Nature一周论文导读｜2022年11月17日

审校 小勺 阿金

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（导读 阿金）目前的人类参考基因组GRCh38代表着20多年来生成高质量组装的努力，从而造福社会。本研究确定了现有基因组测序结合组装方法可生成最完整且精确的二倍体基因组组装。研究人员组装了第一个高质量的二倍体参考基因组；发现更多单倍型之间的遗传变异，约48%的蛋白质编码基因在单倍型间存在非同义氨基酸变化，其中中心粒区多样性最高。该发现为组装近乎完整的二倍体人类基因组提供新基础。[论文详细信息]

（导读 阿金）自闭症中大脑分子病理涉及皮层中的小胶质细胞、星形胶质细胞和神经免疫基因的上调、突触基因的下调以及基因表达梯度减弱。本研究分析112名自闭症患者和正常对照者死后样本中的725个大脑样本进行了RNA测序，发现自闭症大脑皮层中广泛的分子变化，范围超出皮层关联区，广泛涉及到初级感觉区。[论文详细信息]

（导读 领研网）脊髓损伤（SCI）中断大脑和脑干到腰部脊髓的连接，导致患者无法行走。而在神经康复过程中应用硬膜外电刺激（EES REHAB）可促进行走能力的恢复。本研究在9名SCI患者中进行了为期5个月的EES REHAB治疗，发现该疗法可重塑脊髓结构，通过小鼠模型结合单细胞核RNA测序技术、空间转录组学等，识别出与EES REHAB治疗影响的神经元亚群：表达VSx2或者Hoxa 10的两类兴奋性腰髓中间神经元。结果揭示了这类神经元在瘫痪后恢复行走能力的关键作用。[相关报道：Nature | 可使瘫痪患者恢复行走能力的神经元]

（导读 领研网）虽然如今生物传感器可满足污染物监测需求，但在传感速度、信噪比、时间响应等方面仍有局限性。本研究开发出能够产生电读数且检测时间为分钟的生物传感器，使用模块化的八组分合成电子传输链对大肠杆菌进行编程，使其产生电流以响应特定的化学物质。随后对电流传感器进行修改，可在3分钟内检测城市水道样品中的内分泌干扰物。该结果为开发微型低功耗生物电子传感器提供了新平台。[相关报道：生物电子传感，实时监测环境污染物！]

（导读 严冰冰）学习相关的大脑活性改变影响适应性行为。本文研究小鼠在线性跑步带上学习奖赏位点的过程，记录海马CA1神经元群体活性。适应性的过表征依赖行动时间尺度突触可塑性（BTSP）机制。BTSP被认为由树突电压信号所驱动，研究认为由内嗅皮层第三层神经元（EC3）的输入所驱动。EC3神经元群体的活性特征发出指令信号介导BTSP以形成过表征。这些数据表明EC3特异适应行为相关的环境特征，学习相关的海马改变是由EC3指令介导的突触可塑性导致。[论文详细信息]

（导读 阿金）疟疾感染涉及临床上无症状的肝脏阶段，目前肝细胞在分子水平上对寄生虫发育的影响尚待阐释。本研究结合单细胞RNA测序以及单分子转录成像，以区域控制方式表征了啮齿动物疟疾寄生虫伯氏疟原虫ANKA中宿主和寄生虫的时间表达程序，识别出不同区域内寄生虫基因表达差异。结果发现寄生虫在中央小叶区域发育得更快，还识别出偏向静脉周围的肝细胞亚群，这些细胞可上调免疫募集以及关键的信号通路程序。该结果为理解疟原虫感染肝阶段提供了新思路。[论文详细信息]

（导读 领研网）提高全球范围内病毒诊断和监测检测能力对流行病的防控至关重要。本研究将针头大小的磁铁聚集在手提式一体化实验室套件中，开发出一个基于核酸扩增检测（NAAT）的自动化检测平台，研究人员使用来自出现新冠肺炎症状的个人检测样本，结果表明测试灵敏度为98%，特异性为100%。该技术有潜力作为广泛的生物医学和生物技术有力应用工具，以更好应对未来可能的大流行病暴发。[论文详细信息]

（导读 领研网）膳食纤维对我们的健康有着多重意义。本研究综合分析了菊粉对肠道菌群构成、细菌代谢产物以及后续免疫应答的影响，发现菊粉的摄入首先让肠道中的拟杆菌显著增加，胆汁酸水平明显上升，从而激活了2型固有淋巴样细胞（ILC2s），增强嗜酸性粒细胞水平，同时也意味着菊粉促进了2型炎症反应。结果为理解过敏性炎症、组织保护和宿主防御等方面的病理生理学提供新思路。[相关报道：这种常见的膳食纤维，还有意想不到的好处]

（导读 领研网）许多神经退行性疾病发生的标志是损伤性蛋白质异常聚集。本研究将大脑周围血管和软脑膜附近的免疫细胞定义为脑实质边缘巨噬细胞（PBM），通过小鼠模型观察到PBM的存在对血管功能非常重要，大脑动脉树附近的PBM可以调节驱动脑脊液流动的动脉运动。通过过去阿尔茨海默症患者数据分析，发现患者大脑中PBM的基因表达非常紊乱。该结果表明PBM有潜力成为改善大脑衰老和一些疾病的新靶点。[相关报道：抵抗大脑衰老、治疗阿尔茨海默病，这种细胞有大作用]

（导读 领研网）肿瘤空间信息有助于进一步探究恶性肿瘤生长、进展以及复发等过程。本研究开发出一套名为BaSISS的工作流程，以碱基特异性原位测序方法定义肿瘤不同克隆的空间模式。该方法基于全基因组测序，实现多路复用，然后使用循环显微镜检测基因表达以及转录本，最后通过统计算法生成连续的空间亚克隆映射。研究人员将BaSISS流程用于分析来自两名乳腺癌患者的8个切除下来的肿瘤组织块，发现肿瘤中不同亚克隆的分布模式已经生长过程，结果为揭示癌症演化和微环境生态机制方面提供新策略。[相关报道：Nature｜癌症克隆的空间基因组学]

