盤點9月Nature前十位亮點論文

　　腸道微生物群豐富程度對健康的影響

　　肥胖是心血管病、糖尿病、骨質疏松癥和包括一些癌癥在內的其他疾病的一個風險因素。必須有其他影響因素存在，才能確定肥胖者會患哪種代謝疾病。本期Nature上兩篇論文分析這些因素中的一個所起作用，這個因素就是腸道微生物群的豐富程度。Le Chatelier等人分析了非肥胖者和肥胖者的腸道微生物基因組成，發現在基因和種類豐富程度上存在顯著差別。豐富程度較低人士的肥胖程度、胰島素抗性、血脂異常和炎癥程度都有所提高。微生物豐富程度較低的肥胖者比微生物豐富程度較高者更容易增加體重。作者還發現，僅僅對少數幾種細菌標記進行分析，就足以區分細菌豐富程度的高低。Cotillard等人對肥胖或超重人士由飲食誘導的體重降低和采用使體重保持穩定的干預措施過程中的腸道微生物特征進行了監測。他們報告說，高纖維食物(如水果和蔬菜)的消耗增加導致細菌豐富程度增加，并且改善一些與肥胖相關的臨床癥狀。該發現支持將飲食與腸道微生物群的組成聯系起來的以前的研究工作，并且說明通過適當的飲食也許能實現永久性的改變。

　　“蛭形輪蟲” 無性生殖假說被證實

　　“蛭形輪蟲”被認為已經以無性方式存在和分化了數百萬年，這很奇怪，因為有性生殖的喪失對后生動物來說被普遍認為是走進了一條演化上的死胡同。此前人們仍懷疑它們也許偶爾會進行有性生殖。但在這項研究中，Olivier Jaillon及同事對一種名叫“Adineta vaga”的“蛭形輪蟲”的基因組進行了測序，發現其結構與傳統減數分裂(與有性生殖相關的細胞分裂類型)不匹配。其基因組已經歷了豐富的基因轉換，這可能限制了在沒有減數分裂時有害突變的積累。多達8%的基因可能來自非后生動物，可能是通過橫向基因轉移獲得的。這些發現為無性演化提供了肯定證據，支持關于“蛭形輪蟲”從古以來進行無性生殖的假說。

　　人類基因組動態甲基化圖

　　該圖所示為人類基因組的動態甲基化情況：圖上x軸(左邊)相應于在24種人類細胞和組織類型中所觀察到的最大甲基化變化，y軸是平均總甲基化，z軸是CpG 二核苷酸的密度。胞嘧啶的甲基化(通常發生在CpG上)是基因表達的表觀調控的一個常見特征。大多數細胞類型都有相對穩定的CpG二核苷酸甲基化模式，而我們對哪些CpG參與基因組調控的認識是有限的。在這項研究中，Meissner及其同事分析了各種不同人類細胞和組織類型的全基因組“亞硫酸氫鹽”序列數據集，發現只有大約22%的CpG在這些類型中改變它們的甲基化狀態。這些CpG大多數都位于假想的基因調控元素上，尤其是增強子和“轉錄因子結合點” 上。除了進一步澄清DNA甲基化的分布外，這些具有動態DNA甲基化模式的所選區域還可幫助將效率更高的基因組方法引導到專注于能提供信息的區域，同時也可幫助確定調控元素。

　　心臟和肺的共同發育

　　心血管和呼吸系統需要精確的共同發育來為血液的加氧形成氣體交換界面，但心臟和肺是怎樣一起發育得呢?現在，通過利用一系列小鼠模型來進行細胞命運分析和功能喪失分析，Edward Morrisey及其同事在心臟的后極內識別出一組多能心肺祖細胞，它們協調心臟和肺的共同發育。作者提出，心臟和肺已形成了一個復雜的、精確的共同發育過程，來確保陸地動物在出生后能夠存活。

　　沿一個DNA鏈向相反方向運動的兩個復制叉之間的碰撞，預計會經常發生在具有多個復制起源的真核細胞中。Christian Rudolph等人利用一個細菌系統來觀察這種碰撞對細胞的影響。他們發現，碰撞點可被用來獨立于一個活性來源重新啟動復制，這可能具有潛在的致病效應。 RecG轉位酶和幾種核酸外切酶能防止這種事件的發生，從而維持基因組的穩定性。

