Nature一周论文导读｜2023年7月27日

Biology

（导读 阿金）细胞功能通过其内在特性和微环境所确定。本研究结合单细胞和空间转录组数据，发现人类心脏八个区域内的细胞微环境，将细胞映射到微解剖位置，与基于知识和非监督结构注释相整合，并描述了人类心脏环境系统的细胞。结果揭示了其独特的离子通道、G蛋白偶联受体和调控网络，以及FOXP2对起搏表型的作用。结果为深入理解心脏电解剖学和免疫学提供了新基础。[论文详细信息]

（导读 阿金）RNA病毒演化出精细的策略来保护自己的基因组，包括5'端加帽机制。本研究报告细胞代谢物黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）通过病毒RNA依赖性RNA聚合酶成为非常规启动核苷酸，促进丙型肝炎病毒RNA的5'-FAD加帽，频率约为75%，且呈保守性。5'-FAD加帽可保护RNA免于RIG-I介导的先天免疫识别，但不会稳定丙型肝炎病毒RNA。结果建立了一条全新的病毒RNA加帽策略，可能影响抗病毒疗法的效果。[论文详细信息]

（导读 领研网）理解针对新冠感染的保护性免疫有助于筹备应对未来可能的大流行病，同时可对抗新冠病毒新变体的出现。本研究在IFN-γ激活的人类上皮细胞中进行了全基因组CRISPR/Cas9筛选，鉴定出磷脂翻转酶1（PLSCR1）能够显著抑制新冠病毒与宿主细胞的融合，从而保护多种非免疫细胞类型免受感染。结合其他相关研究，与新冠感染相关的PLSCR1突变出现在一些病毒敏感人群中。[论文详细信息]

（导读 领研网）剪接转换反义寡核苷酸（Splice-switching ASO）可用来治疗一类遗传疾病个体患者，但系统性地识别这些个体仍待挑战。本研究对235名共济失调-特发性共济失调患者的基因组数据展开全基因组测序，并通过计算分类法将遗传变异分为“可能”或“不可能”通过ASO介导的剪接切换进行矫正。结果计算出通过剪接调节治疗的隐性遗传病患者的比例，所描述的框架表明基因组测学结果可用于治疗。[相关报道：罕见病患者的希望，新技术带来RNA疗法，提前预测对哪些患者更有效]

（导读 领研网）饮食与健康密不可分，缺乏特定的食物营养则会造成营养不良或者微量元素缺乏的症状。本研究通过小鼠实验，发现肠道微生物经常会以食物中的亚油酸等常见脂肪酸为食，并将其转化为共轭亚油酸，这种代谢副产物会产生后续级联信号，并最终促进特定的免疫细胞到肠道中定植和发育。结果确认饮食与健康之间，微生物是关键的一环，当食物进入肠道后，微生物的代谢会影响许多健康相关的过程。[相关报道：饮食健康离不开肠道菌帮助]

（导读 领研网）肿瘤微环境在恶性肿瘤中发挥关键作用，而神经元是肿瘤微环境的重要组成。本研究发现位于原发性GBM肿瘤对侧半球的胼胝体投射神经元促进了肿瘤的进展和广泛的浸润，确定新的神经元活性依赖性浸润细胞群，筛选出SEMA4F为肿瘤发生和神经元活性依赖性进展的关键调节因子，由此显示远离原发性GBM的神经元亚群促进肿瘤恶性进展。[论文详细信息]

（导读 领研网）肺癌是全球癌症死亡的主要原因，肿瘤抑制因子基因TP53发生在50%的肺腺癌（LUAD）中。本研究表明利用在肺泡2型（AT2）细胞中表达致癌Kras和无效、野生型或高畸形Trp53等位基因的小鼠，并观察到p53对LUAD启动和进展的分级效应。在体内肿瘤抑制过程中，p53通过直接DNA结合、染色质重塑和诱导AT1细胞特征基因，诱导AT1分化程序。结果阐明了p53介导的LUAD抑制机制。[论文详细信息]

