Nature2008年3月13日中文要览
封面故事：“湾流”对大气高层的影响
Influence of the Gulf Stream on the troposphere
“湾流”（Gulf Stream）是一个大西洋暖流，它将热量向北输送，使西欧在冬季要比
北美明显温暖。人们知道它会影响短期天气现象，如地表风及气旋的形成等，但它对长
期气候及大气高层的效应却不是很清楚。现在，将天气分析、卫星数据及一个大气环流
模型结合起来的一项研究显示，“湾流”的影响在大气层中远远高于地表的部分也能感
受到。该洋流形成一个由上行运动的大气构成的高墙，该高墙穿进对流层中，支持深层
的雨云。这为“湾流”影响局部气候提供了一个通道，“湾流”通过这个通道还可能利
用对行星波传播的一个效应来影响远距离之外的其他地方的气候。在本期封面图片上，
表面洋流速度用蓝-白色表示（白色是最快的），上行风速度用黄-红色表示（红色表示
更强的风），图上同时还有北美东部的地面-海洋表面地形。封面图片提供：F. Araki
and S. Kawahara, ESC JAMSTEC
（Letter p. 206）
种群生物学和基因组学的交汇（Survival fit for a genome）
Genetic basis of fitness differences in natural populations
在其关于适应性的遗传基础的综述文章中，Hans Ellegren 和Ben Sheldon提出，种群
生物学和基因组学领域正在向一个点上交汇，在这个交汇点上，科学家们在我们对自然
种群的演化的认识方面很快就有可能取得重大进展。以动物为研究对象（尽管用植物所
做的类似的研究工作也在进行中），他们解释了基因组方法何以能够确定自然种群中的
基因型-表现型关系，从而为了解定量变异的遗传架构及自然选择的遗传基质提供线
索。
（Review Article, p. 169）
新的一类家畜用驱虫药被发现（A new class of anthelmintic）
A new class of anthelmintics effective against drug-resistant nematodes
用药物来控制家畜的病原性蛔虫的方法（这是现代家畜管理的一个重要工具），因对目
前可供使用的所有三种类型的驱虫药的多药物抗药性的传播而正在被葬送。在过去25年
里，除了“环缩酚酸肽”（cyclodepsipeptides）之外（该药用于猫，而不能用于家
畜），没有新类别的驱虫药进入市场。现在，Kaminsky等人报告，他们发现了一个新类
别的驱虫药——胺基乙腈衍生物，它们似乎是通过线虫特有的乙酰胆碱受体发挥作用。
它们对各种不同的家畜病原体都有效，而且如果被证明对动物是成功的话，也许还可能
用于人类，因为人体寄生虫的抗药性也在增强。
（Article p. 176; News & Views）
PKM2在癌细胞代谢中的作用（Cancer cell metabolism: The Warburg effect）
Pyruvate kinase M2 is a phosphotyrosine-binding protein / The M2 splice
isoform of pyruvate kinase is important for cancer metabolism and tumour
growth
胎儿组织和肿瘤等迅速增长的组织中的代谢调控往往与大多数正常成年组织中不同，很
多肿瘤细胞已知表达糖酵解通道酶——丙酮酸盐激酶（PKM2）的M2（胎儿）形式，而不
是表达成年M1异形体。本期Nature上两篇相联系的论文专门对PKM2在肿瘤细胞中的作用
进行了研究。在第一篇论文中，PKM2通过蛋白组筛选方法被识别为一种磷酸化酪氨酸结
合蛋白。内生PKM2被一种不能结合磷酸化酪氨酸的点突变体的取代会影响癌细胞在培养
中的生长，说明通过磷酸化酪氨酸结合来调控PKM2活性对于癌细胞增殖是必需的。在第
二篇论文中，PKM2被发现促进肿瘤生成，并且会将细胞代谢变成乳酸产生量增加、耗氧
量减少的状态。这种模式很像Otto Warburg上个世纪30年代所观察到的Warburg效应的
关键方面，即很多癌细胞要通过糖酵解产生能量，之后是在细胞质中进行的乳酸发酵，
而不是更常见的丙酮酸盐的线粒体氧化。
（Article p. 181）（Letter p. 230）
SATB1可能是乳房肿瘤的治疗目标（Cancer target）
SATB1 reprogrammes gene expression to promote breast tumour growth and
metastasis
对正常的及癌变的乳房上皮细胞系所做的一项研究表明，染色质组织器SATB1在进攻性
的乳房癌细胞中表达，而不在正常细胞中表达。它在乳腺癌中经常是过度表达的，与预
后较差有关，而且它还改变有助于增强肿瘤生成及转移的很多基因的表达。所以，
