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厉害!中国学者一天连发8篇顶刊,在多个领域取得重大进展

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  2021年3月3日,中国学者在Nature在线发表8项研究成果,在生命科学,交叉学,材料学等领域取得重大进展,iNature系统盘点这些研究成果:

  【1】鸟类的迁徙是最令人着迷的自然现象之一。据估计,全球现存1万多种鸟类当中大约1/5是迁徙鸟类,世界上每年有数十亿只候鸟在繁殖地和越冬地之间迁徙,鸟类的迁徙路线几乎遍布全球。然而,这些路线如何进化而成?当前如何维持?在未来气候变化下可能有何改变?以及不同的迁徙策略是否有其遗传基础?一直是鸟类学和行为学界广泛关注的重要科学问题。2021年3月3日,中国科学院动物研究所詹祥江团队在Nature在线发表了题为“Climate-driven flyway changes and memory-based long-distance migration”的研究论文,该研究通过整合多年卫星追踪数据和种群基因组信息,建立了一套北极游隼迁徙系统,揭秘了其迁徙路线的主要形成原因和长距离迁徙关键基因。总之,该项研究首次全面结合遥感卫星追踪、基因组学、神经生物学等多种新型研究手段,通过多学科的整合分析,从行为、进化、遗传、生态及全球气候变化等多个维度,阐明了北极鸟类迁徙路线过去形成历史、当前维持机制以及未来变化趋势,并发现了鸟类长距离迁徙的关键基因,展现了学科交叉型的创新性研究在迁徙鸟类保护中的重要作用。

  【2】2021年3月3日,中国科学院广州生物医药与健康研究院陈捷凯团队在Nature在线发表题为“The RNA m6A reader YTHDC1 silences retrotransposons and guards ES cell identity”的研究论文,该研究显示了m6A阅读器YT521-B同源域含蛋白1(YTHDC1)是维持m6A依赖方式的小鼠胚胎干(ES)细胞所必需的,并且其缺失会引发细胞重编程为2C样的状态。这项研究揭示了m6A RNA和YTHDC1在染色质修饰和逆转录转座子阻遏中的重要作用。

  【3】2021年3月3日,上海交通大学苏冰团队在Nature在线发表题为”MAP3K2-regulated intestinal stromal cells define a distinct stem cell niche“的研究论文,该研究描述了称为MAP3K2调节的肠基质细胞(MRISCs)的子集,并显示它们是小鼠肠损伤后WNT激动剂R-spondin 1的主要细胞来源。MRISCs在表观遗传学和转录组学上不同于先前报道的小肠基质细胞亚型,其策略性地定位在结肠隐窝的底部,并起维持LGR5 +小肠干细胞的作用,并防止急性小肠损伤通过增强的R-spondin 1生产。MRISCs在抑制肠道炎症和病理学方面的潜在作用的未来研究可能会为使用WNT调节剂或MAPK抑制剂治疗炎症性肠病和结肠炎相关的大肠癌提供线索。

  【4】雷帕霉素(TOR)激酶的进化保守靶标通过整合所有真核生物中的营养,能量,激素和应激信号,充当协调细胞增殖和生长的主要调节剂。研究主要集中在TOR调控的翻译上,但是TOR如何协调转录网络仍不清楚。2021年3月3日,福建农林大学熊延团队在Nature发表题为”The TOR–EIN2 axis mediates nuclear signalling to modulate plant growth“的研究论文,该研究确定乙烯不敏感蛋白2(EIN2),一个在细胞质和细胞核之间穿梭的中心整合剂,是拟南芥中TOR的直接底物。葡萄糖激活的TOR激酶直接磷酸化EIN2,以防止其核定位。值得注意的是,在Ein2-5突变体中,由葡萄糖-TOR信号引导的快速全局转录重编程受到很大影响,而EIN2负调控与DNA复制有关的各种葡萄糖激活TOR靶基因的表达,细胞壁和脂质合成以及各种次级代谢途径。化学,细胞和遗传分析表明,受葡萄糖–TOR–EIN2轴控制的细胞伸长和增殖过程与典型的乙烯–CTR1–EIN2信号解耦,并由不同的磷酸化位点介导。该研究发现揭示了一个分子机制,通过该机制可以共享一个中央信号传导枢纽,但可以使用上游蛋白激酶指定的不同磷酸化编码,通过多种信号传导途径进行差异调节。

  【5】深海仍然是地球上最大的未知领土,因为很难勘探。由于深海中的极高压力,通常需要刚性容器和压力补偿系统来保护机电一体化系统。然而,缺乏大体积或沉重耐压系统的深海生物可以在极端的深度成长。2021年3月3日,浙江大学李铁风团队在Nature发表题为”Self-powered soft robot in the Mariana Trench“的研究论文,该研究开发了一种能用于深海探测的无线自供能软体机器人,它们通过在马里亚纳海沟最深 10900 米处和南海最深 3224 米处进行实际测试,验证了这种机器人具有极好的耐压和游泳性能。该研究将有助于各种其他应用技术的发展,进一步为推动海洋监测、清理和防治海洋污染、保护海洋生物多样性提供更多创新方案,更重要的是,它们可以帮助科学家探索海洋深处的大片未知地带。

