2019年10月18日Science期刊精华
来源：本站原创 2019-10-27 22:56
2019年10月27日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2019年10月18日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。图片来自Science期刊。1.Science: 新发现！睡眠时我们的大脑记忆是如何储存的？doi:10.1126/science.aay0616; doi:10.1126/science.aaz4534近日，来自法国法兰西学院生物学跨学科研究中心
2019年10月27日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2019年10月18日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。
1.Science: 新发现！睡眠时我们的大脑记忆是如何储存的？
doi:10.1126/science.aay0616; doi:10.1126/science.aaz4534
近日，来自法国法兰西学院生物学跨学科研究中心的科学家们已经表明，我们睡眠时大脑产生的三角波并不会随着皮质区域的静止而变得沉默，相反，它们会通过隔离一簇特殊的神经元而有助于长期记忆的形成。这些结果于2019年10月18日发表在《科学》杂志上。
当我们睡觉时，海马体通过产生类似于我们清醒时的信号而自发地自我激活。首先它将信息发送到皮质，皮质随后做出反应。最后紧跟着的通常是一段沉默期，因此该脑波被称为“三角波”。然后是被称为“睡眠纺锤波（sleep spindle）”的有节奏的重复。上述过程是 皮质区域信号重组以形成稳定记忆的关键。但是，三角波在新记忆形成中的作用仍然令人困惑：为什么沉默期会中断海马体与皮质之间的信息交换以及皮质区域的功能重组？
对此，作者仔细观察了三角波本身的特征。令人惊讶的是，他们发现在所谓“沉默期”，皮层并不是完全沉默的，而是少数神经元保持活动并形成集合。这一发现表明，当所有其他神经元保持安静时，激活的少数神经元可以执行重要的功能，同时避免可能的干扰。进一 步，作者揭示了海马的自发激活如何决定了在三角波期间哪些皮质神经元保持活跃，并揭示了两个大脑结构之间的信息传递过程。另外，作者认为三角波存续期间收到激活的神经元与参与白天学习空间记忆任务的神经元相同。为了证明这一点，科学家在大鼠模型中人为 地诱导产生了人工三角波，以分离与海马区再激活相关的神经元。结果表明：在“隔离”出正确的神经元后，大鼠的记忆得到了稳定，并在第二天成功完成了空间测试。
2.Science：新方法有助于寻找罕见遗传病的病因
doi:10.1126/science.aay0256
近日，Scripps Research的科学家们发明了一种新的基因组技术，可用于追踪罕见遗传疾病的原因。他们在《Science》杂志上报告了这项技术。该技术利用了这样一个事实，即人体每个基因的两个拷贝，或“等位基因”，分别来自母亲与父亲。通过比较整个基因组中来 自母本和父本的等位基因的活性水平，能够进一步分析疾病发生的原因。他们通过使用这项技术揭示了罕见的肌营养不良患者的致病基因。
Mohammadi等人开发的方法使用基因转录数据来检测母本和父本等位基因活性水平的差异。众所周知，许多罕见的遗传病是由影响基因单个拷贝的DNA突变引起的。因此，比较同一细胞内母本和父本等位基因的活性，相比不同患者以及健康人群体相关基因之间的活性比较 更为敏感。
为了帮助评估等位基因的活动的异常，该方法根据可公开获得的基因转录数据计算每个基因的母体和父亲等位基因活性正常的差异范围。该方法称为ANEVA-DOT（表达变异分析-剂量离群值测试），可用于鉴定每个个体中的少数几个基因的其中一个等位基因表达水平是否 异常。
Mohammadi和他的同事利用ANEVA-DOT方法检测一组患有肌营养不良型遗传病的患者，并得到了阳性的结果。
3.Science：探究适应性古人类基因
doi:10.1126/science.aax2083
当从非洲迁徙到欧洲和亚洲时，解剖学意义上的现代人与古人类（比如尼安德特人和丹尼索瓦人）杂交。这种遗传渗入在受体群体上的结果引起了极大的兴趣，特别是在选择特定的古老遗传变异的情况下。Hsieh等人描述了适应性结构变异和拷贝数变异，这些变异可能是美拉尼西亚人积极选择的目标。关注基因组中携带重复基因和显示过量氨基酸替代的特定人群区域，为遗传新颖性产生和导致人类基因组之间的分化的机制之一提供了证据。
4.Science：一对细胞粘附分子控制着R7神经元和Dm8神经元之间的匹配
doi:10.1126/science.aay6727
