2021年5月7日Science期刊精华

2021年5月9日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2021年5月7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：揭示人类纹状体发育的单细胞图谱
doi:10.1126/science.abf5759

纹状体（striatum）调节着人类社会行为的不同特征，也是在许多神经系统疾病中受到影响的区域。在一项新的研究中，来自意大利、英国和美国的研究人员构建出人类早期胎儿发育过程中该区域的综合单细胞图谱，同时考虑了蛋白编码转录物和长基因间非编码RNA（long intergenic noncoding RNA, lincRNA）。相关研究结果发表在2021年5月7日的Science期刊上，论文标题为“The coding and long noncoding single-cell atlas of the developing human fetal striatum”。

对人类纹状体发育的分子机制的理解受到了限制，这是因为相关的胎儿组织很少，而且在大多数基因鉴定研究中只使用了有限的一组蛋白编码基因。这些作者构建出外侧节隆起（lateral ganglionic eminence, LGE）---纹状体的前体结构---的细胞特异性分子图谱。他们的第一个目标是利用批量RNA测序（bulk RNA sequencing）确定这个区域的新鉴定的lincRNA目录。这个目录应该有助于澄清人类发育的具体特征，因为lincRNA表现出加速进化，具有高度的细胞特异性，并且是大脑发育所需要的。他们的第二个目标是了解中棘神经元（medium spiny neuron, MSN）---纹状体的主要细胞类型---是如何分化和多样化的，以及哪些基因是命运决定的主要调节因子。MSN分化为D1和D2类型，因其表达人类多巴胺受体的两个变体之一（D1和D2）而得名。他们使用单细胞RNA测序来推断MSN的发育状况，并确定和验证它们的命运标志物。

纹状体发育的分子蓝图，图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abf5759。

批量RNA测序使得这些作者能够对人类发育中的端脑不同区域的1116个新的lincRNA进行注释，他们发现这些lincRNA在物种间的保守性低于以前在成年大脑中发现的那些lincRNA。批量RNA测序使得他们能够确定纹状体相对于周围区域的独特特征，并且他们鉴定出亨廷顿蛋白（huntingtin, HTT）是这个大脑区域的一个特定的上游调节因子。随后，这些作者根据编码RNA和新发现的lincRNA，对LGE的96789个单细胞进行分析。这使他们能够发现15种不同细胞状态的转录谱，其中包括在整个进化过程中获得的lincRNA。他们发现，一种共同的祖细胞产生了D1-MSN和D2-MSN，而且这种祖细胞与中间神经元的祖细胞不同。他们还发现了D1-MSN和D2-MSN的有丝分裂后的前体细胞状态，它们属于一系列关键的命运决定因素。最后，他们确定一组定义了D1-MSN和D2-MSN的基因调控网络，并发现在电脑模拟中敲除控制这些基因调控网络的转录因子可导致两种MSN谱系的阻滞，阻断特定的MSN类型，或不同MSN命运之间转换。

2.Science：重建真细菌的祖先
doi:10.1126/science.abe0511; doi:10.1126/science.abh2814

真细菌(eubacteria)的起源和不同亚群之间的系统发育关系一直难以解决。Coleman等人将系统发育分析和最新的计算方法应用于宏基因组分析中扩大的细菌序列多样性，推断出了真细菌树的根。这种根的确定没有使用古细菌作为外群，以避免因较长的分支吸引而产生错误结果的可能性。这种方法将真细菌的根放在Fusobacteriota的附近。利用这些信息，这些作者重建了真细菌的祖先，确定这种有机体可能具有双膜细胞包膜、鞭毛介导的运动能力、抗噬菌体防御机制和多样化的代谢途径。

3.Science：揭示尼安德特人的人群历史
doi:10.1126/science.abf1667

环境DNA可以确定物种的存在，甚至是来自遥远过去的物种。Vernot等人调查了西欧和西伯利亚南部的三个洞穴遗址，确定了核DNA，并证实它来自解剖学上的现代人类的近亲---尼安德特人和丹尼索瓦人。系统发育分析和建模表明，来自几层的沉积物样本中的DNA与以前研究的骨骼遗迹相吻合。这些结果表明，环境数据可以应用于研究已灭绝的尼安德特人和丹尼索瓦人谱系的人口遗传学，确定了大约10万年前尼安德特人的人口更替。

