Science Volume 349 Number 6245, 17 July 2015
A comprehensive Xist interactome reveals cohesin repulsion and an RNA-directed chromosomeconformation
全面的Xist相互作用組學研究揭示了黏連蛋白排斥和RNA指導的染色體構象
http://www.sciencemag.org/content/349/6245/aab2276.abstract
X染色體失活（InactiveX Chromosome, Xi）被用作一個從整體層面了解基因沉默的模型。在此，本文進行了「直接RNA相互作用蛋白的鑑定」（Identificationof Direct RNA Interacting Proteins, iDRiP）來分離Xist全面的蛋白相互作用。Xist是一個Xi沉默所必須的RNA。此項研究發現了多重層次的相互作用子——包括黏連蛋白，凝縮素，拓撲異構酶，RNA解旋酶，染色質重塑因子，及修飾因子——協同地抑制Xi的轉錄。抑制其中的兩個或三個相互作用因子能使沉默去穩定化。儘管Xist吸引一些相互作用因子，但是Xist阻止結構因子的接近。Xist從Xi中將凝縮素排除在外，並且指導Xi特異的染色體構象。當缺失Xist時，Xi需要黏連蛋白結合併且需要活性X染色體的結構。此項研究揭示了多層次的Xi抑制並且揭示了RNA在哺乳動物染色體拓撲結構組織的中心作用。
Summer declines inactivity and body temperature offer polar bears limited energy savings
北極熊代謝對夏季融冰的適應性比預計的要差
http://www.sciencemag.org/content/349/6245/295.abstract
一項新的研究顯示，當北極熊的攝食機會在夏季融冰期間受到限制時，它們可減少一些能量消耗，但這還不足以彌補相關的食物短缺。這項研究表明，海冰喪失的增加對這些食肉熊科動物構成了重大威脅。北極熊會在冰蓋表面行走以尋覓食物。夏季，當冰融化時，它們的獵食地盤萎縮，它們可能會在岸上覓食，但那裡的食物豐富程度較差。有些科學家曾經提出，儘管氣候變化使其喪失在冰上覓食的機會，但北極熊可通過進入一種低能耗狀態（被稱作"行走冬眠"）從而代償其被迫上岸覓食的活動，而這種策略可幫助其生存；但最近的研究提示，北極熊在炎熱的月份會消耗相當多的能量，而這是北極熊通常會在較熱的月份表現出的代謝特點。為了評估北極熊代謝率在夏季減少的程度，John Whiteman和同事用衛星項圈和手術植入的記錄儀來持續監測北極熊夏季在冰上和岸上的活動與核心體溫。在這兩個棲息地的北極熊會將其體溫和活動程度降低至積極獵取和覓食北極熊的水平之下，但並沒有低至在冬眠時所觀察到的節能水平。相反，所觀察到的能耗下降反映的是禁食哺乳動物的狀態，這種反應不能顯著地節省能耗。該研究表明，當食物變得不甚豐富時，北極熊無法用降低代謝率來延長其對脂肪儲存的依賴。因此，作者們說，北極熊在應對海冰減少時的代謝選項是有限的。
Keeping cool: Enhanced optical reflection and radiative heat dissipation in Saharan silver ants
撒哈拉銀蟻如何保持涼爽：增強光反射和輻射散熱
http://www.sciencemag.org/content/349/6245/298.abstract
撒哈拉銀蟻（Cataglyphisbombycina）在非洲沙漠的極端溫度下生存。此項研究發現這種蟻惹眼的銀色外表是由密集排列的三角形毛髮構成的，這些結構有兩種體溫調節效應。一是增強銀蟻體表對太陽光光譜中最主要的可見光和近紅外光的反射，二是增加中紅外光的輻射。其中第二種效應使得銀蟻在接受全天太陽光照射後可通過黑體輻射定律有效地將熱量輻射到周圍環境中去。這種生物的溫度調節機制可幫助發展仿生學外套，用於物體的輻射降溫。
Worldwide evidence of a unimodal relationship between productivity and plant species richness
植物多樣性的駝峰樣模型經受了爭議的考驗
http://www.sciencemag.org/content/349/6245/302.abstract
