2014年1月30日《自然》杂志文章选读

封面故事：国际晶体学年特刊

Molecular structures: The crystal century

在Max von Laue因发现X-射线衍射而获得诺贝尔奖一个世纪之后，X-射线晶体学在几乎所有科学领域都留下了自己的身影。在本期特刊中，Nature杂志以分析von Laue的方法及其派生方法所产生影响的方式来纪念“国际晶体学年”。封面：Viktor Koen。（doi: 10.1038/505601a）

一个组蛋白变体的伴侣分子

ANP32E is a histone chaperone that removes H2A.Z from chromatin

组蛋白H2A.Z是组蛋白H2A（真核细胞的染色质中所存在的标准组蛋白之一）的一个变体。H2A.Z在转录和其他细胞核过程中有重要功能。在这篇论文 中，Ali Hamiche及同事发现人蛋白ANP32E是一个H2A.Z伴侣，能够促使H2A.Z从染色质中被清除。生化和结构数据指出了ANP32E识别和驱赶 H2A.Z的分子基础，而全基因组图谱分析则揭示了ANP32E是怎样调控H2A.Z在基因组重要调控区域中之存在的。（doi: 10.1038/nature12922）

调控性lncRNAs历史非常悠久

The evolution of lncRNA repertoires and expression patterns in tetrapods

我们对“长非编码RNA”(lncRNAs)的演化史知之甚少，但这方面的信息可帮助了解它们的功能。为此，Henrik Kaessmann及同事发表了对11种四足动物的全部lncRNA及表达模式所做的首次大规模演化研究。他们识别出了超过1万个灵长类特有的 lncRNAs和大约2500个高度保守的lncRNAs，其中大约400个很可能起源于至少3亿年前，这在四足动物历史上是非常早的。很多 lncRNAs，尤其是那些更古老的，目前仍在积极的使用中，其功能可能主要是调控胚胎发育以及从精子生成到突触传递的其他功能。（doi: 10.1038/nature12943）

诱导产生多能性的一个新方式

Stimulus-triggered fate conversion of somatic cells into pluripotency

Bidirectional developmental potential in reprogrammed cells with acquired pluripotency

形成哺乳动物身体主要部分的体细胞的命运被认为主要是由发育的细胞分化过程完成的时间决定的。响应于环境压力的重新编程已在植物中被观察到，但迄今尚未在 哺乳动物细胞中被观察到。现在，由Haruko Obokata及同事发表的两篇论文描述了一个出乎意料的重新编程现象，作者将其称作“由刺激触发的多能性获得”(STAP)。在STAP中，小鼠体细胞 如CD45+造血细胞因瞬时处于低pH环境而被重新编程为具有多能性。对STAP细胞的分子特征和发育潜力所做的大量分析表明，它们代表着多能性的一个独 特状态，并为转录因子的使用提供了另外一个多能细胞来源（此方法已成为生成诱导多能干细胞的常规方法）。（doi: 10.1038/nature12968 & doi: 10.1038/505622a & doi: 10.1038/nature12969）

在活体中探测RNA结构

In vivo genome-wide profiling of RNA secondary structure reveals novel regulatory features

Genome-wide probing of RNA structure reveals active unfolding of mRNA structures in vivo

Landscape and variation of RNA secondary structure across the human transcriptome

由于是单链的，所以RNA能够通过分子间和分子内的碱基配对采取多种不同的二级结构。本期Nature上发表的三篇研究论文，让我们对RNA结构在活体中 的种类、动态和功能影响有了一个深入认识。Sarah Assmann及同事对模型植物拟南芥的超过1万个转录体进行了活体RNA结构分析。他们所采用的“结构-序列”方法将活体化学(DMS)探测和下一代测 序相结合，在全基因组尺度上提供单核苷酸分辨率。不同结构模式被发现与编码区域、剪接点和多腺苷酸化点相关。将这些结果与通过早先的技术获得的结果所做比 较显示，虽然对一些类别的基因的预测是相当准确的，但对其他基因（如在应激反应中所涉及的基因）的预测则很差，而这可能反映了使得它们更适应那种条件的变 化。Jonathan Weissman及同事也建立了一个“DMS-序列”方法，来以单核苷酸精度对酵母和哺乳动物细胞中的RNA结构进行全面监测。通过将他们的发现与非活体 数据相比较，作者得出结论认为，细胞内的结构要比所预料的少。甚至热稳定的RNA结构的性质在细胞中也可以被改变，这说明了细胞过程在调控RNA结构中的 重要性。 Howard Chang及同事提出一个不同的问题：RNA二级结构在相关个体中是怎样在“全转录组”层面上改变的？通过计算两个家长和他们孩子的RNA二级结构，他们 发现，被转录的单核苷酸变体中大约15%影响局部二级结构。这些被称为 “RiboSNitches”的结构在某些地点被耗尽，说明在那个点上某一具体RNA结构是重要的。这项研究表明，关于RNA结构的变化（尤其是那些由遗 传变异所造成的变化）会怎样改变基因表达还有很多东西需要了解。（doi: 10.1038/nature12756 & doi: 10.1038/505621a & doi: 10.1038/nature12894 & doi: 10.1038/nature12946）

