Science 一周论文导读|2021年4月30日

审校 邓卓 小勺 小锅 紫苏 访冬

制版 阿金

Biology

Toxin-antitoxin RNA pairs safeguard CRISPR-Cas systems

毒素-抗毒素RNA对保护CRISPR-Cas系统

（导读 郭怿暄）本研究发现多亚基CRISRP效应因子Cascade在转录水平调节毒素-抗毒素RNA对CreTA。CreT可扣押罕见精氨酸rRNAUCU。CreA是像CRISPR RNA的抗毒素RNA。CreA和creT启动子的部分互补性使Cascade抑制毒素转录，CreA仅在Cascade存在时具有抗毒作用。失去CreTA的细胞中cascade基因易被转座子破坏。在几种古细菌和细菌CRISPR-cas基因座中发现了几种CreTA类似物。该结果揭示了Cas蛋白的多功能性及CRISPR-Cas复杂的调控机制。[论文详细信息]

Structural insights into preinitiation complex assembly on core promoters

转录前起始复合物组装到核心启动子上的结构解析

（导读 郭怿暄）本研究解析了人源TFIID转录前起始复合物（PIC）三种逐步组装状态的结构，发现两种PIC组装方式：在TATA-TFIID结合元件启动子上启动子逐步组装到Pol II上并发生广泛的模块重排；在仅有TATA、无TATA的启动子上直接组装。TFIID稳定PIC的组织，支持CDK激活激酶（CAK）装载到Pol II上及其介导的Pol II C端磷酸化。而且TFIID的TBP可弯曲PIC内的TATA box和无TATA启动子。[相关报道：复旦徐彦辉团队发表《科学》长文，基因转录领域取得重要突破]

Stepwise pathogenic evolution of Mycobacterium abscessus

脓肿分枝杆菌的逐步致病性进化

（导读 张滢）几乎所有分枝杆菌属物种都是腐生性环境生物，其中一些已经进化为可传播的人类传染病。本研究通过分析环境微生物脓肿分枝杆菌近期在全球囊性纤维化人群中的出现和传播，确定了分枝杆菌致病性进化所涉及的关键步骤。通过水平基因转移获得的表观遗传修饰因子在特定环境克隆的致病性中引起了突变增加。慢性肺部感染期间的异源平行进化随后通过离散基因网络中的突变促进了毒力的快速增加。[论文详细信息]

Modulation of MHC-E transport by viral decoy ligands is required for RhCMV/SIV vaccine efficacy

RhCMV / SIV疫苗功效需要通过病毒诱饵配体调节MHC-E转运

（导读 刘诗宇）表达猴免疫缺陷病毒（SIV）抗原的恒河猴巨细胞病毒（RhCMV）载体株系68-1 诱发CD8+ T细胞的免疫应答，该过程通过主要组织相容性复合体（MHC）II型及E型。本研究表明，嵌于RhCMV蛋白Rh67中的短肽VMAPRTLLL（VL9）会增强细胞内MHC-E的运输，以及MHC-E限制性CD8+ T细胞对感染RhCMV的成纤维细胞的识别。因此，由RH67引导的MHC-E限制性CD8+ T细胞直接激活对RhCMV/SIV疫苗的有效性至关重要。[论文详细信息]

A widespread pathway for substitution of adenine by diaminopurine in phage genomes

噬菌体基因组中二氨基嘌呤取代腺嘌呤的广泛途径

（导读 刘诗宇）DNA修饰在形式和功能上变化多端，但整体上并不改变沃森-克里克碱基配对原则，二氨基嘌呤（Z）是一个例外。本研究报告了一种支持Z基因组合成的多酶系统。研究识别出了分布全球的数十种具有这些酶的噬菌体，并核查了其中一种噬菌体：不动杆菌噬菌体 SH-Ab 15497的Z基因组。Z基因组赋予了噬菌体演化优势，躲避宿主的限制性核酸内切酶的进攻。同时，Z-DNA的生物合成通路具有广泛的应用潜力。[相关报道：奇怪的DNA与第5种碱基]

A third purine biosynthetic pathway encoded by aminoadenine-based viral DNA genomes

基于氨基腺嘌呤的病毒DNA基因组编码第三种嘌呤生物合成途径

（导读 刘诗宇）细胞具有两条通路通过肌醇从磷酸核糖合成腺嘌呤和鸟嘌呤核糖核苷酸。本研究表明S-2L和弧菌噬菌体PhiVC8编码了第三种嘌呤合成通路。通过PurZ催化，天门冬氨酸与脱氧鸟苷酸缩合成dSMP，而后经过去富马酰化和磷酸化，生成噬菌体DNA聚合酶底物dZTP。本研究阐明了超越经典分子生物学，可重组DNA构建模块的生物催化新方式。[论文详细信息]