儘管近些年圍繞著植物品種豐富性的駝峰樣模型（HBM）存在著爭議（該模型描述了植物多元性會在環境適度合宜時達到巔峰），但一項使用採自6個大陸數據的新研究提出了支持這一理論的強力證據。例如，進一步理解產力和植物多樣性間平衡的基礎機制可指導未來的植物生態系統管理的研究。HBM背後的概念是環境應力（如可得到的水量低下）可導致植物產力低下，然而在產力高時往往會有若干競爭力強的品種成為主導植物--這使得適度的產力和多樣性成為最佳處境。然而，評估HBM準確性的研究所得到的結果是混合性的。為了更密切地檢查植物產力和多樣性間的關係，Lauchlan Fraser和同事開展了全球性的協調勘查，其覆蓋面達6個大陸19個國家中的30個地域。所有的調查都涉及植物品種的確認和清點，及採集植物生物量和死亡植物體。他們的數據揭示了一個非常強的反映HBM的相關性。作者們提出，與先前反駁HBM的研究相比，他們的數據更好地反映了植物多樣性和產力的本色，因為它們包括了大幅增加的生物量樣本和更大面積的土地。與先前反駁HBM的研究不同的還有，Fraser和同事包括了死亡植物體樣本，這能對每年地上植物產出提供更可靠的測量。作者們指出，HBM可能是植物產出和多樣性的一個精確的反映，它可讓我們更進一步地了解我們周圍豐富的動植物。
Reverse glacier motion during iceberg calving and the cause of glacial earthquakes
冰山崩解過程中的反向冰川運動以及冰川地震的原因
http://www.sciencemag.org/content/349/6245/305.abstract
格陵蘭島幾乎一半的冰量損失都是由於冰山崩解（Iceberg Calving）造成的，但我們對該過程的物理機制卻所知甚少，原地觀察資料十分稀缺。本文發現，格陵蘭島黑爾海姆冰川（Helheim Glacier）的崩解造成了該冰川的水平運動發生了長達一分鐘的逆行，並在冰川末端出現了一個向下的偏折。反向運動是由於冰川翻覆並加速遠離冰川前緣所產生的水平作用力引起的，向下的運動則是由於翻覆的冰山背後流體壓力下降所引起的，同時還對巖石產生了一個向上的力。冰川地震是一些全球均可監測到的地震活動，而這些作用力都是導致冰川地震的原因。在格陵蘭島和南極大陸邊緣，冰川崩解過程正在加速發生。正確解釋地震活動可使科學家通過遙感方法監測這些過程。
Morphinan biosynthesis in opium poppy requires a P450-oxidoreductase fusion protein
鴉片罌粟中嗎啡烷合成需要P450氧化還原酶融合蛋白
http://www.sciencemag.org/content/349/6245/309.abstract
從鴉片罌粟中提取的嗎啡生物鹼類可用於鎮痛，只是目前最經濟的鎮痛藥物來源。代謝產物合成嗎啡烷需要（S）網脈鹼-（R）網脈鹼的異構化作用。對高表達網脈鹼的罌粟突變株研究發現了一個基因位點，名為STORR[(S)- (R)-網脈鹼]，既編碼細胞色素P450也編碼氧化還原酶分子，後者屬於醛-酮還原酶家族。突變等位基因及異源表達的代謝產物分析提示P450分子作用於（S）-網脈鹼轉化為1,2-脫氫網脈鹼的過程，而氧化還原酶作用於1,2-脫氫網脈鹼轉化為（R）-網脈鹼的過程中，而並不是作為P450酶的伴侶。蛋白質組學分析證實，在體內，這兩種分子包含於一個多肽。綜上，本文發現了鴉片罌粟體內特殊的酶，由P450酶和氧化還原酶兩個模塊組成，分別催化嗎啡烷合成的兩步。這種融合蛋白STORR的發現可能將嗎啡烷生產由目前的罌粟提取轉化為微生物生產。
Atomic-scale origins of slowness in the cyanobacterial circadian clock
從原子層面解釋藍藻生物鐘的慢速特徵
http://www.sciencemag.org/content/349/6245/312.abstract
生物鐘（Circadian Clock）由快速運動的生物大分子構成，但卻產生緩慢而有序的細胞動態過程。因此，生物鐘整體運行緩慢的起源問題一直有待解決。本文發現，生物鐘相關蛋白KaiC的氨基末端一側存在三磷酸腺苷（AdenosineTriphosphate, ATP）催化區域［ATP酶, ATPase］，充當了最小時間單位的調節器，控制藍藻生物鐘在體內的頻率。ATPase的晶體結構顯示，其緩慢運行的特性源於一個溶解水分子在不利位點的固定，以及ATP水解作用與高活化能的肽易構化作用相結合。在KaiC的羧基末端一側，慢速的ATPase與另一個催化自動脫羧酸作用的ATPase相結合，控制與其他生物鐘相關蛋白分子間作用的生物鐘反應頻率，並影響轉錄翻譯循環。
Neutrophil extracellular traps license macrophages for cytokine production inatherosclerosis
在動脈粥樣硬化中，中性粒細胞胞外誘捕網促發巨噬細胞產生細胞因子
