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生物學
Biology
High-depth African genomes inform human migration and health
深度測序的非洲人基因組為人類遷移和健康提供信息
（導讀 阿金）本研究對426名個體進行全基因組測序分析探索非洲基因組多樣性的廣度。發現300多萬中未知變異，其中大部分出現在新抽樣的民族語言群體中，62個與病毒免疫、DNA修復和代謝相關的基因座受到強選擇。種群內部和之間的祖先混合、假設性損傷以及新型變異的複雜模式提示尚比亞是班圖語群體擴增的中間點。該發現確認了基因流動和對人類疾病應答是基因組群體變異的驅動因子。[論文詳細信息]
Exome sequencing and characterization of 49,960 individuals in the UK Biobank
對英國生物庫中49960名個體進行外顯子測序和表徵
（導讀 阿金）英國生物庫是對於502543名個體的前瞻性研究。本研究公布了第一批49960名受試者的外顯子測序數據，揭示了約400萬編碼變異。其中包括198269個預測的常染色體功能喪失（LOF）變異。關聯分析將LOF變異與1730種表型聯繫起來，並發現了影響疾病特徵的新型LOF變異。該研究強調了大型人口研究中的基因組測序潛力，並為科學界所用。[論文詳細信息]
Evidence for 28 genetic disorders discovered by combining healthcare and research data
結合醫療和研究數據發現的28種遺傳疾病的證據
（導讀 郭懌暄）蛋白質編碼基因的從頭突變是許多發育疾病的病因。本研究結合來自31058組具有發育疾病的父母-孩子的醫療和研究型外顯子測序數據，開發出基於模擬的統計學檢驗，找到285個與發育疾病相關的基因，其中28個首次發現。模型顯示超過1000個發育疾病相關基因尚未被發現，許多外顯率可能低於已知基因。對臨床診斷數據的研究將有助於完成發育疾病相關基因的圖譜。[論文詳細信息]
Inherited causes of clonal haematopoiesis in 97,691 whole genomes
97,691個全基因組中克隆性造血的遺傳因素
（導讀 阿金）近期研究發現衰老相關的體細胞突變導致造血幹細胞克隆擴增和血癌及冠心病相關。本研究對美國國家精準醫學轉基因組學（TOPMed）項目97691名參與者的高覆蓋率全基因組序列分析。研究人員確定與血細胞、脂質和炎症相關並具有意義未明的克隆性造血（CHIP）驅動基因特異性的性狀。生殖系遺傳突變影響造血幹細胞功能，通過克隆造血機制及組織體細胞突變的機制，最終導致CHIP發生。[論文詳細信息]
Stimulus-specific hypothalamic encoding of a persistent defensive state
刺激特異性下丘腦編碼持續防禦狀態
（導讀 阿金）大腦持續的神經活動被描述為介導應對瞬間遭遇刺激的工作記憶，在接觸刺激性刺激後，內部情緒狀態會持續存在，但目前尚不清楚這一過程中是否涉及緩慢的神經動力學。本研究表明在響應自然威脅刺激時，小鼠的VMHdmSF1神經元表現出持續幾十秒的活躍狀態，該狀態與田野實驗中的持續防禦行為相關，取決於來自VMHdmSF1神經元的神經遞質。結果表明下丘腦緩慢的刺激特異性神經動力學促進持續的情緒狀態。[論文詳細信息]
The innate immunity protein IFITM3 modulates γ-secretase in Alzheimer’s disease
阿爾茨海默氏病中的固有免疫蛋白IFITM3調節γ-分泌酶
（導讀 王思菲）本研究發現炎症細胞因子誘導IFITM3在神經元及星形膠質細胞中的表達，IFITM3和γ-分泌酶結合併上調其活性，進而促進β-澱粉樣蛋白（Aβ）產生。5xFAD轉基因小鼠中，敲除IFITM3降低γ-分泌酶活性並減少澱粉樣斑塊形成。遲發阿爾茨海默氏病（AD）患者樣本中，γ-分泌酶複合物中IFITM3水平和γ-分泌酶活性強正相關。該研究結果揭示神經炎症通過IFITM3調節γ-分泌酶，從而提高AD的患病風險。[相關報導：《自然》首次直接闡明炎症反應與阿爾茨海默病關鍵蛋白的聯繫]
Infection of dogs with SARS-CoV-2
狗感染SARS-CoV-2
（導讀 郭懌暄）家養寵物哺乳動物是否對SARS-CoV-2具有易感性尚不清楚。本研究發現15隻來自有人類COVID-19香港確診病例家庭的狗中，有2隻感染SARS-CoV-2。SARS-CoV-2 RNA可在狗的鼻咽拭子中檢出，且可從中分離出病毒。兩隻狗均產生抗體應答。病毒遺傳序列分別與該家庭的患者一致。狗在隔離中未出現症狀。該結果為SARS-CoV-2的人-動物傳播提供證據，但被感染的狗能否將病毒傳給其他動物或人類尚不明確。[論文詳細信息]
