Science雜志最受關注的文章（1月）

　　現如今，科學家已經證明，遺傳物質就像音樂樂譜一樣，指揮著銅樂，弦樂，打擊樂器等創作出交響樂來，當單個細胞中的基因開啟時，我們可以通過技術組合揭示細胞是如何發揮其特殊的作用，從而以驚人的力量，逐個細胞，實時追蹤生物和器官的發育。

　　美國的《Science》雜志由愛迪生投資創辦，是國際上著名的自然科學綜合類學術期刊，與英國的《Nature》雜志被譽為世界上兩大自然科學頂級雜志。Science雜志主要發表原始性科學成果、新聞和評論，許多世界上重要的科學報道都是首先出現在Science雜志上的，比如艾滋病與人類免疫缺陷病毒之間的關系，標志性基因組研究成果等。Science雜志近期下載量最多的文章包括：

　　Breakthrough of the Year 2018

　　Science雜志公布了2018年度十大科學突破。今年的Science十大科學突破之首是單細胞水平細胞譜系追蹤技術，除此之外，今年的十大科學突破中生物類的包括：細胞如何管理其內含物，進入原始世界的分子窗口，基因沉默藥物獲批，法醫系譜學走向成熟，以及古老的人類“混血兒”。此外今年Science還公布了2018年“科學崩壞”事件，其中包括首例基因組編輯嬰兒的誕生。

　　從古希臘“醫學之父”希波克拉底的時代起，科學家們就對單個細胞可以發育成擁有多種器官和億萬細胞的成體而感到震驚，這位古希臘醫生認為母親呼吸的濕氣有助于嬰兒的發育，但現在我們知道是DNA最終協調細胞繁殖和分化的過程。

　　現如今，科學家已經證明，遺傳物質就像音樂樂譜一樣，指揮著銅樂，弦樂，打擊樂器等創作出交響樂來，當單個細胞中的基因開啟時，我們可以通過技術組合揭示細胞是如何發揮其特殊的作用，從而以驚人的力量，逐個細胞，實時追蹤生物和器官的發育。

　　正是這個原因，我們越來越來認識到技術結合的力量，以及它在促進基礎研究和醫學進步方面的潛力，因此Science挑選了單細胞水平細胞譜系追蹤技術成為2018年的年度突破。

　　具體來說，Science介紹了三種能幫助科學家在個體細胞水平確定哪些基因會在胚胎早期發育時被開啟或關閉的新方法。Science新聞編輯Tim Appenzeller說：“這些技術創造了史上最不同凡響的電影，它們顯示了單一細胞是如何生長成為成年動物的復雜組織與器官的。”

　　Science雜志撰稿人Elizabeth Pennisi說：“僅在2018年，單細胞研究詳細描述了扁蟲、魚、蛙及其它生物是如何開始形成器官的。全世界各地的研究團隊正在應用這些技術來研究人類細胞是如何在其一生中成熟的，組織是如何再生的及細胞是如何在疾病（包括癌癥）中發生改變的。”

　　Synthetic glycolate metabolism pathways stimulate crop growth and productivity in the field

　　植物通過光合作用將陽光轉化為能量，然而，地球上大多數作物都受到光合故障的困擾。為了解決這一問題，植物進化出了一種被稱為光呼吸的昂貴的能量代謝過程，但它極大地抑制了作物的產量潛力。

　　“我們每年可以用光呼吸損失的卡路里養活2億人口，”伊利諾伊大學基因組生物學研究所的高級研究員Donald Ort教授說。“世界范圍都開始回收這些卡路里，就能滿足21世紀快速增長的食物需求（受人口增長和更富裕的高熱量飲食驅動）將有很大幫助。”

　　這一里程碑式進展由比爾和梅琳達蓋茨基金會、食品和農業研究基金會（FFAR）和英國政府國際發展部（DFID）資助，通過實現提高一部分光合作用效率，可持續地提高世界糧食生產力，造福人類。

　　Science： “人類餐盤子問題”的里程碑

　　Metagenomic sequencing at the epicenter of the Nigeria 2018 Lassa fever outbreak

　　拉沙熱（Lassa fever）是一種急性的病毒性出血熱疾病，在西非國家流行。2018年，尼日利亞的沙拉熱疫情已達該國史上最嚴重水平。截至11月25日，尼日利亞共報告3142例拉沙熱疑似病例，其中568例確診，161例死亡。

　　為此，來自德國、尼日利亞和英國等地的研究人員利用MinION納米孔測序儀對拉沙病毒（LASV）進行測序，以分析此次尼日利亞的拉沙熱疫情。他們在最新一期的《Science》雜志上發表了研究結果。

　　通訊作者、德國本哈德諾赫特熱帶醫學研究所的Stephan Gunther表示：“我們發現，利用MinION對遺傳多樣性的RNA病毒進行宏基因組測序，而不需要將樣本運往其他國家，也不需要開展病原體特異性的富集，是一種可行的方法，能夠在現場實時鑒定可能爆發的疫情。”

