的如逃逸及躲避掠食者和疾病等的特征。

小鼠的变色之谜
  
 
据8月28日的《科学》杂志报道说，在内布拉斯加的Sand Hill，那里的鹿鼠（deer mice）已经通过生长出类似的浅色毛皮而适应了它们的多尘且色浅的周围环境 – 据科研人员披露，这种特征来自某一基因突变，而该突变在Sand Hills形成之前尚未在该鼠中出现。 这一发现清楚地证明了，一种生物对某一新环境的快速适应并不总是依赖于在它们群体中的现有的基因变异，而是可能牵涉到包括遗传学、发育学和进化学在内的所有机制。 Catherine Linnen及其同僚对美国中西部的这些Sand Hills上的鹿鼠进行了研究，并将它们与附近的生活在土壤颜色较深地带的长着较深色毛皮的鹿鼠种群进行了对比。 研究人员在浅色鹿鼠中发现了一种以前不知道的毛皮颜色的模式，并发现它与某个特别基因（即Agouti基因）的突变有关。人们已知该基因对决定毛皮颜色起着作用。 他们提示，这种Agouti的颜色变化的突变与该基因中的一个单一氨基酸的缺失有关联（或是由其直接造成的）- 这种突变对Sand Hills上的鹿鼠带来了裨益。

 

在蠕虫中，饥饿可回拨生殖钟
  
 
  
据8月28日的《科学》杂志报道说，在许多种动物中，人们知道饥饿或严格限制热卡的摄入的作用相当于按下了一个衰老过程的“暂停键”；但是在线虫类蠕虫中，饥饿还很像一个对生殖系统的“重设”指令，可使其新的卵细胞的产生被延后到其生命的非常晚的时期。 科研人员说，观察对其它动物（包括人类）进行食物热卡限制是否也会产生类似的效应是有必要的，但这种联想在目前仍然只是一种猜测。 科学家们已经知道，C. elegans蠕虫在受到饥饿和压力时可在其幼虫期的数个发育点出现发育中止的反应。 Giana Angelo及其同僚现在描述了另外一个发育中止的阶段，该发育中止发生在性成熟的成虫在受到饥饿刺激的时候。 在这个阶段（被称作成虫生殖滞育），受到饥饿对待的蠕虫的排卵及卵子的成熟会中止，且其生殖细胞系（即产生新的卵子的那些细胞）中的大多数细胞会被扼杀。 但是，这些蠕虫仍然会保存一些干细胞，这些干细胞会在蠕虫开始再次进食的时候产生整个的新的功能性生殖细胞系。 这些发现的确切的基本机制仍然不清楚，但它牵涉到细胞核内的一种叫做 NHR-49的信号传导受体，这是蠕虫中的相当于某些哺乳动物饥饿反应以及调节排卵的信号传导受体的对应物。

 

一种极具破坏性的“氧化物”

一氧化二氮对某些人来说就是所谓的“笑气”。但据8月28日的《科学》杂志报道说，这种物质对地球臭氧层的作用绝非闹着玩的事。 A. R. Ravishankara及其同僚应用一种十分出名的数学模型确认，一氧化二氮事实上比任何其它类型的消耗臭氧的物质都更能破坏同温层中的臭氧。 他们说，目前汽油所排放的物质的量是如此之大，它将在整个21世纪中始终成为最大量的消耗臭氧的物质 – 除非我们能够采取步骤很快地控制这些物质的排放。 与其它较为常见的臭氧消耗物质（例如氯氟烃，又称CFCs）不同，一氧化二碳既有来自自然界的又有来自人造来源的。 其使用与排放不受Montreal Protocol（或译：蒙特利尔议定书）的管制。该议定书是一个国际性的条约，它成功地帮助阻止了消耗臭氧物质的排放，并阻止了南极上空臭氧大洞的增长速度。 根据他们的发现，Ravishankara及其同僚提示，在未来如果能够限制一氧化二氮的排放将可有效地加速地球臭氧层的恢复，并且还能够减缓人类诱发的对气候系统的作用 – 这对臭氧和气候来说都是一种“双赢”的情况。

 

狗的皮毛泄露了遗传秘密
  
据8月28日的《科学》杂志报道说，长着柔滑卷毛的獚猎犬与长着蓬松毛皮的牧羊犬之间的差别仅仅是由三个基因的差别造成的。 家犬的皮毛可以有极大的差别，它们可以是长毛、短毛、直毛、波浪状毛、卷毛、金属丝样毛、平滑的毛等等。 为了研究这些差别是如何形成的，Edouard Cadieu 及其同僚开展了一个整个基因组范围内的相关性研究；这包括了对许多个别的基因组进行扫描以寻找与某一特别性征相关的遗传变异。他们研究了80个不同的狗的品种。 他们发现，狗的皮毛的外观可被分解成为三种简单的特性：长度、卷曲情况及生长模式或质地。 这些特征中的每一个都是由一个主要的基因控制的。 这三种基因的不同组合可解释美国极大多数纯种狗皮毛的“表现型”；因而阐释了少数的遗传特性是如何通过再次混合来创制出不同寻常的变异的。