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2019年10月4日Science期刊精华

来源:本站原创 2019-10-20 10:07

2019年10月20日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊(2019年10月4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:通过植入记忆到大脑中让鸟类学会唱歌
doi:10.1126/science.aaw4226; doi:10.1126/science.aaz1552


动物是通过模仿行为来学习的,比如当动物宝宝模仿其母亲的说话声音,或者年轻的雄性斑胸草雀(zebra finch)模仿年长的雄性导师(通常是其父亲)的求偶之声。在一项新的研究中,来自美国德克萨斯大学西南医学中心的研究人员确定了草雀用来学习鸣叫音节长度的神经回路,随后利用光遗传学操纵这种神经回路,构建出一种错误的记忆供幼鸟用来发出它们成年时的求偶之声。相关研究结果发表在2019年10月4日的Science期刊上,论文标题为“Inception of memories that guide vocal learning in the songbird”。

美国约克学院生物学家Dina Lipkind(未参与这项新的研究)说,“为了从观察中学习,你必须创造出某人做对了某件事的记忆,然后利用这些感觉信息来引导你的运动系统来学习如何执行该行为。我们真的不知道这些记忆是在哪里和如何形成的。”这些作者们“解决了这个过程的第一步,即你如何形成随后将指导你执行该行为的记忆。”

2.Science:发现合成人类缩醛磷脂的孤儿去饱和酶
doi:10.1126/science.aay1436


除了形成包围细胞的膜外,脂质也是重要的信号分子。含有乙烯基醚键的缩醛磷脂(plasmalogen)是一类在动物中大量存在的脂质。缩醛磷脂是一类具有标志性的sn-1乙烯基醚键的甘油磷脂。这些脂质存在于动物和某些细菌中,并且可能在膜组装、信号转导和抗氧化方面发挥着作用。如何从具有烷基醚键的前体分子合成缩醛磷脂是一个谜。

在一项新的研究中,来自西班牙国家研究委员会(CSIC)和穆尔西亚大学的研究人员在群居细菌黄色粘球菌(Myxococcus xanthus)中发现了一种称为CarF的酶,该酶能够产生用于单线态氧信号通路的缩醛磷脂,其中单线态氧是光氧化应激的一种标志物。相关研究结果发表在2019年10月4日的Science期刊上,论文标题为“A bacterial light response reveals an orphan desaturase for human plasmalogen synthesis”。

这些研究人员发现细菌酶CarF的缩醛磷脂乙醇胺去饱和酶(plasmanylethanolamine desaturase)活性是形成乙烯基醚键必不可少的。在黄色粘球菌中,CarF介导了光诱导的类胡萝卜素生成,而缩醛磷脂通过单线态氧参与感知光氧化应激。作为CarF的同源物,人类TMEM189和其他的动物同源物能够在功能上替代黄色粘球菌中的CarF,并且敲除人细胞系中的TMEM189可消除缩醛磷脂的产生。他们随后发现这种酶的动物同源物可以催化细菌和人细胞中缩醛磷脂合成的最后一步,从而解决了动物缩醛磷脂来源的问题。

3.Science:湿/干循环可能为早期地球RNA的合成提供了条件
doi:10.1126/science.aax2747; doi:10.1126/science.aaz1130


在一项新的研究中,来自德国、英国和日本的研究人员提出了一种的新理论来解释RNA如何可能在地球早期产生。相关研究结果发表在2019年10月4日的Science期刊上,论文标题为“Unified prebiotically plausible synthesis of pyrimidine and purine RNA ribonucleotides”。在这篇论文中,他们概述了他们所描述的一系列合理事件,这一系列事件可能导致RNA构成单元(building block)---即下文中的嘌呤核苷和嘧啶核苷---的自然合成。美国佐治亚理工学院的Nicholas Hud和David Fialho针对这项研究在同期Science 期刊上发表了一篇标题为“RNA nucleosides built in one prebiotic pot”的评论类型的文章。

大多数研究生命起源的科学家们都同意RNA的出现很可能是地球上所有生命的开始。但是RNA是如何产生的还在争论中。大多数理论从一开始都注意到RNA是由嘌呤核苷和嘧啶核苷组成的,嘌呤核苷和嘧啶核苷是在复制期间进行信息传递所需要的。因此,要使RNA产生,嘌 呤核苷和嘧啶核苷必须同时存在并以正确的方式混合在一起,以使RNA正确形成。不幸的是,大多数描述嘌呤核苷和嘧啶核苷如何产生的理论都无法解释它们如何以正确的方式共存。在这项新的研究中,这些研究人员指出他们找到了一种答案---湿/干循环(wet/dry cycles)。

