Nature一周论文导读｜2022年3月24日

生物学

Biology

Birds can transition between stable and unstable states via wing morphing

鸟类通过翅膀变形在稳定与不稳定状态之间转换

（导读 阿金）鸟类能够改变自己翅膀的形状，从而完成一些非凡的动作，而这些动作由飞行特定的运动控制。本研究使用分析方法确定22个鸟类物种的翅膀变形能力，发现翅膀变形让鸟类改变自己的滚转和偏航惯量，但对重心位置的影响非常小。此外，大量证据表明演化同时选择了稳定和不稳定飞行。该结果为建立鸟类飞行机动性理论模型提供关键特征。[论文详细信息]

Reproducible brain-wide association studies require thousands of individuals

可复现的全脑关联研究需要数千个体

（导读 一晴）磁共振成像(MRI)的应用促进了我们对人类大脑的理解，但探究大脑结构或功能的个体间差异与复杂认知或心理健康表型之间的联系(全脑关联研究BWAS)仍是重要课题。本研究使用了目前可用的三个最大神经成像数据集——总样本量约为50,000名个体——来量化BWAS效应大小和作为样本量函数的可复现性。随着样本大小增加到数千，复现率开始提高，效应幅度膨胀下降。该结果证实BWAS的可复现性需要数千个个体样本。[相关报道：由于研究样本太少，很多大脑研究无法重复]

Frontal neurons driving competitive behaviour and ecology of social groups

驱动社会群体竞争行为和生态的额叶神经元

（导读 阿金）竞争性互动在大部分动物物种生态学中发挥关键作用，强烈影响群体行为。本研究发展出一套自然主义群体范式，在小鼠竞争性觅食过程中，研究人员使用无线技术跟踪了神经元活动的上千个独特相互作用，发现前扣带回中的神经元适应性表征动物之间相对的社会阶级。这些细胞消除了小鼠相对等级与竞争性行为之间的歧义，并且纳入了包括可用资源、环境和过去成功经验等信息来影响小鼠决策。所有结果表明扣带回神经细胞适应性驱动竞争性互动。[论文详细信息]

Cortical ensembles orchestrate social competition through hypothalamic outputs

皮层神经集群通过下丘脑输出协调社会性竞争

（导读 领研网）大部分社会性动物会自发组织形成社会等级，降低攻击行为和保存能量，但尚不清楚个体如何知道自己的社会等级。本研究通过社会性竞争任务试验，让小鼠为获得奖励而竞争，并通过计算机视觉工具跟踪未标记的动物。结果发现可以通过内侧前额叶皮质（mPFC）集群的活动，可解码社会性竞争行为。而mPFC中神经元群的动态变化可预测社会等级和竞争性成功的结果。该结果揭示了一条皮质-下丘脑回路，mPFC通过该回路对社会支配进行自上而下的调控。[相关报道：对社会等级的认知，是刻在大脑里的]

Immune regulation by fungal strain diversity in inflammatory bowel disease

炎症性肠病中真菌菌株多样性的免疫调节

（导读 一晴）哺乳动物胃肠道中特定真菌是否对个体疾病发展具有功能性影响尚不清楚。本研究开发了一个在真菌菌株和患者特异性水平上进行真菌群落功能分析的翻译平台，能够检测人类肠道中的宿主-真菌互作。例如，在炎症性肠病患者的结肠黏膜中，分离具有丰富遗传多样性的白色念珠菌HD菌株能通过il -1β依赖机制损伤免疫细胞，反映了溃疡性结肠炎患者和肠道炎症加重患者的疾病特征。这些发现揭示了人类肠道中宿主-真菌相互作用的菌株特异性，并突出了炎症性疾病的新的诊断和治疗目标。[论文详细信息]

