2019年1月4日Science期刊精華

　　本周又有一期新的Science期刊（2019年1月4日）發布，它有哪些精彩研究呢？讓小編一一道來。

圖片來自Science期刊。

　　1.Science：挑戰常規！發現第二種初級視覺皮層

　　doi:10.1126/science.aau7052

　　視覺系統很可能是大腦中最容易理解的部分。在過去的75年里，神經科學家們已詳細地介紹了進入你眼睛的光波如何讓你識別你祖母的臉部、跟蹤飛行中的鷹，或者閱讀這句話。但是，在一項新的研究中，來自美國加州大學舊金山分校的研究人員對視覺科學的一個基本方面提出了質疑，指出即便是得到最好研究的大腦部分仍然會有很多驚喜。相關研究結果發表在2019年1月4日的Science期刊上，論文標題為“A collicular visual cortex: Neocortical space for an ancient midbrain visual structure”。

　　根據視覺處理的標準理論模型，來自視網膜的所有視覺信息必須首先通過大腦后部的初級視覺皮層（V1）來提取簡單的特征，如線條和邊緣，隨后將它們傳送到許多“高階“視覺區域以便提取越來越復雜的特征，如形狀、陰影和運動等。

　　這項新研究首次表明在這些所謂的參與感知移動物體的高階視覺區域中，有一個視覺區域完全并不依賴于來自V1的視覺信息。相反地，這個稱為后鼻腔皮層（post-rhinal cortex, POR）的視覺區域似乎直接從位于大腦底部的一個在進化上較為古老的稱為上丘（superior colliculus）的感覺處理中心獲得視覺數據。

　　2.Science：新研究將轉基因煙草的生物量增加大約40%

　　doi:10.1126/science.aat9077； doi:10.1126/science.aav8979

　　在一項新的研究中，來自美國農業部和伊利諾伊大學香檳分校的研究人員將遺傳構造體導入到煙草植物中，從而調整它們中的一種稱為光呼吸（photorespiration）的過程。當一種稱為Rubisco的酶意外地捕獲氧分子而不是植物生長所需的二氧化碳時，光呼吸就會發生。這種過程在大約20%的時間里發生，可導致植物產生一種稱為乙醇酸（glycolate）的有毒化學物質。相關研究結果發表在2019年1月4日的Science期刊上，論文標題為“Synthetic glycolate metabolism pathways stimulate crop growth and productivity in the field”。

　　為了去除乙醇酸，植物通過在細胞的多個區室中發生的一系列化學反應將它轉化為有用的化合物，并將光合效率（photosynthetic efficiency）降低多達50％。為了恢復光合效率，這些研究人員通過導入這些遺傳構造體對他們的煙草植物進行基因改造，從而讓乙醇酸保持在一個細胞區室并在那里完成轉化。

　　這些研究人員測試了在典型的農業條件下，這些經過基因改造的煙草植物（即轉基因煙草植物）在田間的表現。與未經過基因改造的煙草植物相比，這些經過基因改造的煙草植物的生物量增加了大約40％。

　　3.Science：便攜式DNA測序儀在檢測病毒疫情中大顯身手

　　doi:10.1126/science.aau9343； doi:10.1126/science.aav8958

　　在一項新的研究中，來自美國、尼日利亞、英國、德國、比利時、瑞士和新加坡的研究人員發現，隨著病毒疫情的爆發，利用便攜式DNA測序儀了解關于這種病毒疫情的更多信息是可能的。在他們發表在2019年1月4日那期Science期刊上的一篇標題為“Metagenomic sequencing at the epicenter of the Nigeria 2018 Lassa fever outbreak”的論文中，他們描述了他們對在尼日利亞最近發生的一次病毒疫情期間受影響的患者中的拉沙病毒（Lassa virus）DNA的分析，以及他們取得的發現。美國波士頓大學醫學院的Nahid Bhadelia針對這項新的研究在同期Science期刊上發表了一篇標題為“Understanding Lassa fever”的觀點（Perspective）類型論文。

　　鑒于得知由拉沙病毒導致的拉沙熱（Lassa fever）病例在尼日利亞飆升，這些研究人員測試了這樣的一種稱為Oxford Nanopore MinION的DNA測序設備。當吃了已被受感染大鼠污染的食物時，或者在某些情況下吸入來自大鼠糞便中的懸浮顆粒時，人們就會感染上這種病毒。

　　這些研究人員前往拉沙熱疫情現場，開始收集患者的血液和組織樣本。他們總共收集了120例樣本，但是鑒于存在互聯網連接問題，他們僅能測試其中的36例樣本。不過這足以解答兩個最為緊迫的問題：患者人數突然增加是由于病毒變異導致的嗎？如果是這樣的話，它如今能夠在人際間傳播嗎？幸運的是，這兩個問題的答案都是否定的，這一發現允許衛生官員著重關注于大鼠控制，而不是設置隔離區。它還表明，便攜式DNA測序儀能夠在下一次大流行病失控之前，為阻止它提供急需的幫助。