（导读 阿金）约30%到40%的结直肠癌（CRC）患者在切除原发肿瘤后的几年中出现转移复发。本研究构建了微卫星稳定CRC类人小鼠模型，在手术切除原发肿瘤后随着时间的推移，体内残留的高复发细胞（HRCs）会生成多种细胞类型，引发明显的转移性疾病。同时发现T细胞浸润的富HRC微转移，在生长过程中逐渐被免疫排斥。该结果揭示了残留CRC的细胞状态动态变化，指出靶向HRC的疗法可有助于避免肿瘤转移。[论文详细信息]

（导读 阿金）开花植物精子缺少精蛋白，但仍然具有微小的转录活性细胞核，其中的染色质通过未知机制进行凝结。本研究表明组蛋白变体H2B.8在拟南芥中介导精子染色质和核凝结，H2B.8聚集在转录失活、富含AT的染色质中形成相分离凝聚体，促进核压实而不降低转录，对植物生育能力至关重要。结果表明H2B.8是开花植物的演化创新结果，实现了活性转录兼容的核凝结。[论文详细信息]

（导读 阿金）目前对于包括降雨在内的气候变化对物种互作、群落组分的影响还知之甚少。本研究使用6种一年生草本植物展开实验，分别进行正常降雨和减少降雨两种处理，结果发现对于单独种植的植物而言，降雨量的变化对其生长影响不大，但对于配对种植来说，降雨量很大程度上改变了物种对物种竞争的性质。结果表明功能更多样化的群落可能更易受到物种互作改变而产生的影响。[论文详细信息]

（导读 阿金）多样性数据的长期分析强调“多样性保护悖论”：在过去一世纪内生物群落表现出显著的物种更替，但物种丰度变化却微不足道。本研究汇总并分析了德国7738处永久和半永久植被带的数据集，时间跨度从1927年至2020年，发现左右物种和植被带的覆盖率减少程度甚于增加，物种数量的减少高于增加的物种数量。长期来看，这样的趋势会导致物种大量损失，因此生物群落内的物种覆盖变化为在时间尺度下理解生物多样性变化提供重要思考方向。[论文详细信息]

（导读 阿金）电磁手性各向异性是手性电子材料的一个重要特性。本研究报告中心对称层状kagome金属CsV3Sb5中观测到手性传输，只有当温度低于约35K时可显著观测到电磁各向异性（eMChA），该温度依赖性揭示了电子手性、定向电荷有序性和自发时间反演对称破缺之间的直接对应。而CsV3Sb5是首个可以调控并切换强手性传输的材料。[论文详细信息]

（导读 阿金）巨磁电阻（CMR）是存在磁场的情况下电导率的异常增强，通常与场诱导的自旋极化相关。本研究报告一种由ab平面手性轨道电流（COC）沿循MnTe6八面体边缘循环驱动的量子态，COC驱动的CMR非常容易受到超过临界阈值直流电流影响，触发与时间相关的双稳态开关从而模拟COC状态的一阶“熔化转变”。该结果为量子技术的发展提供了新范式。[论文详细信息]

（导读 领研网）新能源电动车正越来越多的进入市场，但是，现有电动车的电池太大，充电时间太长，限制了其应用场景。本研究提出一种能将电动车充电时间缩短至10分钟的系技术，研究人员在电池中添加了一层超薄镍箔，从内部自我调节电池问题，缩短电池变温时间，进而提供充电速度。该技术具有极大应用潜力。[相关报道：11分钟充电70%，华人教授在锂电池中加镍箔登上Nature]

（导读 阿金）要实现传统绝缘有机材料中的高导电率势必要调整其电子结构。本研究报告一种非晶配位聚合物四硫富瓦烯四硫代酸镍，表现出极高的电导率和本征态玻璃-金属行为。理论表明这些特性通过对结构扰动鲁棒的分子重叠现象实现，最终可实现在数周内处于潮湿空气环境中、pH值为0~14，温度高达140 °C等条件下稳定的高导电率。该结果证明分子设计有助于增强即使是高度无序材料的金属导电性。[相关报道：在完全无序的材料中，分子设计也可以实现金属导电性]

（导读 领研网）热带气旋登陆时会给沿海社区造成灾难，其中70%都是弱热带气旋。本研究利用洋流观测数据作为传统卫星证据的补充，量化了热带气旋的强度，结果表明，由于全球变暖，弱热带气旋在1991年到2020年间有所增强。该结果可作为基线值，用来评估热带气旋模型的模拟和预测结果，帮助提高预测的准确度。[论文详细信息]

（导读 阿金）在世界许多地区，关键经济结果的数据稀缺阻碍了公共政策的发展、目标确定和效果评估。本研究表明卫星成像与机器学习（ML）有助于极大改进这些数据，应对挑战。在电力网络在乌干达扩张的背景下，研究人员揭示了地区层面上电力接入情况对民生的影响结果，基于ML的推理技术提供更可靠的电气化因果影响。结果提供了国家规模证据证明了电网基础设施投资的影响结果。[论文详细信息]

（导读 领研网）GPS等基于卫星的导航系统在生活中起着重要的作用，但这些卫星发射的无线电信号有时会被建筑物阻挡或反射，因此会在需要精确定位时受到影响。本研究基于原子时钟以及地面的电信网络，利用现有光纤将它们连接起来，让电信网络各个节点接收到精确的时间信息，从而进行定位，准确度可以达到10厘米。[论文详细信息]