（导读 阿金）许多癌症起源于体细胞突变劫持干细胞或祖细胞，驱动复制。本研究报告分化的AT1细胞中KRAS(G12D)的表达会缓慢重编程回AT2干细胞，持续生成惰性肿瘤。AT1和AT2细胞作为不同起源细胞，分别应答WNT激活和KRAS(G12D)诱导，加速腺瘤增殖。结果确认出一种全新的肺腺癌起源细胞AT1细胞，具有人类鳞状细胞癌症的特征。[论文详细信息]

（导读 领研网）增强子通过长程启动子的参与确定基因表达的时空程序。本研究使用RNA原位构象测序技术RIC-seq，系统捕获了增强子RNA（eRNA）和启动子来源的非编码RNA（uaRNA或PROMPTs）之间的相互作用，并构建了高分辨率增强子-启动子RNA互作（EPRI）图谱。结果从非编码RNA的角度上揭示了增强子-启动子配对选择特异性的原则，并将非编码风险变异与其分子功能联系起来，为探索基因转录调控的分子机制以及疾病发生发展提供了新范式。[论文详细信息]

（导读 阿金）生态互作是维持地球生物多样性的主要力量之一。本研究使用分析技术和数字模拟，分析了186个经验互惠网络，揭示了直接和间接效应如何改变网络中物种协同演化适应性，发现大部分适应性变化受到间接影响驱动，可阻止协同演化的物种适应其互惠伙伴以及适应环境中的选择性压力来源，从而降低其适应性，这样的降低以可预测的方式分布在网络中：与中心物种相比，外围物种接收到更多的间接效应，适应性降低的程度更低。[论文详细信息]

Astronomy

（导读 小天）宇宙史最初十几年内最早期星系的快速聚集是理解星系形成物理学的主要挑战。本研究报告大型静止星系GS-9209（红移z为4.658），距宇宙大爆炸仅12.5亿年，该星系的恒星质量 M* = 3.8 ± 0.2 × 10^10 M⊙，形成过程大概持续了2亿年。该星系很可能是最高红移亚毫米星系和类星体的后续产物，可能是当时最大质量区域星系古老核心的前体星系。[论文详细信息]

（导读 领研网）主带彗星是一类罕见的天体，在主小行星带中围绕太阳运行。本研究使用韦布空间望远镜上的近红外光谱仪（NIRSpec）观测主带彗星238P/Read，发现该主带彗星的光谱数据也在与水相关的区域内呈现出峰值，表明这颗罕见彗星周围存在水蒸气。结果表明水冰也可以保存在太阳系较温暖的区域。这或将为科学家研究地球上水的来源提供帮助。[相关报道：韦布空间望远镜在罕见彗星上发现水]

（导读 小天）火星表面有机物质的存在和分布能够为理解火星碳循环以及其行星历史上生命存在的可能性提供关键信息。本研究报告拉曼和荧光谱检测结果与火星杰泽罗陨石坑（Jezero crater）内Máaz和Séítah形成过程中几种芳香族有机分子相一致，结果表明火星表面可能普遍存在各种芳香族分子，尽管暴露于表面环境，但这些物质持续留存，而且与水过程相关。[相关报道：“毅力号”火星车在杰泽罗陨击坑发现多种有机物质]

（导读 小天）掌握火星大气内部结构是理解行星形成和演化的关键。本研究使用“洞察号”的射电科学数据确定了火星核心、地幔和大气的基本特性，检测到的正常模式共振有助于分别表征火星核心与地幔。结果发现液态核心直径约为1,835 ± 55千米，平均密度为每立方米5,955~6,290 千克 ，还发现火星旋转速度在缓慢加速中，可能是火星内部动力学或其大气、冰盖的长期趋势的结果。[论文详细信息]

