我们高兴地向您宣布美国科学促进会(AAAS)和《科学》杂志共同推出的一个新项目:我们广受欢迎的每月通讯Science RoundUp现在有中文版了。之前它只面向AAAS会员和《科学》杂志的订购者,现在我们专门为所有中国读者提供其中文版Science Round Up China 。
 
作为我们期刊的长期读者,相信您一定有兴趣预订这个新的每月通讯。请浏览下面的一期样本。
 
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我们为能够给中国读者提供这项服务感到荣幸。我们将继续通过每月的Science Round Up China为您奉上最新的科学研究进展。
 

 

本月《科学》摘要:

空间细胞生物学
令人惊讶的玉米
IBEX和日光层
紧凑但复杂
测定格林兰的冰流失
基因疗法的成功
当分子碰到表面
动物种群的大衰减
目击方解石的结晶
在开花植物之前就已经有授粉的现象
蠕虫的生存策略
保护染色体的端点
本月的Science Signaling

组办方:CTSciNet, Science Careers in Translation

在CTSciNet (http://community.sciencecareers.org/ctscinet/) 建立新型的科学关系并探索最好的开展某种临床和转化科学事业的途径;这是一个来自Science, Science Careers的新的互联网社团,而AAAS因为获得了Burroughs Welcome Fund而使其成为可能。

 

空间细胞生物学1
特刊推介http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5957/1205

一个细胞在一个生物体中所处的位置以及其组成部分在该细胞内的位置会影响细胞所做的一切,其中包括该细胞能够行使的功能,其信号传递伙伴以及细胞是否要及如何进行生长和分裂等。在2009年11月27日刊《科学》杂志的一个专版中,人们探索了可促进我们对空间细胞生物学了解的多个主题。一篇Perspective讲述了一个细胞在身体内所处的位置会如何影响一个细胞的分化及其功能特征,以及细胞如何应用特别的基因表达程序来编码其所处的位置。有4篇Review文章聚焦在真核细胞上,探讨了肌动蛋白在细胞形状和运动中所起的重要作用;信使RNA在细胞内的位置是如何导致了它们所编码的蛋白质的局部化翻译的;细胞外基质的影响及其组成蛋白对细胞生理学的影响以及细胞信号在空间的传递。该版的最后一篇Review重点介绍了细菌中的复杂的内部构造,诠释了蛋白复合物的动态性亚细胞定位是这些单细胞生物调节过程的一个构成性的必要特征。
Science

 

令人惊讶的玉米

玉米是全世界最重要的农作物品种之一。它是食物、燃料的一个极为重要的来源,它也是进行遗传学研究的一个极有价值的生物模型。在2009年11月20日刊的《科学》杂志中,Schnable 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5956/1112 介绍了B73系玉米的基因组序列,其序列中有85%是由数百种转位因子所组成的。该基因组内含有超过3万2000个基因。其基因组还显示,不均衡的基因丧失与一种古老的异源四倍体的玉米基因组回返到一种基因的双倍体状态有关。Vielle-Calzada 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5956/1078 对墨西哥的玉米品种Palomero Toluqueño进行了基因组的测序,该玉米品种与B73系玉米的序列进行比较后,人们在其中发现了多个受到人工培植影响的基因座。Swanson-Wagner 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5956/1118 分析了玉米杂交品种中的基因表达模式,并发现差异性基因表达主要是由父系遗传的trans-eQTL (即位于某些染色体上的控制位于其它染色体上的基因差异性表达的DNA成分) 等位基因所驱动的。Gore 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5956/1115 向人们介绍了一个第一代玉米的单体类型图,它为整合全世界范围内的玉米栽培的努力以及通过整个基因组范围内的相关研究来剖析玉米的复杂性状提供了一个基础。在一则由C. Feuillet 和K. Eversole http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5956/1071 撰写的一篇附随的Perspective中,作者指出:“多年来玉米研究界的积累资源、种群、表型数据以及农艺学知识等艰苦工作现在可以随同基因序列资料而被整合在一起以加速该作物的改良。”

 