兄弟阋于墙

Within-group male relatedness reduces harm to females in Drosophila

最新理论表明，雄性之间的竞争（对雌性造成伤害的一个可能原因）可以通过雄性之间因彼此关系近而进行的合作被缓和。本文作者通过在实验中操纵雄性果蝇之间 的关系远近证明了这一点。与跟互为兄弟的雄性交配的雌性与那些跟不相关的雄性交配的雌性相比，终生的生殖适应性更强，生殖衰老速度更慢。在雄性果蝇群内， 进攻性行为在兄弟之间有所减少，但与某一不相关的雄性构成一对的兄弟生殖成功率降低。（doi: 10.1038/nature12949 & doi: 10.1038/nature12853）

狄拉克磁单极子的实验观察

Observation of Dirac monopoles in a synthetic magnetic field

自从狄拉克1931年建立了关于磁单极子的全面理论以来，物理学家就一直想把这些只有一个北极或一个南极的假想粒子分离出来。虽然磁单极子相似物已在自旋 冰和其他奇异系统中被发现，但尚未有狄拉克磁单极子在一种由一个量子场所描述的介质内被直接观察到。但是现在，David Hall及同事报告了对在由一个自旋或“玻色-爱因斯坦”凝聚态所产生的人造磁场中的狄拉克磁单极子的实验观察。作者获得了在凝聚态内的涡线末端的单极子 的真实空间图像，提供了证明狄拉克磁单极子之存在的证据。狄拉克磁单极子在一个受控环境中的生成和操纵为一系列实验和理论研究打开了大门。（doi: 10.1038/nature12954 & doi: 10.1038/505627a）

一个附近褐矮星上的天气变化

A global cloud map of the nearest known brown dwarf

最近发现的被称为Luhman 16AB的系统是由两个褐矮星（比行星大得多、但又没有大到足以成为恒星的天体）组成的一个双星体系，距我们仅仅六光年。只有“半人马座阿尔法星”和“巴纳德星”比它更近。现在，Ian Crossfield等人在近红外波段测绘了褐矮星Luhman 16B的表面，发现了表示存在云块的大尺度表面模式。监测表明，该天体全球气候模式演变的特征时间尺度大约为一天。对褐矮星上天气模式演变做进一步观测，有可能为了解全球循环条件怎样影响褐矮星和巨大太阳系外行星上的尘埃大气提供一个新基准。（doi: 10.1038/nature12955 & doi: 10.1038/505625a）

主小行星带的大量活动

Solar System evolution from compositional mapping of the asteroid belt

主小行星带（曾被认为是行星形成过程所耗尽残留物的一种垃圾场）近年来成为一个活跃的区域，为了解那些仍然在影响我们的太阳系以及宇宙中很多太阳系外行星 系统的过程提供了一个窗口。Francesca DeMeo 和 Benoit Carry对在小行星的发现和定性方面所取得的最新进展进行了综述。自上个世纪80年代以来已有超过50万个小行星被发现和测绘，它们在大小、组成和轨道 上具有显著的多样性。新的证据表明，存在着通过行星迁移而发生的实质性混合过程以及随后的动态过程。明年，美国国家航空航天局(NASA)的Dawn宇宙 探测器预定将与Ceres（小行星带中最大天体，最近被证明含水）相会，所以可以预计这一领域将会有很多新进展。（doi: 10.1038/nature12908）