这些研究人员提出,在生命起源以前的地球上,存在嘌呤核苷和嘧啶核苷的前体分子,并且这两者都与核糖混合在一起并暴露于湿度水平上升和下降的湿/干循环中。这样的暴露会导致液态的反应物溶液在较高温度下蒸发,迫使它们聚合成高度浓缩的物质,这几乎适合于 它们一起发挥作用以便产生RNA。他们指出添加诸如铁和硫化氢之类的试剂可能已提供了使这些前体分子成为核苷前体的方法(诱导它们重新排列,从而允许胞嘧啶核苷产生),随后成为嘌呤核苷和嘧啶核苷。所产生的嘌呤核苷和嘧啶核苷不仅可以一起存在,而且可以共 同构建RNA。

这些研究人员指出,与涉及陨石撞击或火山爆炸的理论不同的是,湿/干循环将在所有裸露的土地上定期发生,这就使得这种提出的过程变得更加合理。

4.Science:探究全球野生动物贸易
doi:10.1126/science.aav5327


对大象和犀牛等一些关键物种而言,野生动物及其组成部分的贸易已广为人知,但是它在全球范围内广泛存在于各种物种中。Scheffers等人考察了成千上万种脊椎动物,并发现五分之一的物种受到某种类型贸易的影响。贸易的影响往往集中在某些种系上,因而对某些物种谱系的长期影响的潜力是巨大的。这种分析可以预测尚未发生的贸易的潜力,从而有助于采取主动预防措施。

5.Science:解析出大肠杆菌细胞色素bd型喹诺醇氧化酶的三维结构
doi:10.1126/science.aay0967


将分子氧还原为水是有氧生物中呼吸的驱动力,并由几种不同的整合性膜复合物催化。这些复合物包括一个原核生物独有的酶,即细胞色素bd型喹诺醇氧化酶(cytochrome bd–type quinol oxidase),它也是潜在的抗菌靶标。Safarian等人解析出来自大肠杆菌的这种酶的高分辨低温电镜结构。与这种酶的同源物的比较揭示出氧结合位点的完全重新定位和由这种蛋白支架中血红素辅因子和通道的排列变化引起的还原。这种血红素开关解释了这个酶家族的结构和功能的多样性,并且可能反应了这些同源物的不同生化作用。

6.Science:从结构上揭示B-Raf激酶活性位点的不对称性
doi:10.1126/science.aay0543


许多人类黑色素瘤含有一种过度活跃的Raf激酶形式(B-Raf)。抑制剂对发生突变的B-Raf有效,但是矛盾的是,它们激活了野生型B-Raf,这限制了其治疗潜力。Kondo等人利用低温电镜技术解析出与支架蛋白14-3-3结合在一起的磷酸化B-Raf二聚体的结构。尽管这种二聚体中的两种激酶均处于活性构象,但是其中的一种激酶被另一种激酶的C末端尾巴封闭。这种构型抑制了一个活性位点,但也让这种二聚体稳定在一种活性构象中。理解这种机制为开发不激活野生型B-Raf的抑制剂提供了框架。

7.Science:蛋白竞争决定着细胞命运
doi:10.1126/science.aaw4506


细胞存活可能需要切换不同的机制,这些不同的机制必须足够灵活以适应环境变化,但在所需的持续时间内也要稳定。Lord等人基于两种蛋白---一种蛋白是转录阻遏物,另一种蛋白一种结合这种转录阻遏物并让它锁定在非活性状态的拮抗剂---之间的随机竞争,在细菌中建立了一个转换系统。他们发现这个转换系系统控制着枯草芽孢杆菌从迁移性的单细胞状态切换到无法移动的多细胞状态,而且这个控制系统可以转移到另一种亲缘关系较远的细菌中。 类似的机制在生物系统中的作用可能比以前认为的更广泛。

8.Science:新研究揭示北美鸟类数量的惊人下降
doi:10.1126/science.aaw1313


鉴于鸟类引人注目且易于识别和计数,数十年来在世界许多地方已经收集了可靠的鸟类记录。 Rosenberg等人利用北美的此类数据,报道了在过去的半个世纪中,鸟类的普遍分布呈下降趋势,从而导致各种鸟类物种和栖息地的数十亿个繁殖个体累计损失。他们发现鸟类物种数量的下降不仅限于稀有和受威胁的物种,那些曾经被认为是常见和广泛分布的物种也有所减少。这些结果对生态系统完整性、更广泛的野生动植物保护以及与鸟类及其赖以生存的原生生态系统相关的保护政策具有重大意义。

9.Science:中国科学家揭示真菌对树种密度依赖性的影响
doi:10.1126/science.aau1361


高度多样化的热带森林中的树种倾向于表现出同种的负密度依赖性,这种现象使同一树种的个体倾向于彼此间隔一定距离生长。这被认为是物种共存的关键驱动力。负密度依赖性的强度因物种而异,但是导致这种变化的机制尚不清楚。Chen等人研究了中国亚热带森林中的树种,并发现了土壤真菌在这种变化中的重要作用。致病性真菌的积累增加导致负密度依赖性更强,然而共生真菌的积累增加导致负密度依赖性更弱。(生物谷 Bioon.com)

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