IBEX和日光层

太阳在局部的星际介质中移动,它持续性地发射出离子化、超音波的太阳风等离子体,并在星际空间切割出一个叫做日光层的空隙。自2009年初以来,NASA的Interstellar Boundary Explorer (IBEX)就在组建一个在日光层和星际介质之间的分界处产生的高能中性原子发射的全天空图。如McComas 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5955/959 , Fuselier 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5955/962 , Funsten 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5955/964 , 及 Möbius 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5955/969 在2009年11月13日刊《科学》杂志中所描述的(所有这些数据都已经在10月15日在互联网上发表),这些数据为人们提供了有关日光层与局部星际介质之间的相互作用以及有关星际环境本身的新的资讯(参看R.A. Kerr在10月16日刊的一则相关的News故事)。这些图揭露了一个始料未及的强烈发射带,其能量在0.2至6个千电子伏特之间,其覆盖面为天空中的一个广阔的长形带。该长形带的放射比带外放射的亮度要高2至3倍,这与目前的模型所预测的在整个天空中的小得多的差异形成了对比。Schwadron 等(在10月15日发表在互联网上) http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5955/966 将IBEX的观察与日光层的模型进行了比较并确认,迄今为止还没有一个模型可以充分地解释这些观察到的现象。在一则相关的Report中,Krimigis 等 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5955/971 介绍了一个高能中性原子的全天空图,该图是由围绕土星旋转的Cassini太空船上安装的Ion and Neutral Camera所获取的。综上所述,这些数据表明,与人们过去所认为的不同,日光层的形状与彗星的相应处的形状是不一致的。
Science

 

紧凑但复杂

Mycoplasma pneumoniae (肺炎支原体,这是导致“游走性肺炎”的致病菌之一)是人们发现的可自我复制的最小的生物体之一。同样地,它也代表了一种极佳的模型生物,人们在这种模型生物中可尝试在系统水平了解其生物学的构造。在2009年11月27日刊的《科学》杂志中,有三篇文章对M. pneumoniae 的蛋白质组、代谢网络以及转录物组的全面和定量分析进行了描述,它们披露了该微生物中存在着人们过去假设的仅限于真核细胞生物中才有的复杂性和控制水平。参见由H. Ochman和R. Raghavan撰写的Perspective; http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5957/1200。Kühner 等 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5957/1235 将由质谱仪所作的蛋白质相互作用的分析与大量的有关M. pneumoniae蛋白质的结构资讯及单颗粒电子显微镜方法相结合来阐明蛋白质是如何在细胞中进行组织并在大约200种分子机器中共同运作的。Yus 等 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5957/1263 将生物化学性、结构性及计算性资讯进行整合来重构M. pneumoniae的代谢网络。与有着较大基因组的细菌之代谢通路相比,M. pneumoniae的网络含有很少的代谢分支和冗余,但仍然包含了无数的可行使多种功能的酶。最后,Güell 等 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5957/1268 分析了在M. pneumoniae基因组中所编码的整套RNA的表达模式。他们发现,该细菌大量地应用非编码的RNA并在转录操纵子中含有外显子及内含子样的结构,使得其与真核细胞类生物相似的复杂的基因调控成为可能。

 

测定格林兰的冰流失

最近对格林兰冰盖的流失速度的各种测定之间的差异大约有三倍之多。解决这些差异对确定该冰盖目前的质量平衡以及预计未来海平面的上升都是至关重要的。现在,在2009年11月13日刊的《科学》杂志的一篇Report中,van den Broeke 等 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5955/984 介绍了来自两种完全独立的方法所产生的有关冰质丧失速度的具有一致性的估计:其中一种估计值是根据对冰块运动的观察与模型计算相结合所获取的,另外一种是根据由GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) 卫星所作的远距离重力测量所获取的估计值。该研究团队测定,在2000年至2008年间,该冰盖已经失去了~1万5000亿吨的冰块,这相当于每年全球的海平面上升了0.46厘米。然而,自2006年以来,夏季的高速冰块融化已经使得格林兰冰盖质量的丧失增加至每年2730亿吨(相当于每年海平面上升了0.75厘米)。将各种测试手段结合还能使研究人员分解各种表面过程(径流和降水)和冰动力学的各自的作用。这是冰块丧失的两种主要的途径。

 