随着果蝇视网膜的发育，特定颜色感光细胞的亚型，即R7神经元，是随机指定的，即便它们需要连接的下游神经元，即Dm8神经元，并不是随机指定的。Courgeon和Desplan发现Dm8神经元实际上是在亚型中指定的，并且过量产生。那些连接R7神经元输入的Dm8神经元存活下来；那些找不到匹配的Dm8神经元发生细胞凋亡。 一对细胞粘附分子促进了这种匹配。因此，即使这些下游神经元未被随机指定，R7神经元分化的随机结果也会向下游传播。
5.Science：探究细胞集体收缩起源
doi:10.1126/science.aay2346; doi:10.1126/science.aaz1289
与植物和真菌相反，动物可以通过收缩细胞的集体活动使身体变形。集体收缩是原肠胚形成（gastrulation）和肌肉运动等过程的基础。Brunet等人报道作为一种与动物存在密切亲缘关系的生有机体，一种称为Choanoeca flexa的领鞭毛虫（choanoflagellate），形成了杯状的群体，它们经历了集体收缩，导致了群体形态的快速变化。
这种领鞭毛虫每个均由单层极化细胞组成。为了应对突然的黑暗，光敏蛋白触发这种领鞭毛虫细胞出现协调性的极化收缩，从而导致群体倒置。导致这种过程在这种领鞭毛虫和动物之间保持保守性的细胞机制表明它们的最后共同祖先也能够极化细胞收缩。
6.Science：探究光合作用中光系统II的稳定状态
doi:10.1126/science.aax6998; doi:10.1126/science.aaz4522
产氧光合作用在放氧复合体中使用Mn4CaO5簇从水中提取电子并产生分子氧。可视化观察这个过程中的每个化学状态（S0至S4），并根据结构确定化学特性和机理，这是X射线自由电子激光器所面临的一个挑战。Suga等人在低温下使用串联晶体学来捕获和解析出光系统II水氧化过程中几个稳定状态的结构。水分子簇周围的变化已经在S2状态下发生，并且为向S3状态过渡期间发生的水插入阶段做好准备。在S3状态下，两个氧原子之间的1.9埃的距离很短，这与支持氧/氧偶联机制的理论研究相一致。
7.Science：探究物种的空间结构变化
doi:10.1126/science.aaw1620; doi:10.1126/science.aaz4520
在气候变化和其他人类影响下，生物多样性正在经历快速变化。Blowes等人使用来自不同地区的大量时间序列数据来分析生物多样性时间变化的全球模式。他们的发现揭示了丰富度和组成变化的明显空间格局，其中海洋类群（即海洋生物）的变化率最高。特别地，海洋热带地区成为物种丰富度损失的热点地区。鉴于人类活动正以不同的程度和方向影响整个地球上的生物多样性，这些发现将为生物多样性变化提供一个非常必要的生物地理理解，从而有助于确定保护的优先次序。（生物谷 Bioon.com）
图片来自Science期刊。
1.Science: 新发现！睡眠时我们的大脑记忆是如何储存的？
doi:10.1126/science.aay0616; doi:10.1126/science.aaz4534
近日，来自法国法兰西学院生物学跨学科研究中心的科学家们已经表明，我们睡眠时大脑产生的三角波并不会随着皮质区域的静止而变得沉默，相反，它们会通过隔离一簇特殊的神经元而有助于长期记忆的形成。这些结果于2019年10月18日发表在《科学》杂志上。
当我们睡觉时，海马体通过产生类似于我们清醒时的信号而自发地自我激活。首先它将信息发送到皮质，皮质随后做出反应。最后紧跟着的通常是一段沉默期，因此该脑波被称为“三角波”。然后是被称为“睡眠纺锤波（sleep spindle）”的有节奏的重复。上述过程是 皮质区域信号重组以形成稳定记忆的关键。但是，三角波在新记忆形成中的作用仍然令人困惑：为什么沉默期会中断海马体与皮质之间的信息交换以及皮质区域的功能重组？
对此，作者仔细观察了三角波本身的特征。令人惊讶的是，他们发现在所谓“沉默期”，皮层并不是完全沉默的，而是少数神经元保持活动并形成集合。这一发现表明，当所有其他神经元保持安静时，激活的少数神经元可以执行重要的功能，同时避免可能的干扰。进一 步，作者揭示了海马的自发激活如何决定了在三角波期间哪些皮质神经元保持活跃，并揭示了两个大脑结构之间的信息传递过程。另外，作者认为三角波存续期间收到激活的神经元与参与白天学习空间记忆任务的神经元相同。为了证明这一点，科学家在大鼠模型中人为 地诱导产生了人工三角波，以分离与海马区再激活相关的神经元。结果表明：在“隔离”出正确的神经元后，大鼠的记忆得到了稳定，并在第二天成功完成了空间测试。
2.Science：新方法有助于寻找罕见遗传病的病因
doi:10.1126/science.aay0256