Noncanonical DNA polymerization by aminoadenine-based siphoviruses

siphoviruses利用氨基腺嘌呤实现非典型DNA聚合

（导读 刘诗宇）噬菌体基因组拥有所有生命形式中最广泛的核酸碱基化学多样性。能够感染蓝藻菌、变形菌还有放线菌的特定DNA病毒以氨基腺嘌呤取代腺嘌呤，与胸腺嘧啶形成三条氢键，从而挑战沃森-克里克碱基配对。氨基腺嘌呤编码的DNA聚合酶基因与用于在长尾病毒科噬菌体中制造氨腺嘌呤脱氧核苷酸的生物合成酶基因具有共线性，表明氨基腺嘌呤与腺嘌呤自演化初始就同时参与到DNA中。[相关报道：改写教科书？病毒基因组编码的第三条嘌呤合成通路]

Structural impact on SARS-CoV-2 spike protein by D614G substitution

D614G替代对SARS-CoV-2刺突蛋白结构的影响

（导读 阿金）本研究报告了新型冠状病毒（SARS-CoV-2）突变株D614G全长刺突（S）蛋白三聚体的冷冻电镜结构，该结构具有三种不同融合前构象，主要区别在于其中一个受体结合域的位置。发现D614 S三聚体内的一个无序环插入G614刺突蛋白启动子结构域之间，防止G614三聚体过早解离，从而增加功能性刺突的数量，提升感染能力。该结果补充了对病毒进入的理解，有助于改进用于疫苗研发的免疫原。[论文详细信息]

Ecology

Widespread reforestation before European influence on Amazonia

亚马逊地区在受欧洲影响前的广泛植被恢复

（导读 张滢）由于疾病、奴隶制和战争带来的弃地浪潮曾被假定导致了亚马逊地区17世纪早期大气二氧化碳水平的暂时下降，随之而来的森林恢复增加了碳固定。本研究根据亚马逊河流域的花粉化石记录发现，森林恢复是在欧洲人到来前300到600年开始的。植被的变化似乎是此前的大流行病、社会冲突和环境变化造成土地使用模式变化及生态改变的结果。[论文详细信息]

The human dimension of biodiversity changes on islands

岛屿上生物多样性变化的人类影响

（导读 一晴）岛屿是地球上最后一批被人类定居和改造的地区之一，它们为分析人类如何影响生态功能提供了可重复的模型系统。通过分析全球岛屿过去5000年的27个具有代表性的化石花粉序列，量化了人类到来前后植被组成的变化速率，发现人类到达后更替速率加速中值为11，且近1500年人类定居的岛屿比更早期的加速更快。生物多样性保护和生态系统恢复的战略必须考虑到人类影响长期性及影响前后生态的变化。[论文详细信息]

Equids engineer desert water availability

马科动物如何改变沙漠中水资源的可用性

（导读 李昂）陆地大型动物对生态系统有重要作用，但其对干旱地区生态系统的作用尚不明晰。本研究分析了驴和马对生态系统的影响，发现北美沙漠地区，野化的马科动物通过挖井获取地下水，增加了干旱地区水体的密度，进而增加了脊椎动物的密度，并有利于植被生存。该结论表明马科动物有利于维持水资源稳定，进而提升了生态系统对人类活动造成的干旱气候的适应性。[相关报道：花了9年观察驴挖井，他终于靠着众筹登上了《科学》]

Geoscience

A risk-based approach for managing hydraulic fracturing–induced seismicity

一种基于风险的方法来管理液压裂引起的地震活动

（导读 李昂）人类活动引发地震的风险与日俱增，急需有效管控。为应对德州南部使用液压开发页岩气可能引发的地震风险，本研究构建了一套预警系统，并根据不同的数据集模拟了区域异质性灾害影响，发现由于人口密度不同，东北部地区比西南部地区所受影响更大。本研究为预警及管理人类引发的地震提供了可行的准则。[论文详细信息]

Physics

Electric field control of natural optical activity in a multiferroic helimagnet

多铁螺旋磁体中的受电场控制自然光学活性

（导读 阿金）控制物质中的手性自由度一直是许多领域中的研究重点。本研究报告增强了多铁氧化铜中电活性磁体激发条件下的自然光学活性。研究人员通过具有磁电耦合的磁感应手性证明了可电场控制自然光学活性。这种光学特性有助于改进基于手性控制的光学器件。[论文详细信息]

Atomic-scale ion transistor with ultrahigh diffusivity

具有超高扩散率的原子级离子晶体管

（导读 李昂）生物离子通道快速选择性的控制离子输运以维持生命活动。本研究在石墨烯管道内通过石墨烯氧化物实现了超快速并高度选择性的离子输运，发现水合离子插入形成的临界能垒使离子输运呈现阈值效应。原位光学测量表明超快离子输运可能源于石墨烯管道内离子的高密度堆积和协同运动。[论文详细信息]

Parity-preserving and magnetic field–resilient superconductivity in InSb nanowires with Sn shells

包覆Sn壳的InSb纳米线中宇称保留和磁场弹性超导性

（导读 阿金）半导体-超导体异质结是拓扑量子计算的基础。本研究生长了InSb纳米线，外面包覆着厚度均匀的Sn壳，在Sn和InSb之间的界面上没有观测到相互扩散。在晶格不匹配的前提下，可观察到15纳米厚的Sn壳可诱导硬超导能隙，超导性可在高达4特斯拉的磁场中持续存在。该结果有助于开发制造超导和拓扑量子电路的新方法。[论文详细信息]