http://www.sciencemag.org/content/349/6245/316.abstract
巨噬細胞分泌細胞因子白細胞介素1β（interleukin-1β,IL-1β）在動脈粥樣硬化病理過程中起到重要作用，這一分泌過程需要兩步：起始信號促進未成熟的IL-1β轉錄，以及內源性的「危險」信號激活固有免疫信號複合物（即炎症小體）來加工IL-1β，為分泌做準備。儘管已有報導膽固醇結晶在動脈粥樣硬化中可作為危險信號，但促發IL-1β轉錄的起始信號仍不清楚。此項研究使用了一個小鼠動脈粥樣硬化模型，發現膽固醇結晶既是誘導IL-1β產生的起始信號也是其下一步的危險信號。膽固醇結晶促發中性粒細胞釋放中性粒細胞胞外誘捕網（neutrophilextracellular traps, NETs）。NETs作為起始信號誘導巨噬細胞釋放細胞因子，激活TH17（Thelper 17）細胞，增加動脈粥樣硬化斑塊中免疫細胞的募集。進一步，危險信號可通過其與中性粒細胞的相互作用促發動脈粥樣硬化中的無菌炎症。
Protective efficacy of adenovirus/protein vaccines against SIV challenges in rhesus monkeys
獼猴抗SIV挑戰的腺病毒/蛋白質疫苗的保護效應
http://www.sciencemag.org/content/349/6245/320.abstract
基礎研究發現基於病毒載體的HIV-1候選疫苗對獼猴的中和抵抗病毒挑戰有部分的保護效應。此項研究中，研究人員評估了使用腺病毒血清型26（Ad26）載體做初次免疫、用純化的衣殼（envelope,Env）糖蛋白做加強免疫的保護效果。使用表達SIVsmE543 Env, Gag, Pol的Ad26載體做初次免疫、用AS01B為佐劑的SIVmac32H Env gp140做加強免疫的獼猴中，有50%的獼猴對一系列直腸內重複給予的異源SIVmac251挑戰表現出完全抵抗；而未經免疫的對照組則全部感染。這種保護作用與Env特異性的抗體反應功能有關。在直腸內重複給予的異源SHIV-SF162P3挑戰的獼猴中，Ad/Env疫苗免疫也有同樣的保護效果。這些數據證明Ad/Env疫苗在對抗獼猴的中和抵抗病毒挑戰中有顯著的保護作用。
A protein folds witch joins the circadian oscillator to clock output in cyanobacteria
藍細菌晝夜節律振蕩器通過蛋白質摺疊開關輸出脈衝
http://www.sciencemag.org/content/349/6245/324.abstract
生物體能夠適應持續不斷的晝夜更迭，是因為其具有稱為生物鐘的計時系統，根據24小時的節律來調節機體的生物活性。藍細菌的生物鐘是由一個三蛋白振蕩器驅動的，這個振蕩器由KaiA、KaiB以及KaiC構成，三者共同產生的晝夜節律表現為KaiC（一種腺苷三磷酸酶，ATPase，可自發磷酸化、自發去磷酸化——譯註）的磷酸化。此項研究發現KaiB在兩種不同的三維摺疊構象中轉化，其中偶爾轉化為一種激活構象可造成時間延遲，使得振蕩器的節律與地球的自轉相吻合。當KaiB開關摺疊時，其與磷酸化的KaiC結合，並捕獲KaiA，從而誘發晝夜循環的相轉變，並調控脈衝輸出途徑，使得振蕩器的計時功能與信號轉導功能之間相互銜接。
foxl3 is a germ cell–intrinsic factor involved in sperm-egg fate decision in medaka
青鱂：生殖細胞內在因素foxl3參與生殖細胞精卵命運的決定
http://www.sciencemag.org/content/349/6245/328.abstract
性別決定是生殖細胞最終變為精子或卵子中間的重要過程。然而，脊椎動物生殖細胞性別決定的內在因素並不清楚。此項研究發現，在青鱂魚中foxl3表達於性腺生殖細胞但不表達於性腺的體細胞，並且參與生殖細胞精卵命運決定。成年的XX（性染色體）青鱂，如foxl3紊亂，便會在其組織學上有功能的卵巢生殖上皮內產生有功能的精子。在嵌合體青鱂中，突變的生殖細胞促發雌性野生型性腺內的精子生成。上述結果表明在青鱂體內，一個生殖細胞內在的因素（foxl3）參與決定其轉化為精子或卵子的命運；同時也證實了在雌性性腺環境內可以發生精子生成的過程。
（來自sciencemag.org；翻譯：夏璐，李拓圯，程孫雪子；審校：李拓圯，程孫雪子；部分譯文摘自sciencemagchina.cn）
這裡是「科學美國人」中文版《環球科學》服務科研人的微信號「科研圈」。想知道我們都幹些啥，可點擊閱讀原文，查看歷史消息。