　　4.Science：重大進展！揭示功能多樣化的V型CRISPR-Cas系統

　　doi:10.1126/science.aav7271

　　在一項新的研究中，來自美國Arbor生物技術公司（Arbor Biotechnologies）的研究人員鑒定出Cas12蛋白的其他成員：Cas12c、Cas12g、Cas12h和Cas12i展現出RNA引導的雙鏈DNA（dsDNA）干擾活性。Cas12i對crRNA間隔序列的互補鏈和非互補鏈表現出顯著不同的切割效率，從而主要導致dsDNA切口。作為一種核糖核酸酶（RNase），Cas12g表現出RNA指導的靶向切割RNA活性，此外還附帶具有非特異性地反式切割單鏈DNA（ssDNA）的活性。

　　這項研究揭示出V型CRISPR-Cas的不同進化途徑中出現多能多樣性，這會擴展CRISPR工具箱。

　　5.Science：Syt3促進AMPA受體內吞，抑制觸強度和遺忘

　　doi:10.1126/science.aav1483； doi:10.1126/science.aaw1675

　　AMPA受體進出突觸后膜表面調節突觸強度，是學習和記憶的基礎。Awasthi等人發現膜內在蛋白突觸結合蛋白-3（synaptotagmin-3, Syt3）主要存在于神經元的突觸后內吞區，在那里它促進AMPA受體內化。在Syt3過度表達或敲降（指的是表達下降）的神經元中，突觸傳遞和短期可塑性沒有變化。 然而，在來自Syt3敲除小鼠的神經元中，突觸性長期抑郁被廢除并且衰退的長期增強持續存在。在Syt3敲除小鼠中，空間學習沒有變化；然而，這些動物在水迷宮空間記憶任務期間顯示出遺忘和再學習受損的跡象。

　　6.Science：共生微生物特異性的T細胞是靈活多變的

　　doi:10.1126/science.aat6280

　　諸如皮膚之類的屏障組織是非侵入性共生微生物與常駐T細胞持續發生相互作用的部位。 這些相互作用可導致共生微生物特異性的T細胞反應，從而促進宿主防御和組織修復等功能。Harrison等人發現皮膚駐留的產生共生微生物特異性的IL-17A的CD4+和CD8+ T細胞亞群具有雙重性質：它們共表達指導拮抗性抗微生物劑（17型）、抗寄生蟲劑產生和促組織修復（2型）程序的轉錄因子。當皮膚受損時，上皮細胞警報素（alarmin）允許17型T細胞激活2型細胞因子。因此，共生微生物特異性的17型T細胞能夠在穩態條件下指導抗微生物活性，但在損傷的情況下迅速地啟動組織修復。

　　7.Science：DNA斷裂竟有助于促進適應新環境

　　doi:10.1126/science.aan1425

　　在不同的定植事件中，對新環境的適應通常以類似的方式發生。棘魚（stickleback fish）代表了這方面的一個典型例子：在淡水中的反復定殖導致它們的骨盆后鰭喪失。之前的研究已表明一個骨盆增強基因參與其中。Xie等人如今發現這個基因位于一個因具有較高的胸腺嘧啶-鳥嘌呤含量而易于發生雙鏈DNA斷裂的基因組區域。這個易于發生斷裂的區域可能導致較高的突變率，從而促進棘魚不斷地適應新環境。

　　8.Science：解析出酵母Sec復合物的三維結構

　　doi:10.1126/science.aav6740

　　大約三分之一的蛋白通過普遍保守的Sec61蛋白輸出通道轉運到內質網中。Itskanov和Park解析出來自酵母的Sec復合物的低溫電鏡結構，其中Sec復合物介導許多分泌蛋白跨過內質網膜時的翻譯后轉位。這項研究揭示了Sec63如何激活Sec61通道以便插入底物多肽。這種結構還解釋了Sec63和核糖體對這種通道的相互排斥性的結合。

　　9.Science：一種原始的巨型哺乳動物

　　doi:10.1126/science.aal4853

　　早期的陸生羊膜動物進化成兩組：導致鳥類和恐龍譜系的蜥形類（sauropsids），以及導致哺乳動物的單孔類動物（synapsids）。二疊紀期間的單孔類動物多種多樣，但在二疊紀末期滅絕后（大約2.52億年前）大大減少。幸存到三疊紀時期的少數群體大多數都很小并且保持著笨拙地爬的步態。然而，Sulej和Nied?wiedzki描述了來自波蘭三疊紀晚期的一種二齒獸（dicynodont），它與一些共同存在的恐龍一樣大，而且似乎有直立行走的步態，類似于現代的哺乳動物。因此，三疊紀時期的巨型動物并不僅僅是恐龍。