SATB1似乎起一种基因组组织器的作用，促进乳房肿瘤生长和转移，而且它还可能是一
个有用的治疗目标。
（Article p. 187）
地球类行星最初是怎样形成的（Planet formation: Early reflections）
Reflected light from sand grains in the terrestrial zone of a protoplanetary
disk
地球类行星的形成被认为开始于星际颗粒的凝聚，这些星际颗粒直径只有1微米，它们
能较快地形成直径分别为1毫米（沙子）、1厘米（砾石）和1米（顽石）的物体。在原
始行星盘中观测到这么小的物体的可能性看来是非常小的，但将KH 15D交食双星体系中
尘埃盘的反射光谱及不规则几何结合起来，研究人员获得了这一过程的一个间接观测结
果。从这个盘反射出的光的光谱与存在“沙粒”的事实相一致，这些“沙粒”在宿主恒
星的陆地区域增长到直径大约为1毫米或更大。
（Letter p. 194）
用DNA搭建超级分子结构的方法（Supramolecular structures: DNA bricks make
complexity simple）
Hierarchical self-assembly of DNA into symmetric supramolecular polyhedra
通过利用分子的可编程性来控制它们的相互作用，已经从DNA获得了各种不同的有特定
规律的材料和纳米结构。但用当前的制造方法制备更大、更复杂的三维结构将需要数百
个独特的DNA链，这是一个与现实相差很大的命题。现在已经有了办法。来自杜克大学
的一个小组开发出一种模块化方法，它就像是一种用DNA来搭建的“乐高积木”。少量
DNA分子通过程序控制折叠成一个基本结构单元，然后4个、20个或60个该单元的拷贝根
据反应条件分别组装成四面体、十二面体或巴克球（buckyballs）。其他复杂结构也应
当可用这种办法来组装。
（Letter p. 198）
影响溪流及河流清除硝酸盐速度及效率的因素（Nitrogen sinks: Changing places）
Stream denitrification across biomes and its response to anthropogenic
nitrate loading
生物圈中所增加的氮约有1/4是从河流输送到海洋或内陆流域的，这说明相当大的氮汇
（很可能是溪流和河流本身）一定存在于景观中。Mulholland等人发表了来自在美国和
波多黎各的原始流域、城市流域及农业流域的72个小溪中所进行的氮稳定同位素示踪实
验的数据。通过生物吸收和脱氮所发生的硝酸盐清除速度通常随硝酸盐浓度增加而增
加。但硝酸盐清除效率会随硝酸盐负荷的增加而降低。 这些发现凸显了减少因认为原
因进入河流的氮负荷的重要性，因为当地溪流清除过量硝酸盐污染的能力会因土地利用
变得更加集约化而降低。利用一个溪流网络作为模型来将这些结果放大到整个一个河流
网络的研究表明，溪流中过量的硝酸盐会使向接受硝酸盐输入的水域所输出的那部分硝
酸盐不成比例地增加，会降低小溪流相对于大溪流作为硝酸盐汇的作用。
（Letter p. 202; News & Views）
多样性与生产力之间在演化时间尺度上的关系（Evolution of diversity:
Productivity gain）
Diversity and productivity peak at intermediate dispersal rate in evolving
metacommunities
若干研究表明，物种多样性与生态系统生产力之间在短时间尺度上存在正相关，但我们
对它们在演化时间尺度上是怎样关联的知之甚少。用细菌作为实验模型是解决时间尺度
问题的一个办法。在用演化约500代的荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）微环
境所做的一项实验中，由环境异质性和扩散所驱动的适应性辐射导致功能多样性和生产
力（二者都在中间扩散速度时达到峰值）之间一个正相关的从新形成。这表明，演化多
样化过程在形成与在自然界中所观测到的群落及生态系统特性相关的特性中起中心作
用。
（Letter p. 210）
确定基因组中DNA甲基化模式的方法及其应用（DNA regulation: Mapping the
methylome）
Shotgun bisulphite sequencing of the Arabidopsis genome reveals DNA
methylation patterning
一种新开发的定性一种生物的“methylome”（即基因组中DNA甲基化的模式）的方法，
已被用来生成拟南芥中甲基化的胞嘧啶的一个分布图，其分辨率达到单个碱基对的水
平。被称为BS-Seq的这种方法将基因组DNA的亚硫酸氢盐处理与超高通量的DNA测序结合