  【6】在现代科学技术中,控制物质与光与腔的相互作用至关重要。这在强耦合机制中得到了体现,物质-光混合模式在其中形成,其性质可以由光波长光子控制。相比之下,纳米尺度的物质激发更难获得。在二维范德华异质结构中,可能会形成用于电子激发的可调莫尔晶格电势,从而能够在晶格电势中生成相关的电子气。也有报道将激子限制在莫尔网格中,但未观察到任何协同作用,并且与光的相互作用仍然是微扰的。2021年3月3日,密歇根大学邓辉(音译,Deng Hui)团队在Nature发表题为”Van der Waals heterostructure polaritons with moiré-induced nonlinearity“的研究论文,该研究通过将MoSe2-WS2异质双层集成到微腔中,建立了莫尔-格子激子和微腔光子之间的协同耦合,直至液氮温度,从而将物质和光的多功能控制集成到一个平台中。这种莫尔极化子系统结合了强非线性和利用腔工程和远距离光相干对物质激发的微观尺度调谐,从而提供了一个平台,可用于研究可调谐量子发射器阵列中的集体现象。

  【7】减数分裂过程可能对基因组稳定性造成危险,如果在增殖细胞中被激活,则可能是灾难性的。2021年3月3日,科罗拉多大学安舒兹分校侯海涛(音译,Hou Haitao)等人在Nature发表题为”Centromeres are dismantled by foundational meiotic proteins Spo11 and Rec8“的研究论文,该研究显示了两个关键的减数分裂定义蛋白,拓扑异构酶Spo11(形成双链断裂)和减数分裂粘附素Rec8,可以消除着丝粒。通常只有在缺乏端粒束的突变细胞中才能观察到这种拆卸,端粒束提供了有助于着丝粒重组的核微区。但是,Spo11或Rec8的过度表达会导致着丝粒的解离水平。特定的核小体重塑因子介导Spo11和Rec8的着丝粒去除。任一种蛋白在增殖细胞中的异位表达都会导致裂殖酵母和人类细胞中有丝分裂的动力丧失。因此,尽管着丝粒染色质具有极高的稳定性,但Spo11和Rec8挑战了这种稳定性。

  【8】2021年3月3日,加利福尼亚大学圣地亚哥分校管坤良团队在Nature发表题为”Hippo signalling maintains ER expression and ER+ breast cancer growth“的研究论文,该研究显示LATS1 / 2通过YAP和TAZ抑制来维持ERα表达,从而促进ERα+乳腺癌细胞的生长。鉴于通过LATS1 / 2灭活可将ERα大量降低,该研究数据表明针对ERα+乳腺癌-尤其是对内分泌耐药的乳腺癌-靶向Hippo信号传导的潜在治疗策略。









  游隼(Falco peregrinus),是世界上飞行速度最快的动物之一,最高俯冲速度接近390km/h,也是地球上最成功的顶级捕食者之一,广泛分布在除南极洲之外的全球六大洲。研究人员历时六年,在北极圈自西向东的主要繁殖地(科拉半岛、科尔古耶夫岛、亚马尔半岛、泰梅尔半岛、勒拿河、科雷马河)为56只游隼佩戴了卫星追踪器,构建了一套北极游隼迁徙系统。卫星追踪发现这些北极游隼主要使用5条迁徙路线,在种群和个体水平上具有非常高的迁徙连接度和重复性。而且这些种群的迁徙距离显著不同:西部两群短距离迁徙(平均3600公里),东部四群长距离迁徙(平均6400公里)。

  对其中4个地区35只游隼的种群基因组学分析显示西部的科拉和科尔古耶夫种群,以及东部的亚马尔和科雷马种群分别具有最近共同祖先。基于该研究中开发的全基因组Approximate Bayesian Computation 模型,估计长/短距离种群的分化时间大概在末次冰盛期前后。种群动态推断及潜在繁殖、越冬地重建结果显示在末次冰盛期到全新世的转换过程中,因冰川消退而带动的繁殖地向北退缩以及越冬地变迁可能是游隼迁徙路线形成的主要历史原因。对于当前的迁徙路线而言,研究人员发现不同路线之间的环境异质性很强,环境巨变区域与迁徙路线边界高度吻合,并且路线之间的差异与选择性遗传分化的相关程度明显大于中性遗传分化,从而说明了环境的差异以及相关的本地适应在维持当前迁徙路线中发挥着重要作用。

  更为有趣的是,通过对长短迁徙种群基因组的对比分析,研究人员首次发现了一个和记忆能力相关的基因ADCY8在长距离迁徙种群中受到了正选择,实验证明长、短迁徙种群主要基因型存在功能差异,揭示了长时记忆可能是鸟类长距离迁徙的重要基础。最后,研究人员通过模拟预测,在未来全球变暖日益严重的情境下,亚欧大陆西部的北极游隼种群可能会面对两方面的威胁:迁徙策略的改变和主要繁殖地的退缩。

  该项研究首次全面结合遥感卫星追踪、基因组学、神经生物学等多种新型研究手段,通过多学科的整合分析,从行为、进化、遗传、生态及全球气候变化等多个维度,阐明了北极鸟类迁徙路线过去形成历史、当前维持机制以及未来变化趋势,并发现了鸟类长距离迁徙的关键基因,展现了学科交叉型的创新性研究在迁徙鸟类保护中的重要作用。

  该研究由中国科学院动物研究所主导,中国科学院生物物理研究所、英国卡迪夫大学、俄罗斯科学院乌拉尔分院、德国马普动物行为研究所等多个国家科研单位合作完成,动物研究所博士研究生谷中如、助理研究员潘胜凯和工程师林蓁蓁为论文共同第一作者,詹祥江研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、科技部国家重点研发计划、中国科学院动物进化与遗传前沿交叉卓越创新中心、中国科学院青年创新促进会等项目的支持。

  http://www.ioz.ac.cn/gb2018/xwdt/kyjz/202103/t20210303_5968528.html

  https://www.nature.com/articles/s41586-021-03265-0

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