2013年05月16日《自然》杂志精选

　　封面故事：透明的大脑

　　Structural and molecular interrogation of intact biological systems

　　本期封面所示为完好的小鼠海马体的一个三维图片，它被做成透明的，显示表达eYFP(绿色)、小清蛋白(红色)和胶质细胞原纤维酸性蛋白(蓝色)的神经元。生物组织的高分辨率成像传统上需要切片，这对像大脑那样的组织来说意味着要失去长距离连接。现在，Karl Deisseroth及其同事开发出培养在光学上是透明的、大分子可渗透的完整、完好器官的一种方法，其做法是：从组织内部构建一个基于水凝胶的“基础设施”，它可以让研究人员随后将散射光的类脂除掉，从而得到一个透明的大脑。被称为CLARITY的这种方法还允许用抗体对蛋白进行重复标记以及在非切片的组织(如在福尔马林中保存很多年的完整小鼠大脑或人的临床样本)中对核酸进行原位杂交。封面图片：Kwanghun Chung & Karl Deisseroth, HHMI/斯坦福大学。(doi: 10.1038/nature12107)相关中文报道

　　消除基因数据的不一致性

　　Inferring ancient divergences requires genes with strong phylogenetic signals

　　相近的、但却发生在很久以前的演化事件，对那些寻求重建演化史的人们构成特别的挑战。通常的方法依靠的是“蛮干”——只是简单地将尽可能多的遗传信息串接起来，看结果会是什么。但用来进行这种串接的数据质量如何呢?Leonidas Salichos 和Antonis Rokas对来自23个酵母基因组的1070个基因数据集提出了这个问题，并且发现，这1070个基因树中没有一个是与从串接分析得到100%支持的系统相同的。不一致程度对于处在系统较深处的较短“节间”(internodes)来说会更大。研究人员通过优先“信任”那些获得高的“平均进化枝支持” (average clade support)的基因或“节间”解开了这个“结”。他们认为，消除数据中的不一致性应当是任何寻求破解久远演化事件的人需要迈出的第一步。(doi: 10.1038/nature12130)

　　人SMO受体的X-射线晶体结构

　　Structure of the human smoothened receptor bound to an antitumour agent

　　Smoothened (SMO) 受体是hedgehog信号作用通道中的一个关键信号传感器，负责维持正常胚胎发育，也与癌症发生有关。SMO受体过去被归类为一个“class frizzled (class F) G-蛋白耦合受体 (GPCR)”。在这篇论文中，作者报告了结合到小分子拮抗剂LY2940680(一种正在进行临床试验的口服活性抗癌药物)上的人SMO受体的X-射线晶体结构。这是目前所发表的第一个非class-A GPCR的结构，它没有class A GPCR的最保守的主题，同时该结构也显示了被四个二硫化物键所稳定的长细胞外环的一个异常复杂的排列。(doi: 10.1038/nature12167)

　　“组织缺氧”对微RNA的影响

　　EGFR modulates microRNA maturation in response to hypoxia through phosphorylation of AGO2

　　由微RNA介导的对基因表达的调控，出现在对“组织缺氧”(固体肿瘤中心所发生的一种状况)等压力条件的反应过程中。Mien-Chie Hung及其同事发现，致癌基因产物EGFR(表皮生长因子受体)磷酸化argonaute 2 (AGO2)，后者是微RNA的生物生成中的一个关键因子，而且这一过程会被“组织缺氧”增强。AGO2的这一修饰损害微RNA的处理，但促进细胞存活和入侵性。具有较高phospho-AGO2含量的乳腺癌患者预后较差。(doi: 10.1038/nature12080)

　　基于发育的“基因型-表现型”关系图

　　Adaptive dynamics under development-based genotype–phenotype maps

　　基因型是怎样转换成表现型的?当它们发生转换时，自然选择是按什么形式的“基因型-表现型”混合体进行的?它是会“看到”很多小点(little points)、其中每个点都处在自己的适应性环境中，还是会“看到”代表所有这些点的总合的一个更为粗糙的画面?答案当然是后者，但这里的“过滤器”是发育，它会约束和决定各种选项。基于来自牙齿发育的真实数据的一项新的模拟研究，对基因、发育和表现型之间在形态演化过程中经常是复杂的相互作用进行了探讨。(doi: 10.1038/nature12142)