基因疗法的成功

在经过多年的挫折及受到制药工业的怀疑和忽视之后,人们对基因疗法的希望再次有了发展。在2009年11月6日刊《科学》杂志的一篇Research Article中,Cartier 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5954/818 介绍了成功应用基因疗法来治疗2名年幼的男孩的X-连锁性肾上腺脑白质营养障碍(ALD)的首例报告。这是一种致命的遗传性脑病。参见由J. Kaiser撰写的ScienceNOW故事; http://sciencenow.sciencemag.org/cgi/content/full/2009/1105/1。ALD是因为基因*ABCD1*中的缺陷所引起的,该基因编码一种降解某些类型油脂所需要的转运蛋白;如果该蛋白阙如的话,会造成油脂的积聚从而损害保护神经的髓鞘。ALD通常是用骨髓移植的方法来治疗的,但这种方法常常会产生严重的并发症,并且有的时候患者无法找到合适的骨髓捐赠者。在新的基于基因疗法的治疗中,研究人员将每位男孩的血细胞取出,并对这些细胞用一种所谓的慢病毒载体(这是一种改良的HIV病毒,该病毒携带着一种功能性的ALD蛋白基因)进行处理。这些处理过的细胞接着又被注入回患者的体内。这些转移基因即使在2年之后被发现,它们仍然还在患者的血细胞中有所表达。与接受骨髓移植的患者相比,这2位病患都显示了神经学症状的改善以及疾病进展的延迟。在一篇附随的Perspective中,L. Naldini http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5954/805 写道,该项研究对在ALD和其它遗传性疾病中进一步测试这种治疗策略提供了支持。它也代表了在基因疗法领域中的一个人们长期追求的有回报的成就。
Gene Therapy

 

当分子碰到表面

模型和理论在预测 处于气相中的小分子间的反应结果上已经取得了相当的成功;但是,要让理论计算与来自金属表面的散在的分子的试验数据相符(这对了解工业催化反应具有意义)仍然是非常具有挑战性的。这是因为,在金属表面发生某一化学反应时的原子运动的途径并不遵循那些支配在气相(或液相)中发生化学反应的法则。在2009年11月6日刊的《科学》杂志中,有2篇Report对分子与金属表面相互作用的方式提供了新的阐释。Shenvi 等 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5954/829 应用一个最近研发的理论框架来检验当一个分子在接触某个金属表面的时候其能量是如何消散的。他们介绍了一氧化氮分子的振动和旋转是如何影响从一个金的表面进行散射的一种综合性的画面,它成功地解释了最近的实验观察。Díaz 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5954/832 描述了一种计算分子氢在一个铜表面的反应性散射的方法。其结果与大量的在个别量子状态水平系统的试验结果有着极佳的吻合。在一篇附随的Perspective中,E. Hasselbrink http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5954/809 重点介绍了这些研究。

 

动物种群的大衰减

地球近期历史上最为剧烈的环境变化之一是非常大型的动物的消失,这些动物包括猛犸象、乳齿象、恐鸟以及数以百计的其它动物,该事件发生在大约1万年前的地球的大部分的陆地之上。是什么造成了这些物种的灭绝,而这又对世界的生态系统造成了什么影响呢? 2009年11月20日刊的《科学》杂志上的一篇Report对这些问题提出了新的阐述。Gill 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5956/1100 分析了来自Appleman Lake, Indiana的沉积层以及数个New York 遗址的花粉、木炭以及真菌Sporormiella(小荚孢腔菌:该真菌会在大型食草类脊椎动物的粪便中生出孢子)。由于这些孢子会随同花粉和木炭积聚在沉积层中,因此,大型食草动物的生物质的变化可与植被和火烧在沉积层中的记录进行配比,而后者又转而能够进行年代测定并与其它的考古学和环境记录进行结合。研究人员发现,动物物种的大衰减开始于~1万4800年前,并经历了1000多年的时间;而这一物种的衰减发生在晚期冰川植物种群形成以及野火增加之前。所有这些的发生时间都比人们提出的地球外星球的撞击要早很多,因而排除了植被变化、火烧和星球撞击灾难是动物物种大灭绝的主要原因。在一则附随的Perspective中,C. Johnson http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5956/1072 重点介绍了该项研究,并对早期人类社群在该动物大消亡中可能起的作用以及接着而来的生态学的变化进行了思索。
Mammoth

 