Inherited myeloproliferative neoplasm risk affects haematopoietic stem cells
骨髓增生性腫瘤的遺傳風險影響造血幹細胞
（導讀 阿金）骨髓增生性腫瘤（MPNs）是血癌，其特徵為過量成熟髓細胞及造血幹細胞（HSCs）中的體細胞驅動突變。本研究通過大規模全基因組關聯研究，發現17個MPN風險基因座，其中7個未曾見報導。發現在MPN風險和不同譜系的造血性狀之間存在共同的遺傳結構，並使用基因圖譜確認與MPN風險相關的HSC調控子。該結果揭示了一種通過調控HSC功能的MPN遺傳風險機制。[論文詳細信息]
Immune receptor inhibition through enforced phosphatase recruitment
通過強行募集磷酸酶來抑制免疫受體
（導讀 王思菲）本研究提出募集磷酸酶以抑制細胞表面受體信號的方案（RIPR）。RIPR迫使細胞表面帶有酪胺酸磷酸化基序的受體與磷酸酶CD45順式結合，從而使受體靶標的酪胺酸殘基直接在胞內去磷酸化。工程化的分子RIPR-PD1能誘導PD-1和CD45交聯，抑制補體及配體激活的信號。RIPR-PD1在荷瘤小鼠模型中療效優於anti-PD1抗體。RIPR是通過表面激酶活化受體直接削弱信號傳導的通用策略。[相關報導：除了抗PD-1，還可以通過磷酸酶募集來抑制免疫受體]
Capillary cell-type specialization in the alveolus
肺泡中毛細血管類型特異化
（導讀 阿金）哺乳動物每個肺泡周圍都包圍著均勻的毛細血管網。本研究使用單細胞分析法闡釋了肺泡毛細血管內皮細胞的細胞類型、發育、更新和演化，表明肺泡血管內皮有兩類混合的細胞類型夠成：第一種稱為星形細胞（aerocyte），特異於氣體交換和白細胞運輸；另一種為普通毛細血管（gCap），特異於調控血管舒縮張力，在毛細血管穩態和修復過徵中發揮作用。該發現有助於深入理解健康、疾病和演化中氣血屏障和氣體交換的結構、功能、調節和維持。[論文詳細信息]
Serine restriction alters sphingolipid diversity to constrain tumour growth
絲氨酸限制改變鞘脂多樣性以抑制腫瘤生長
（導讀 阿金）缺少絲氨酸等非必需胺基酸會抑制腫瘤進展。本研究發現這一過程的關鍵在於絲氨酸棕櫚醯轉移酶（SPT）。SPT以絲氨酸為底物合成鞘脂，也可以以丙氨酸為底物合成具有內源毒性的脫氧鞘脂。在小鼠模型中，缺少絲氨酸時，SPT會合成更多的脫氧鞘脂，從而減緩腫瘤進展；抑制SPT或促進丙氨酸的氧化都可以逆轉這一過程。這些結果表明，SPT將絲氨酸、線粒體丙氨酸代謝、膜脂連接起來，共同影響腫瘤進展。[相關報導：什麼飲食可以抗癌？Nature：減少絲氨酸攝入可抑制腫瘤細胞的生長]
In-cell architecture of the nuclear pore and snapshots of its turnover
細胞內核孔結構及其翻轉機制
（導讀 阿金）核孔複合物（NPCs）將核包膜的內膜和外膜融合到一起。本研究結合原位結構生物學、光學及電子顯微鏡整合模型，以及分子擾動技術，從結構上分析了核包膜重構模型中完整酵母細胞NPCs。發現核孔蛋白(Nup)亞複合物的原位構象和配置與先前體外分析結果不同，Nup159複合物的配置作為mRNA出核口平臺同時介導NPC翻轉。研究結果強調在細胞環境下研究大分子複合物的結構-功能關係。[論文詳細信息]
Mechanism of strand exchange from RecA–DNA synaptic and D-loop structures
RecA–DNA突觸和D環結構的鏈交換機制
（導讀 阿金）鏈交換反應是同源重組的核心。本研究報告了同時具有非互補性和部分互補性雙鏈DNA突觸小絲的冷凍電鏡結構，和包含10或者12對鹼基對異源雙鏈體的RecA-D環複合物結構。RecA的C端結構域結合雙鏈DNA，引導其連結RecA L2環，開放區域通過RecA擴散，在次級DNA結合位點隔離開同源鏈，釋放出互補鏈，與單鏈DNA配對。該機制為理解同源重組提供新思路。[論文詳細信息]
天文學
Astronomy
Diverse polarization angle swings from a repeating fast radio burst source
來自重複快速射電暴源的不同偏振角波動
圖片來源：CC0 Public
（導讀 阿金）兩種可能的機制能從快速射電暴（FRB）中產生極相干輻射，進而引起中子星磁層或者遠離中心能量源的相對論衝擊，而偏振角的觀測有助於理解上述機制。本研究報告觀測到15次FRB180301的爆發，發現其中有7次出現了不同的偏振角度波動，而其特徵與射電發射的磁層起源一致，且不支持引發相對論衝擊的輻射模型。[論文詳細信息]