Tryptophan depletion results in tryptophan-to-phenylalanine substitutants

色氨酸消耗导致色氨酸-苯丙氨酸取代物

（导读 一晴）肿瘤附近活化的T细胞会分泌干扰素-γ，通过上调吲哚胺2,3-双加氧酶1 (IDO1)酶引发细胞内色氨酸短缺。本研究发现，在这种情况下，色氨酸-苯丙氨酸密码子会重分配，产生苯丙氨酸替代物，并确定了色氨酸- tRNA合成酶(WARS1)是其来源。这种替代物在多种癌症类型中都非常丰富，并与IDO1表达增加、致癌信号和肿瘤免疫微环境相关，由另一种解码机制产生，对基因功能和肿瘤免疫反应性有潜在的影响。[论文详细信息]

A genome-scale screen for synthetic drivers of T cell proliferation

全基因组筛选鉴定T细胞增殖调控因子

（导读 领研网）利用患者体内T细胞进行细胞治疗已开始彻底改变几种癌症的治疗方法，但这些细胞治疗的方法还需进一步提高反应效率和治愈率。本研究通过过度表达约1.2万条编码的人类开放阅读框架，识别出T细胞功能的正向调控因子。排名靠前的基因增加了原始人的CD4+和CD8+细胞的寿命和活性，以及所分泌的关键细胞因子研究人员还研发出一套单细胞基因组方法OverCITE-seq，有助于通过高通量方法，量化经ORF工程化T细胞转录组和表面抗原。该结果为若干改进下一代T细胞疗法的策略提供新思路。[论文详细信息]

Regulation of liver subcellular architecture controls metabolic homeostasis

肝脏亚细胞结构的调节控制代谢稳态

（导读 一晴）细胞通过代谢过程区室化细胞器，呈现复杂的细胞内组织，但这些结构在原生组织环境中的解析及其功能尚不清楚。本研究在较大(或完整的肝组织中，利用聚焦离子束增强扫描电子成像细胞器的三维组织结构。随后对不同体形的小鼠肝脏组织的亚细胞结构进行了比较分析，并发现肝脏内质网(ER)经历了大规模重组，特征表现为ER薄片堆叠的明显无序和以ER小管为主的结构。结果表明ER结构的肝亚细胞组织是高度动态的，对适应性内稳态和组织健康至关重要。[论文详细信息]

Activation mechanism of the class D fungal GPCR dimer Ste2

D类真菌GPCR二聚体Ste2的激活机制

（导读 阿金）D1类真菌G蛋白偶联受体（GPCR）Ste2拥有与众不同的跨膜螺旋排列，而且Ste2缺乏保守的序列基序。本研究解析出酿酒酵母Ste2缺乏G蛋白情况下分别于天然激动剂α-因子以及无配体拮抗剂结合的两种不同构象结构。这些结构揭示了Ste2不同于其他GPCRs的激活机制，其中跨膜螺旋H6和H7在与激动剂结合后促进G蛋白偶联。[论文详细信息]

新冠疫情

COVID-19

SARS-CoV-2 Omicron variant replication in human bronchus and lung ex vivo

离体人源支气管和肺中新冠病毒奥密克戎变异株的复制

（导读 阿金）本研究比较了野生型新冠病毒，D614G，阿尔法、贝塔、德尔塔和奥密克戎变异株在人源支气管和肺部体外外植体培养物中的复制能力和细胞趋向性，发现在支气管中奥密克戎变异株比其他所有变体都复制得快，而在肺部的复制能力则减弱。与野生型相比，所有关切变种都有相似的细胞趋向性。但奥密克戎变异株更依赖组织蛋白酶，表明其不同于其他变体的进入方式。该结果为先前的流行病学观察提供了重要的生物相关信息。[论文详细信息]

Altered TMPRSS2 usage by SARS-CoV-2 Omicron impacts infectivity and fusogenicity

新冠病毒奥密克戎变异株改变TMPRSS2的使用并影响传染性和融合性

（导读 阿金）本研究表明新冠病毒奥密克戎变异株刺突蛋白对ACE2的亲和力更高，抗原性发生显著变化，变异株对治疗性单克隆抗体和接种两针疫苗后引发的多克隆中和抗体的逃逸能力增强，但第三针mRNA疫苗可扩大中和作用。抗病毒药物remdesivier和molnupiravir保持抗病毒变异株有效性。在肺部细胞和肠道细胞中，变异株的复制减少，其刺突蛋白的切割效率也减弱，这与刺突细胞对细胞蛋白酶TMPRSS2使用效率下降相关。[论文详细信息]