4.Science：揭示酵母基因网络相互作用的环境稳健性
doi:10.1126/science.abf8424

表型可能受到基因与其他基因、环境或其他基因和环境之间的相互作用（差异性相互作用）的影响。为了更好地了解这些相互作用在酵母中的功能，Costanzo等人在14种环境条件下利用单缺失突变、双缺失突变和温度敏感的等位基因绘制了基因-基因相互作用图。许多缺失的或对温度敏感的非必要基因在至少一种测试的环境条件下对酵母的适应性有积极和消极的影响。在这些情况下，多达24%的酵母基因受到影响。在这些差异性相互作用中，有一小部分指出了功能网络中以前未知的遗传联系，这说明了基因结构如何对环境变化作出反应。

5.Science：揭示爬行田鼠的雄性特异性X染色体的起源
doi:10.1126/science.abg7019

当一个常染色体位点获得性别决定功能时，染色体性别决定就产生了。在一些分类群中，这一过程经常发生。然而，哺乳动物中的XY系统在很多物种中一直是进化稳定的。50年前，在爬行田鼠（Microtus oregoni）中描述了这种情形的一个变体，但其细节仍然大多是未知的。Couger等人对该物种的性染色体进行了测序，发现Y染色体已经丢失，决定雄性的染色体是第二条X染色体，它在很大程度上与雌性X染色体同源，而母体遗传的和雄性特有的性染色体都携带着祖先Y染色体的痕迹。

6.两篇Science论文揭示了已灭绝物种的行为秘密
doi:10.1126/science.abb4305; doi:10.1126/science.abe7941; doi:10.1126/science.abi5697

已灭绝的物种有复杂的行为，就像现代物种一样，但化石通常很少揭示这些细节。允许研究与行为直接相关的结构的新方法正在大大改善我们对已灭绝动物的生活方式的理解。Hanson等人研究了主龙型类动物（archosauromorph）内耳的三维扫描，发现了这些骨骼与复杂运动（包括飞行）相关的清晰模式。Choiniere等人研究了内耳和巩膜眼环，发现在早期兽脚类的进化中出现了明显的与夜行性有关的模式。总之，这两篇论文共同揭示了这些群体的行为复杂性和进化模式。

7.Science：斯洛伐克全民快速抗原检测对SARS-CoV-2流行的影响
doi:10.1126/science.abf9648; doi:10.1126/science.abi6680

2020年底，斯洛伐克决定在其大约550万的全部人口中进行SARS-CoV-2检测然后找出阳性病例，在快速抗原检测活动中发现了5万多个阳性病例。Pavelka等人分析了这些数据，发现在两轮检测前后的41个县，感染率下降了约80%。他们还用这些数据测试了一个县的微观模拟模型。在检测结果呈阳性后对整个家庭进行隔离是实现流行率大幅下降的关键。自2020年秋季以来，尽管采取了其他干预措施，但斯洛伐克的传播仍出现了反弹，因为高强度的检测是不可持续的。

8.Science：揭示SARS-CoV-2主蛋白酶的活性位点抑制剂和变构抑制剂
doi:10.1126/science.abf7945

SARS-CoV-2的基因组最初表达为两个大的多肽。它的主蛋白酶（Mpro）对于产生功能性的病毒蛋白是必不可少的，这使得它成为一个关键的药物靶标。Günther等人使用X射线晶体学筛选了5000多个化合物，这些化合物要么是已获批准的药物，要么是正在进行临床试验的药物。他们筛选出了37种与Mpro结合的化合物。高分辨率结构显示，大多数化合物在活性部位结合，但也揭示了两个变构位点，在变构位点中，药物的结合导致影响活性部位的构象变化。在基于细胞的试验中，7种化合物具有抗病毒活性，但没有毒性。作为最强效的化合物，calpeptin在活性位点上共价结合，而作为第二强效的化合物，培利替尼（pelitinib）则在一个变构位点上结合。

Mpro活性部位的共价和非共价结合物，图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abf7945。

9.Science：夜间鸣禽候鸟在日间飞行时的极端高度
doi:10.1126/science.abe7291

从一个半球迁移到另一个半球是许多鸟类物种的全球战略。尽管可以让鸟类追踪生产力，但这些长距离的运动使它们接触到沙漠和海洋等不适宜居住的地区。Sjöberg等人使用地理定位器监测大苇莺（Acrocephalus arundinaceus）的飞行，发现当经过这些类型的地区时，这种通常是夜间迁徙的物种在白天和夜间都有飞行。在白天，这些鸟儿增加了飞行的高度，上升到5000米以上。这种行为可能使它们在迁徙过程中避免热应激或其他白天的威胁。（生物谷 Bioon.com）