The Philae lander reveals low-strength primitive ice inside cometary boulders
菲萊著陸器揭示彗星巨石內部的低強度原始冰
（導讀 阿金）登陸彗星37P/Churyumov-Gerasimenko的菲萊著陸器為我們了解彗星核的特徵提供新線索。本研究報告了先前未發現的一個位點調查，著陸器曾在那裡進行了長達兩分鐘的彗星穿越之旅，在兩塊相鄰的彗星巨石上發生過四次不同的表面接觸。在經過兩塊巨石之間縫隙的時候，裡面的原始水冰暴露出來，這些水冰混合著富含有機物的深色材料，並在後期檢測中得到局部塵埃/冰的質量比。該結果為彗星著陸器尋找高揮發性冰樣本提供限制條件。[論文詳細信息]
化學
Chemistry
Efficient epoxidation over dinuclear sites in titanium silicalite-1
鈦矽分子篩中雙核位點上的高效環氧化反應
（導讀 阿金）鈦矽分子篩（TS-1）廣泛應用於工業中，但目前仍不確定其中鈦（IV）的活性位點結構。本研究詳細表徵了一系列高活性和選擇性的TS-1丙烯環氧化催化劑，該催化劑包含分布良好的鈦原子。密度功能理論計算表明，兩個鈦原子之間的合作通過一條低能反應途徑實現丙烯的環氧化反應。因此提出存在鈦原子雙核位點，能夠解釋TS-1在反應中表現出的高效性。該結果為進一步優化TS-1和工業環氧化過程提供新思路。[論文詳細信息]
Metal-free photoinduced C(sp^3)–H borylation of alkanes
無金屬催化劑、光誘導的烷烴C(sp^3)–H硼化反應
（導讀 阿金）硼酸及其衍生物是化學科學中最有用的反應試劑。本研究報告一種機制上獨特的無金屬催化劑硼化反應：使用氫原子轉移催化，其中C(sp^3)–H鍵的均裂可產生烷基自由基，與二硼反應試劑直接反應。機理研究表明，反應過程中形成的氯化自由基硼酸鹽複合物可引發甲基的高選擇性。這種無金屬C(sp^3)–H硼化反應可以讓不活潑的烷烴在溫和條件下轉化為有用的有機硼反應試劑，其選擇性不同於現有的金屬催化策略。[論文詳細信息]
其他
【Ecology-生態】Global priority areas for ecosystem restoration
恢復生態系統的全球優先領域
圖片來源：CC0 Public
（導讀 紫蘇）廣泛的生態系統恢復越來越被認為是保護生物多樣性和穩定地球氣候的核心。本文開發並應用了一種多標準優化方法，確定了所有陸地生物群落的優先恢復區域，並估計了它們的效益和成本，發現在優先區域恢復15%的已轉化土地，可以避免60%的預期滅絕，同時封存299千兆噸的二氧化碳，佔工業革命以來大氣中二氧化碳總增加量的30%。包含多個生物區系是實現多重效益的關鍵。當使用多標準方法優化空間分配時，成本效益可以增加13倍。[論文詳細信息]
【Geoscience-地球科學】Large Chinese land carbon sink estimated from atmospheric carbon dioxide data
根據大氣二氧化碳數據估算的中國大型陸地碳匯
（導讀 紫蘇）本研究提出了2009年至2016年期間從中國各地6個站點測量的大氣中二氧化碳摩爾分數的最新數據，估計出中國陸地生物圈平均碳匯為-1.11±0.38 億噸/年，相當於這一時期中國年度估計人為排放估算的45%左右。這個估計反映了此前中國西南地區的夏季碳匯，和中東北地區夏季的陸地碳匯被低估了。這些省份實現了快速造林，且面積不斷增加，植被綠色度隨著時間的推移而大幅增加，支持了這些造林地區土地碳匯的增加。[論文詳細信息]
【Materials-材料】High-throughput calculations of magnetic topological materials
磁性拓撲材料的高通量計算
（導讀 阿金）內稟磁性拓撲材料的發現指導了固態材料的基本研究方向。本研究使用磁性拓撲量子化學（MTQC）獲得的磁性拓撲指數，基於第一原理計算，實現磁性拓撲材料的高通量搜尋。使用Bilbao晶體學伺服器中的磁性材料資料庫，識別出130種強化的半金屬和拓撲絕緣體。發現其中60%具有交互敏感拓撲性。該結果為未來的相關實驗研究提供材料資料庫。[論文詳細信息]
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10 月 31 日：高溫導致男性不育的原因終於弄清楚了；這一次，是真的確定月球上有水！
10 月 24 日：養寵物的人更易抑鬱焦慮，貓奴表現最明顯？是什麼阻止了論文評審機制的改進？睡眠不足6小時很傷腎
10 月 17 日：一個隱藏了30多年的DNA片段，才是決定男性性器官形成的真正「開關」；動漫角色也可以用人臉識別了
10 月 10 日：打疫苗，就能將這種癌症的風險降低88%；別為了對象整理你的房間；患2型糖尿病的年輕人未來會怎樣？
9 月 26 日：只想熬夜，不想犯困？新研究揭示如何調控「困意」；身體裡能釀酒的男子，被自己女兒的糞便治好了