Attenuated fusogenicity and pathogenicity of SARS-CoV-2 Omicron variant

新冠病毒奥密克戎变异株减弱的融合性与致病性

（导读 阿金）本研究建立统计学模型，指出新冠病毒奥密克戎变异株在包括南非在内的若干国家内快速传播，速度超过德尔塔变体，但细胞培养实验表明奥密克戎变异株比德尔塔和新冠病毒原始毒株的融合性弱。而且仓鼠模型也揭示了奥密克戎变异株的肺部感染性以及致病性都有削弱。结果总结了奥密克戎变异株的病毒学特征。[论文详细信息]

Attenuated replication and pathogenicity of SARS-CoV-2 B.1.1.529 Omicron

SARS-CoV-2 B.1.1.529 Omicron 的减弱复制和致病性

（导读 领研网）本研究表明新冠病毒奥密克戎变异株的复制能力在人类Calu3和Caco2细胞中显著减弱，与野生型新冠病毒（HKU-001a）和其他变体相比，奥密克戎对跨膜丝氨酸蛋白酶2（TMPRSS2）的使用效率偏低，而且在感染K18-hACE2的小鼠模型中还发现上下呼吸道内奥密克戎变异株的复制能力显著减弱。因此，感染奥密克戎变异株往往引起最低限度的体重减轻与死亡率。该结果为理解奥密克戎变异株的复制和致病性提供新思路。[相关报道：香港大学朱轩/陈福和/袁国勇团队揭示：奥密克戎变异株的复制能力及致病力下降]

SARS-CoV-2 Omicron virus causes attenuated disease in mice and hamsters

新冠病毒奥密克戎变异株在小鼠和仓鼠中引发轻症

（导读 阿金）本研究使用新冠病毒病毒演化评估（SAVE）项目的协作网络，评估了若干新冠病毒奥密克戎变异株B.1.1.529分离株在具有免疫力以及表达人源ACE2小鼠和仓鼠体内引发感染和疾病的能力，在129, C57BL/6, BALB/c和K18-hACE2转基因小鼠中观察到的感染情况少于其他新冠病毒变体。在野生型和hACE2转基因仓鼠体内，肺部感染、临床疾病和病理学情况也比历史分离株和其他关切变种更温和。结果表明B.1.1.529分离株在啮齿动物体内引发症状减弱的肺部疾病。[论文详细信息]

Rapid epidemic expansion of the SARS-CoV-2 Omicron variant in southern Africa

新冠病毒奥密克戎变体在南非的快速传播

（导读 阿金）新冠病毒在南非的流行掀起过三波疫情暴发。但是2021年11月基因组监控团队在南非和博茨瓦纳检测到一种新病毒变体，后来被世界卫生组织却确认为最新的新冠病毒关切变种，命名为Omicron（B.1.1.529），在三周时间内已在87个国家流行。本研究表述了奥密克戎变异株的基因组特性和早期传播动力学，强调了其在群体免疫高水平地区的快速传播。[论文详细信息]

材料科学

Materials Science

Metastable hexagonal close-packed palladium hydride in liquid cell TEM

液态电池 TEM 中的亚稳态六方密排氢化钯

（导读 阿金）生长于高能前体的晶体通常在最开始采用依赖于初始条件的亚稳态结构，随着生长过程经历一系列变化最终进入能量稳定态。本研究将材料设计规则与液体电池透射电子显微镜中合成的亚稳态六方密排（hcp）氢化钯结合起来，通过溶液中前体浓度的独特相互作用稳定了亚稳态的hcp结构。该发现结果为亚稳态工程化策略以发现新亚稳态相位提供热力学角度的思路。[论文详细信息]