目击方解石的结晶

单个晶体为了保持完整,它通常会在纳入尺寸及缺陷的数目上设限,然后才会出现基础晶格的销毁。然而,生物性晶体如组成海胆的棘刺或软体动物外壳的棱柱层的方解石结晶等会与诸如蛋白质和多聚糖 等大分子结合以增强这些构造的力学性质。在2009年11月27日刊《科学》杂志的一篇Report中,Li 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5957/1244 希望能够更好地了解大分子是如何在一个晶体中进行分布而同时又不会实质性地破坏晶体的晶格。该研究团队应用电子断层成像术来研究方解石(即碳酸钙)在琼脂凝胶中的结晶过程。他们发现,这些晶体以其自身来困住琼脂的高分子。琼脂纳米纤维的随机性的三维网络被结合到方解石的结晶之中,其过程是通过允许高能及低能纤维/晶体界面的触面来调节琼脂多聚物链的曲率而完成的。这些结果提示,仅靠物理相互作用就足以将高分子结合到无机的单体晶体之中(而非依靠在有机成分和增长中的晶体之间的特别的化学性相互作用)。在一则附随的Perspective中,D. Hollingsworth http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5957/1194 重点介绍了这一Report。

 

在开花植物之前就已经有授粉的现象

早期白垩纪(~1亿4000年之前)的被子植物(即开花植物)的出现也伴随着多种昆虫的共同进化,其中包括授粉所需的蝇类、蜜蜂和黄蜂。在2009年11月6日刊的《科学》杂志中,Ren 等人 http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5954/840 介绍了一个早至侏罗纪中期(~1亿7000万年前)的昆虫授粉的例子,那时开花植物还没有进化成功。根据化石昆虫的口器的比较形态学分析以及对化石以及它们周围的基质所作的成分分析,该研究团队报告说,有三个科的蝎蛉具有长管状的口器,使得它们能够汲食由一组现在已经灭绝的非被子种子植物所分泌的花蜜样的液体。尽管该研究团队没有发现与化石有关的花粉,但昆虫的多元性和特殊性以及相关的植物结构提示,它们参与了授粉互助活动。这三个科的蝎蛉在早白垩纪的晚期就已经灭绝了,而当时被子植物开始成为占优势的植物。在一篇附随的Perspective中,J. Ollerton 与 E. Coulthard http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5954/808 提出,这些发现可能代表了人们所知道的最早的在植物与授粉者之间的共同进化的例子。如果这一提法是正确的话,“它将改变我们对早期生态学及由昆虫授粉的进化的理解。”
Insect

 

蠕虫的生存策略

从细菌到脊椎动物,生物体能够通过中止它们的发育来对变化中的环境情况做出反应。对Caenorhabditis elegans(秀丽隐杆线虫)这种线虫样蠕虫的研究不仅开始披露了生物体应用了多元的生存策略,而且还揭示了介导这些策略的分子机制。11月13日刊《科学》杂志中的2项研究披露了2个多基因族的成员(即细胞核激素受体以及G蛋白偶联受体)是如何察觉并解读环境中的提示来调控C. elegans之滞育期的。在发育期的蠕虫会分泌一个复杂的化学物质混合物(它们被通称为耐久信息素[dauer pheromone])。该混合物的浓度决定了该蠕虫是否会进入生殖周期或是进入到一种发育停滞的耐久期。Kim 等人 (在10月1日的网络版已经先行发表; http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5955/994 )发现,耐久性信息素成分的一个亚族是通过独特的G蛋白偶联受体而发挥作用的,它或是通过调节神经内分泌轴而启动对发育和生理的长期影响,或是通过改变神经元的反应而触发对行为所产生的短期急性影响。Angelo 与 Van Gilst (在8月27日发表在网络版上; http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5955/954 )显示,处于饥饿状态的蠕虫生殖系统中的生殖细胞成分被有效地杀灭,所例外的是一小组被保留下来的干细胞。当这些蠕虫能够再次获取食物的时候,这些细胞会再生成为一个完整的新的具有功能的生殖细胞系。进入这一饥饿诱导的发育停滞期或从该停滞期中恢复需要细胞核受体NHR-49。在一则相关的Perspective中,Ogawa 和 R.J. Sommer http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5955/944 指出:“这两项研究进一步确立了线虫可作为一种研究动物生存策略以及环境调控生活史的独特模型。”