近日，Scripps Research的科学家们发明了一种新的基因组技术，可用于追踪罕见遗传疾病的原因。他们在《Science》杂志上报告了这项技术。该技术利用了这样一个事实，即人体每个基因的两个拷贝，或“等位基因”，分别来自母亲与父亲。通过比较整个基因组中来 自母本和父本的等位基因的活性水平，能够进一步分析疾病发生的原因。他们通过使用这项技术揭示了罕见的肌营养不良患者的致病基因。
Mohammadi等人开发的方法使用基因转录数据来检测母本和父本等位基因活性水平的差异。众所周知，许多罕见的遗传病是由影响基因单个拷贝的DNA突变引起的。因此，比较同一细胞内母本和父本等位基因的活性，相比不同患者以及健康人群体相关基因之间的活性比较 更为敏感。
为了帮助评估等位基因的活动的异常，该方法根据可公开获得的基因转录数据计算每个基因的母体和父亲等位基因活性正常的差异范围。该方法称为ANEVA-DOT（表达变异分析-剂量离群值测试），可用于鉴定每个个体中的少数几个基因的其中一个等位基因表达水平是否 异常。
Mohammadi和他的同事利用ANEVA-DOT方法检测一组患有肌营养不良型遗传病的患者，并得到了阳性的结果。
3.Science：探究适应性古人类基因
doi:10.1126/science.aax2083
当从非洲迁徙到欧洲和亚洲时，解剖学意义上的现代人与古人类（比如尼安德特人和丹尼索瓦人）杂交。这种遗传渗入在受体群体上的结果引起了极大的兴趣，特别是在选择特定的古老遗传变异的情况下。Hsieh等人描述了适应性结构变异和拷贝数变异，这些变异可能是美拉尼西亚人积极选择的目标。关注基因组中携带重复基因和显示过量氨基酸替代的特定人群区域，为遗传新颖性产生和导致人类基因组之间的分化的机制之一提供了证据。
4.Science：一对细胞粘附分子控制着R7神经元和Dm8神经元之间的匹配
doi:10.1126/science.aay6727
随着果蝇视网膜的发育，特定颜色感光细胞的亚型，即R7神经元，是随机指定的，即便它们需要连接的下游神经元，即Dm8神经元，并不是随机指定的。Courgeon和Desplan发现Dm8神经元实际上是在亚型中指定的，并且过量产生。那些连接R7神经元输入的Dm8神经元存活下来；那些找不到匹配的Dm8神经元发生细胞凋亡。 一对细胞粘附分子促进了这种匹配。因此，即使这些下游神经元未被随机指定，R7神经元分化的随机结果也会向下游传播。
5.Science：探究细胞集体收缩起源
doi:10.1126/science.aay2346; doi:10.1126/science.aaz1289
与植物和真菌相反，动物可以通过收缩细胞的集体活动使身体变形。集体收缩是原肠胚形成（gastrulation）和肌肉运动等过程的基础。Brunet等人报道作为一种与动物存在密切亲缘关系的生有机体，一种称为Choanoeca flexa的领鞭毛虫（choanoflagellate），形成了杯状的群体，它们经历了集体收缩，导致了群体形态的快速变化。
这种领鞭毛虫每个均由单层极化细胞组成。为了应对突然的黑暗，光敏蛋白触发这种领鞭毛虫细胞出现协调性的极化收缩，从而导致群体倒置。导致这种过程在这种领鞭毛虫和动物之间保持保守性的细胞机制表明它们的最后共同祖先也能够极化细胞收缩。
6.Science：探究光合作用中光系统II的稳定状态
doi:10.1126/science.aax6998; doi:10.1126/science.aaz4522
产氧光合作用在放氧复合体中使用Mn4CaO5簇从水中提取电子并产生分子氧。可视化观察这个过程中的每个化学状态（S0至S4），并根据结构确定化学特性和机理，这是X射线自由电子激光器所面临的一个挑战。Suga等人在低温下使用串联晶体学来捕获和解析出光系统II水氧化过程中几个稳定状态的结构。水分子簇周围的变化已经在S2状态下发生，并且为向S3状态过渡期间发生的水插入阶段做好准备。在S3状态下，两个氧原子之间的1.9埃的距离很短，这与支持氧/氧偶联机制的理论研究相一致。
7.Science：探究物种的空间结构变化
doi:10.1126/science.aaw1620; doi:10.1126/science.aaz4520
在气候变化和其他人类影响下，生物多样性正在经历快速变化。Blowes等人使用来自不同地区的大量时间序列数据来分析生物多样性时间变化的全球模式。他们的发现揭示了丰富度和组成变化的明显空间格局，其中海洋类群（即海洋生物）的变化率最高。特别地，海洋热带地区成为物种丰富度损失的热点地区。鉴于人类活动正以不同的程度和方向影响整个地球上的生物多样性，这些发现将为生物多样性变化提供一个非常必要的生物地理理解，从而有助于确定保护的优先次序。（生物谷 Bioon.com）
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