　　研究人員通過隨機逆轉錄和非序列依賴性單引物擴增法（SISPA）來制備樣本，并利用Oxford Nanopore的MinION測序儀在尼日利亞開展宏基因組RNA測序。他們鑒定了2018年疫情中的36個LASV基因組。

　　在此次試驗分析后，研究人員又收集了120個尼日利亞的LASV樣本，并利用Illumina測序儀對部分樣本進行重測序，以驗證先前的宏基因組方法。

　　Science：納米孔測序揭示拉沙熱疫情源頭

　　Recognition of amyloid precursor protein by human γ-secretase

　　施一公教授領導的研究團隊報道了分辨率為2.6埃的γ-分泌酶結合淀粉樣前體蛋白（APP）的冷凍電鏡結構。

　　施一公課題組通過嚴謹的設計和篩選，通過半胱氨酸交聯的辦法，首先成功獲得了γ-分泌酶與底物Notch的穩定復合物。通過收集冷凍電鏡的數據，他們解析了γ-分泌酶與底物Notch的復合物結構，分辨率高達2.7？，是第一個γ-分泌酶與底物復合物的高分辨率結構，也是第一個膜內蛋白水解酶與底物的復合物結構。之后他們基于不同底物蛋白質序列及結構比對，利用相似的策略，順利獲得了γ-分泌酶與另一個重要底物底物APP的穩定復合物，并獲得了其冷凍電鏡結構。

　　γ-分泌酶與底物復合物的結構中，催化亞基PS1發生了較大的構象變化。尤為值得一提的是，在跨膜區靠近細胞內的一側，PS1通過構象變化，與底物的胞內段形成穩定的β-sheet結構，為穩定底物提供了保證。在此狀態下，底物的跨膜螺旋發生解旋，暴露出被酶切的位點。這一結構觀察第一次直觀證明了長久以來膜內蛋白水解酶酶切底物時，底物蛋白需要發生解旋的猜想。隨后科研人員通過生物化學的手段，驗證了觀察到的構象變化在酶切底物中的作用。根據得到的結構，研究組提出了γ-分泌酶結合底物并依次進行多步酶切的機理：底物的跨膜螺旋隨著切割的進行逐步解旋，并與γ-分泌酶形成新的中間態復合物再次進行切割。此外，文章還討論了底物進入γ-分泌酶活性中心的路徑。在后續解析的γ-分泌酶與底物APP穿膜區的復合物結構中，研究者同樣發現了前文中描述的特征結構：β-sheet和底物在酶切處的解旋。對于潛在的藥物研發來說，研發可以特異地抑制APP的切割而不影響Notch切割的藥物，對于治療阿爾茲海默癥且不導致癌癥等副作用具有重大價值。對于某些類的癌癥的藥物研發亦是如此。研究組通過系統性地在結構當中比較Notch與APP穿膜區片段的表面特征揭示了研發這種特異性抑制劑的潛在的結合位點。有很多與阿爾茲海默癥相關的突變集中在γ-分泌酶的活性亞基PS1和底物APP上，其中有一些位點是同一位點突變為多個氨基酸的，該研究中通過對結構的詳細分析，發現這些對應的反復突變大多集中于γ-分泌酶與APP相互作用界面上，文章還據此分類討論了這些突變可能影響底物結合的機理。

　　Agriculturally dominated landscapes reduce bee phylogenetic diversity and pollination services

　　康奈爾大學領導的，發表在Science雜志的一項新研究表明，與自然棲息地環繞的果園相比，被農業用地包圍的蘋果園的蜜蜂種類的多樣性較差。相應的，為果園授粉的蜜蜂種類越少，親緣關系越密切，蘋果的產量就會受到影響。相反，在被自然棲息地包圍的果園里，有更多種類的蜜蜂給蘋果花授粉，產量增高。

　　研究人員檢查了27個紐約州蘋果園10年的數據。這項研究描述了圍繞這些果園的景觀類型，測量了蘋果產量，并調查了進入每個果園的蜜蜂種類。

　　研究人員還重建了紐約本地蜜蜂物種的進化歷史和相互關系，以更好地了解在這些果園蜜蜂群落中出現的物種模式。這種重建是由一個相關物種的分支樹樣圖呈現的，稱為系統發育。

　　“果園中的蜜蜂群落彼此關系較為密切的，在果實產量方面表現較差，而系統發育范圍更廣的群落表現更好，”該論文的第一作者，Katja Poveda實驗室的博士后、昆蟲學副教授、該研究的合作者Heather Grab博士說。Brian Danforth昆蟲學教授是該文章的通訊作者。

　　蜜蜂在授粉方式和授粉時間上表現出不同的行為。有些品種從側面接近，另一些從頂部接近，它們每一種都可能在一天中不同的時間以不同的頻率進食，所有這些都會影響蘋果花授粉的完整性。

　　蘋果花的器官必須接受一定數量的花粉粒才能發育出完整的種子。當種子發育良好時，支撐這些種子的組織，即果實的肉質部分，也會得到更充分的發育。

　　“如果只有一半的種子完全成熟，那么果實就是畸形的，”這反過來影響重量和適銷性，Grab說。

　　通過這種方式，農場周圍的棲息地會影響蜜蜂群落的多樣性，從而影響果園的生產力。