起来，从而获得比以前更精确、更全面的结果。DNA甲基化在调控基因表达中是一个重
要因子，而且这种方法（可应用于像小鼠及拟南芥这样的更大的基因组）会被证明是关
于这种形式的基因调控研究中的一项重要进展。
（Letter p. 215）
视觉神经元反应的控制（The visual cortex: Controlling neural responses）
Adaptive coding of visual information in neural populations
视觉系统多个阶段的各个神经元会适应视场中不变的特征，但这种适应性是怎样改变群
体动态的却不知道。Diego Gutnisky 和Valentin Dragoi发现，在猕猴V1中，对短暂呈
现的定向刺激的适应性改变成对校正（pairwise correlations），并且会影响到群体
编码的效率。
（Letter p. 220）
一种能够抑制皮肤细胞“干性”的微RNA（An RNA to block ‘stemness’ in skin
cells）
A skin microRNA promotes differentiation by repressing 'stemness'
上皮组织如皮肤等能够自我更新，这要感谢最底层中的干细胞。由这些干细胞生成的细
胞在朝着组织表面生长的过程中会分异，失去增殖能力。现在，一种微RNA被与这一分
层及分异过程联系了起来。这种微RNA即miR-203，它并不在上皮干细胞中表达，而是在
细胞进行分异时产生的。它抑制细胞的“干性”（stemness），通过抑制p63（已知调
控皮肤中干细胞维护的一种蛋白）的生成来实施分异。
（Letter p. 225）
膜蛋白UNC93B对TLR7 和TLR9的调控（Toll-like receptors: Regulation by UNC93B）
UNC93B1 delivers nucleotide-sensing toll-like receptors to endolysosomes
“Toll样受体”（TLRs）能够识别微生物成分和启动宿主免疫反应。尽管TLR通道在预
防传染性疾病方面起关键作用，但对不同TLRs是怎样调控的我们并不知道。现在，Kim
等人报告，膜蛋白UNC93B专门调控TLR7 和TLR9（它们是能够识别核苷酸的一个小类别
的TLRs）的细胞内输送，在TLR信号作用中扮演一个不可缺少的角色。
（Letter p. 234）
与C. difficile脱水酶相关的一种烯丙基羰自由基（C. difficile’s radical
solution）
An allylic ketyl radical intermediate in clostridial amino-acid fermentation
在人的肠道中，名为Clostridium difficile的细菌（是世界范围内医院感染的一个普
遍原因）把l-leucine既当一种氧化剂利用又当一种还原剂利用。发酵过程涉及一个在
化学上要求很高的脱水步骤，该步骤是由一种含有铁-硫团的脱水酶催化的，被认为涉
及羰自由基（ketyl radicals）。这个怀疑已被结合到这种脱水酶上的一种与产品相关
的烯丙基羰自由基（allylic ketyl radical）的识别而确认。以前所描述的自由基酶
需要辅酶B12、S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine）或氧等自由基生成剂的帮
助。这样的帮助对C. difficile 2-hydroxyacyl-CoA脱水酶是不需要的，从而使得这种
酶成为生物化学中一种前所未有的酶。在厌氧环境中生长的其他细菌中也许能找到类似
的酶。
（Letter p. 239; News & Views）
细胞核内的分区及其作用（Nuclear compartments: Gene silencing by location）
Transcriptional repression mediated by repositioning of genes to the nuclear
lamina
细胞核内的分区（Compartmentalization）被认为在调控后生动物基因中扮演一个重要
角色，而且核纤层（一种支撑内核膜的细丝结构）可能参与了这一过程。Reddy等人设
计出一种将一个染色体区域人工捆绑到哺乳动物细胞内核膜上的方法，他们发现，这样
做引起基因转录的抑制，同时使核纤层蛋白（lamin）和其他内核膜在捆绑区的积聚。
本文作者们提出，内核膜/核纤层腔（后生动物细胞核的一个显著特征）可被用来组装
周围染色质区域，它们在受影响的染色质区域中抑制基因的表达。
（Letter p. 243）
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