High-brightness all-polymer stretchable LED with charge-trapping dilution

具有电荷俘获稀释的高亮度全聚合物可拉伸LED

（导读 领研网）下一代皮肤上可发光显示器应该要柔软、可拉伸和明亮。本研究报告一种材料设计策略和制备过程，可实现可拉伸的全聚合物基发光二极管，亮度高，电流效率大，且具有可拉伸性。研究人员制备出红色、绿色和蓝色的此类发光二极管，可同时在皮肤上无限充电以及实时现实脉冲信号。该结果向高性能可拉伸显示器的实现迈进了一步。[相关报道：鲍哲南团队研发新型薄膜材料，能把你的皮肤变成三维显示器]

Single fibre enables acoustic fabrics via nanometre-scale vibrations

单纤维通过纳米级振动实现声学织物

（导读 领研网）织物通常用来削弱声音，但其实所有织物都能跟随听到的声音而振动。本研究受人耳鼓膜传声的启发，设计出一种具有高刚性的预成型分层纤维，该纤维由压电材料制成，当弯曲或机械变形时，会产生电信号，以实现声波-机械振动-电信号的转换。最终制备出的织物可以捕捉从安静的图书馆到嘈杂的道路交通范围内的分贝信号，并确定较为明显的声音的准确方向。[相关报道：可以“听到”心跳的纤维织物]

Boron clusters as broadband membrane carriers

硼簇作为宽带膜载体

（导读 阿金）亲水物质的膜易位为其作为治疗性化合物和标记探针的应用带来挑战。本研究发现，球状十二硼酸盐簇，可作为阴离子无机膜载体，适用于一系列亲水性货运分子，可以携带阳离子、中性肽、氨基酸、神经递质、维生素、抗生素和药物穿过脂质膜。而在体活性与硼簇阴离子的超高离液序列度相关。该结果表明这种膜载体有望成为细胞生物、神经生物、生理和药物研究的新出发点。[论文详细信息]

物理学

Physics

Optimal metrology with programmable quantum sensors

具有可编程量子传感器的最佳计量

（导读 阿金）量子传感器为精准传感提供新机遇。本研究将量子信息处理与计量学相结合，在实验条件下成功制备出可编程量子传感器。该传感器使用了26个离子，可最高达到基础传感极限的1.45 ± 0.01倍，同时还将平均值数量减少了1.59 ± 0.06倍，以达到给定艾伦偏差。该结果表明对于下一代量子传感器的使用，可无需精准掌握器件相关知识或其噪声环境。[论文详细信息]

Emergence of Fermi arcs due to magnetic splitting in an antiferromagnet

反铁磁体中磁分裂产生的费米弧

（导读 阿金）费米表面在控制材料电子、输运和热力学特性方面发挥重要作用。本研究发现反铁磁状态下的立方体NdBi由于新出现的磁分裂效应，低于奈尔温度时会出现成对的类空穴和类电子费米弧。在实验条件下观测到的磁分裂不同寻常，会随着温度改变，遵循反铁磁序系数。该结果证明了长程反铁磁序存在情况下存在一类磁带分裂现象。[论文详细信息]

其他

【Astronomy-天文】A time-resolved picture of our Milky Way’s early formation history

银河系早期形成历史的时间分辨率图像

（导读 领研网）为了理解银河系的形成，需要确定大量样本恒星的精确年龄，而出于亚巨星演化阶段的恒星相当于精确的恒星钟。本研究利用盖亚天文卫星和郭守敬望远镜的数据，鉴定出约25万颗出于亚巨星阶段的恒星，其个体年龄为15亿年到138亿年不等，同时表征了盘族恒星和晕族恒星中不同结构元素的起源。结果表明银河系的厚盘约130亿年前就开始产生。[相关报道：银河系的诞生过程]

【Geoscience-地球科学】Geophysical imaging of the Yellowstone hydrothermal plumbing system

黄石热液管道系统的地球物理成像

（导读 阿金）黄石国家公园管道系统将深层热液和地热特征联系起来，但其本质尚未彻底了解。本研究通过空中地球物理数据的电阻率和磁化率模型，形成高分辨率的黄石热液系统路径图像。大多数地热特征位于高通量管道上方。而浅层近水平通道将地下水注入盆地，与垂直管道中的热液混合，出现在地表，随后沿着更深的角里角砾岩层向外流动。该图像为建立全球热液系统的地球化学和地下水模型提供新信息。[论文详细信息]

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