　　防止復制叉的碰撞

　　沿一個DNA鏈向相反方向運動的兩個復制叉之間的碰撞，預計會經常發生在具有多個復制起源的真核細胞中。Christian Rudolph等人利用一個細菌系統來觀察這種碰撞對細胞的影響。他們發現，碰撞點可被用來獨立于一個活性來源重新啟動復制，這可能具有潛在的致病效應。 RecG轉位酶和幾種核酸外切酶能防止這種事件的發生，從而維持基因組的穩定性。

　　葉酸受體的結構

　　葉酸是包括DNA合成、DNA修復和細胞分裂在內的很多生物過程所需的一種必要維他命。“正常”細胞表達數量相對較少的三個葉酸受體維、、和和，但它們在癌細胞中普遍過度表達;為此，它們是新的化療方法和癌癥造影劑的潛在目標。在這篇文章中，作者解決了人葉酸受體在(它介導葉酸向細胞中的吸收)與葉酸結合在一起的形式的XX射線晶體結構。作者測定了它的“配體結合袋”，并且提供了對于以該受體為目標的新型小分子的開發來說應當會有用的數據。

　　癌癥突變具有不同特征

　　盡管所有癌癥都被認為是由體細胞突變(身體中除生殖細胞以外的任何細胞的突變)造成的，但我們對所涉及的突變過程相對來說卻知之甚少。這項研究分析了來自超過7000癌癥的近500萬突變，發現了超過20個與癌癥相關的不同突變特征。這些特征中有些存在于很多癌癥中，其中一個特征屬于APOBEC家族的胞苷脫氨酶，而其他特征則是個別腫瘤類型特有的。有些特征與年齡、已知誘變因素或DNA維護中的缺陷有關，但很多的來源卻很神秘。這些發現對于了解癌癥病因、預防和治療有潛在意義。

　　東南極洲冰層也受氣候變化影響

　　本期封面所示為東南極洲“阿德利蘭”一個被氣候變化刻蝕出的冰山上的一群“阿德利”企鵝。眾所周知西南極洲和格陵蘭的冰川近年來因氣候變暖一直在向海洋中釋放冰，海平面也因此而上升了。相比之下，我們很少聽到有關面積要大得多的東南極洲冰層的情況，后者一直被認為對氣候變化不太脆弱，原因是它處在一個極端寒冷的氣候中。Chris Stokes及其同事利用衛星影像對東南極洲太平洋沿岸的大量冰川進行了測繪分析，發現事實上它們也在對十年尺度的氣候變化做出反應。與氣候變化相一致的是，這些冰川在上個世紀70年代和上個世紀80年代后退，在上個世紀90年代前進，從本世紀開始大致是既有前進又有后退。作者的結論是，這一世界最大冰層的部分地方對外部力量的反應可能要比以前所認識到的更大。

　　研究證實植物能用電傳遞受傷信號

　　動物通過神經系統對受傷快速做出反應。Nature雜志1992年發表的一篇論文提出了當時有爭議的觀點：植物也利用遠距離電信號對受傷做出反應。此后人們已經清楚有些植物用電信號來控制它們的運動，盡管這一現象背后的基因并不知道。現在有了可靠實驗和遺傳證據來支持早先關于傷口信號作用的發現，同時說明與介導脊椎動物突觸傳遞的谷氨酸鹽受體相關的蛋白也參與其中。Edward Farmer及同事發現，弄傷擬南芥的一片葉子，會導致刺激“茉莉酮酸酯”(使擬南芥對食草動物和病原體產生抵抗力的植物激素)的電活動在與傷口有一定距離的未受損處傳播。這一過程是由被GLR基因編碼的陽離子通道介導的。

　　白天和夜晚變暖對植被生產力的不同影響

　　模型和觀測研究都表明，氣候變暖可能會增強北半球陸地生態系統的植被生長，增加碳存儲。然而，在過去50年，全球陸地表面溫度在夜晚一直比在白天上升快，而我們對于這種不對稱性對植物生產力的潛在影響卻知之甚少。這項研究中所提供的來自多方面的證據(包括關于植被綠色程度的28年時間的衛星數據以及對大氣 CO2濃度的廣泛測定結果)表明，白天和夜晚變暖對北半球的植被生產力有不同影響。白天變暖與北方濕冷地區生產力增加有關，但與干燥溫帶地區生產力降低有關。相比之下，夜晚變暖降低北方的植被生長，但在干燥溫帶地區對植被的影響卻是有增有降。