　　可传播流感病毒与受体的结合

　　Receptor binding by a ferret-transmissible H5 avian influenza virus

　　研究人员最近发现，一种禽类H5血凝素(HA)在被融入一个人流感病毒骨干中时能促进雪貂的气溶胶传播。这一发现提供了一个可对这种类型病毒的传播性质进行仔细研究的模型。这项新的研究进一步发现，这一可传播突变病毒对人类受体的亲和力稍有增加，但对禽类受体的亲和力却明显降低，导致它与人类受体相结合的倾向要比与禽类受体相结合的倾向大200倍。作者还提供了这一突变HA在与人类和禽类受体类似物所形成的复合物中的一个晶体结构，该结构在某种程度上揭示了在这项研究中所观察到的被改变的结合性质的分子基础。(doi: 10.1038/nature12144)

　　生物膜形成的“富者更富”机制

　　Psl trails guide exploration and microcolony formation in Pseudomonas aeruginosa biofilms

　　人们对细菌怎样自组织成微型菌落(形成生物膜的第一步)很不了解。在这项研究中，Gerard Wong及其同事采用一个大规模并行细胞跟踪算法来获取每个细胞在一个新表面的定殖过程中的运动历史。这个系统显示，“铜绿假单胞菌” 产生由“表多糖”构成的一个径迹，这会影响随后遇到它的任何其他细胞的运动性，产生一个引导这些细胞形成微型菌落的正反馈。该研究中所观察到的这个正反馈类似于在财富分配中所观察到的“富者更富” 的幂定律。(doi: 10.1038/nature12155)

　　鱼类种群数量对气候变暖的反应

　　Signature of ocean warming in global fisheries catch

　　随着气候变暖，我们会看到适应暖水的海洋物种数量增加，而相应地，那些适应较冷海水的物种数量则会下降。现在，这种特征模式已在对1970年和2006年间 52个大型海洋生态系统中的“渔获组成”所做的一项研究中被检测到。这些海洋生态系统是包括大部分世界主要渔场在内的一个样本。作者建立了一个指数，即 MTC(渔获的平均温度)，是从被捕捞物种的“平均推断出的温度偏好”(average inferred temperature preference)按它们的年度捕捞量(渔获量)加权计算出的。在这些年间，全球温度偏好以大约每十年0.2 ºC的速度增加，所产生的效应在非热带海域甚至更为明显。这些发现综合在一起，凸显了我们需要制定怎样适应气候变暖的计划，以减小气候变化对沿海地区的经济和粮食安全的影响。(doi: 10.1038/nature12156)

　　天王星和海王星上的气候影响浅

　　Atmospheric confinement of jet streams on Uranus and Neptune

　　大气环流和气候在巨型行星上延伸的深度几十年来一直是一个有争议的问题。根据“旅行者-2”和“哈勃太空望远镜”对天王星和海王星上的风速所做的测量，结合引力场数据和大气模拟，Yohai Kaspi等人计算出，两个行星上的风都局限于不超过1000公里厚的一个薄“天气层”。这一发现意味着，控制这些风的动力来自浅层过程，而不是深层大气环流。这里所用的方法还应适用于从低飞的“朱诺”和“卡西尼”轨道探测器预测的有关木星和土星的详细引力场数据。(doi: 10.1038/nature12131)

　　更为绿色环保的炼钢方法

　　A new anode material for oxygen evolution in molten oxide electrolysis

　　金属生产是温室气体的最大工业来源，其中钢是罪魁祸首。从铁矿石提取铁的传统方法需要一种基于碳的还原剂，并且产生大量CO2。熔融氧化物电解是一个有希望的替代方法，但此前它却需要要么是消耗性的、要么是极其昂贵的阳极材料。这篇论文报告了一种新的、基于铬的铝合金电极的开发，它相对便宜，而且因其三层结构(金属氧化物/混合氧化物/电解质)而不会发生分解。这一技术现在必须升级放大，其长期表现也需要评估。(doi: 10.1038/nature12134)