 

保护染色体的端点

真核细胞染色体的端点可能会被误认为是受到损伤或是断裂的DNA,因此需要保护其不受细胞DNA损伤反应通路的损害。在2009年11月13日刊的《科学》杂志中的一篇专门的Viewpoint文章中,T. de Lange http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/326/5955/948 讨论了被称作端粒的蛋白-DNA复合物(该研究获得了2009年诺贝尔生理学和医学奖)是如何解决这一所谓的端点保护的问题的。在哺乳动物中,一个被称作shelterin(蔽护素)的有6个亚基组成的蛋白复合物会与具有高度选择性的端粒DNA结合。这一复合物的不同的组分可以稳定染色体的端点并避免细胞的死亡。在某些单细胞性真核细胞(如酵母菌)中的该损伤反应通路与那些哺乳动物中的反应通路不同,而它们的端粒会以量身定制的方法来对这些差异做出反应。一幅相互作用图阐述了端粒如何解决线性染色体两端所面临的独特问题。在一个附随的声频采访中,《科学》杂志的资深编辑G. Riddihough与de Lange就有关细节进行了讨论。

 

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本月的Science Signaling

 

聚焦于应力

生物体面临着内源性和外源性的不间断的损害可能。2009年11月10日刊的Science Signaling中推出了一系列的有关信号传导通路的Perspective,这些信号传导通路将细胞所受的特别应力与其做出的恰当反应偶联在了一起。Jung and Jung http://stke.sciencemag.org/cgi/content/abstract/2/96/pe71 重点介绍了一种新发现的在Bacillus subtilis(枯草芽孢杆菌)的热休克反应中所做的翻译后修饰;而Garcia http://stke.sciencemag.org/cgi/content/abstract/2/96/pe70 对所发现的有关氧气的可利用度是细胞表面含量丰富的beta2肾上腺素能受体的一种调节因子的研究进行了讨论。Rutkowski http://stke.sciencemag.org/cgi/content/abstract/2/96/pe72 描述了一个调节在禁食时的葡萄糖异生作用的转录因子是如何参与在肥胖动物中的由内质网(ER)应力所触发的转录反应的。有2篇Perspective聚焦于应力对细胞周期的影响:Shiozaki http://stke.sciencemag.org/cgi/content/abstract/2/96/pe74 讨论了新发现的MAPK(丝裂原活化蛋白激酶)和TOR(它是雷帕霉素的标靶)通路是如何在裂殖酵母Schizosaccharomyces pombe中将细胞周期的进程与营养物质的可利用度进行偶联的;而Shiloh http://stke.sciencemag.org/cgi/content/abstract/2/96/pe73 对显示有关F-box 蛋白质在应对DNA损伤时可介导对细胞周期进展的抑制的新研究进行了评述。Wong在所撰写的Editorial Guidehttp://stke.sciencemag.org/cgi/content/abstract/2/96/eg14 中对这些Perspectives以及在Science Signaling档案中的文章是如何凸显了由不同的内源性和外源性应力所激发的信号传导通路的复杂且动态的性质进行了思索。

本月的Science Signaling还包括:
-- Ashique 等人 http://stke.sciencemag.org/cgi/content/abstract/2/95/ra70 报告了转录因子Rfx4对原纤毛形成的调控(2009年11月3日)
-- Chuenkova 和 PereiraPerrinhttp://stke.sciencemag.org/cgi/content/abstract/2/97/ra74 证明,一种细胞内寄生虫Trypanosoma cruzi的一种细胞表面蛋白可保护被感染的细胞不发生程序性细胞凋亡(20091117
-- Jin 等人 http://stke.sciencemag.org/cgi/content/abstract/2/98/ra76 在相关的播客采访中显示了蛋白质结构域组成是如何与进化的改变进行关联的。

 

图像鸣谢(按出现次序):2009年11月27日刊《科学》杂志的封面 [Frank Geisler/Alamy (肝细胞)/iStockphoto.com (罗盘)]; 2009年11月13日刊《科学》杂志封面 [Patrick McPike/Adler Planetarium]; Patrick Aubourg; Barry Roal Carlsen, University of Wisconsin-Madison; Wenying Wu