Energy

（导读 领研网）中国到2060年实现碳(C)中和的目标需要将光伏(PV)和风电规模从1扩大到 每年10–15 PWh。本研究表明通过单独优化3,844个与超高压 (UHV) 输电和储能相协调的新公用事业规模光伏和风力发电厂的部署，并考虑电力负荷灵活性和学习动态，容量光伏和风电的发电量可以从每年 9 PW增加到每年15 PWh，同时平均减排成本从每吨二氧化碳 97美元降低到6美元。[相关报道：复旦团队Nature提出优化方案，到2060年中国光伏风电规模可达15PWh/年]

（导读 菜菜）目前尚不清楚要储存多少碳用于临时以及风险抵消，以补偿每吨碳排放。本研究提出了抵消的社会价值（SVO），通过所避免的经济损失来测量，同时也是碳社会成本的明确部分，反应出抵消时长，非额外性以及失败风险。SVO还与政策相关，如果SVO/成本比超过替代性方法的效益/成本比，那么有效的碳净零策略将包含抵消。SVO产生永久碳储存抵消的等价指标，可应用于碳生命周期分析，评估碳债务，并作为比较自由和合规市场中不同质量抵消的基础。[论文详细信息]

Physics

（导读 阿金）随量子比特数量增加，大规模生成真实多粒子纠缠，是基础科学和实际应用的重点课题。本研究在66个量子比特超导量子处理器上制备并验证了中等规模的真实纠缠可扩展方法。研究人员使用高保真并行量子门，分别将并行的单个量子比特门与双量子比特门保真度提高到99.91%和99.05%，最终实现了51个量子比特一维簇以及30个量子比特二维簇状态。结果为制备并验证上百个量子比特纠缠提供全新的可行方案。[相关报道：世界首次！中科大Nature！]

（导读 领研网）许多机器会通过使用声呐、雷达和激光雷达这类非可见信息的传感器来增强相机视觉。热信号也能用于辅助对某个场景的感知。本研究开发了利用热物理学和机器学习提升夜间感知的“热辅助探测与测距”（HADAR）。HADAR使用的技术能消除杂乱的热信号，证明了HADAR能在黑暗中感知纹理和深度，而且能感知物理特性。该技术能提高对夜间物体感知和辨认，或可用于自动驾驶汽车导航。[相关报道：热辅助探测让夜晚“亮如白昼”]

（导读 阿金）质子转移是水相位化学中最基本的事件之一，也是超快电子学与结构动力学耦合的经典范例。本研究调查了水溶液中电离尿素二聚体的飞秒质子转移动力学。利用X射线吸收谱的元素特异性和位点选择性，结合量子力学和分子力学计算，发现除了质子转移之外，尿素二聚体的后续重排和电子结构的相关改变可以通过位点选择性来识别。该结果表明台式X射线吸收谱有潜力用于阐释生物分子系统中的溶液相位超快动力学。[论文详细信息]

（导读 领研网）由无机发光二极管的微观“颗粒”或小芯片阵列构成像素的显示器（MicroLED显示器）在功耗、色彩饱和度、亮度和稳定性方面可能优于基于有机LED的商业显示器。本研究展示了一个MicroLED照明面板，由超过19000个盘形GaN 小芯片组成，直径为45μm，厚度为5μm，通过简单的基于搅拌、表面张力驱动的流体自组装(FSA)技术在60秒内组装完成收率99.88%。该结果代表了 FSA在实现低成本、高产量全彩MicroLED显示器制造的最终目标方面取得了重大进展。[相关报道：MicroLED，最新Nature！]

（导读 小天）大部分厄尔尼诺事件往往零星发生，高峰集中在单个冬季，而拉尼娜事件则倾向于发生在一次厄尔尼诺事件之后，持续两年甚至更久。本研究使用气候模型，模拟未来温室气体加强的情况下，发现拉尼娜事件连续发生频率呈增加趋势。亚热带太平洋东北部区域平均状态升温的最大值增强了区域热动力学对扰动的响应，产生了比二十世纪更偏北的异常东风以响应厄尔尼诺造成的异常温暖。[论文详细信息]

（导读 阿金）针对传染性疾病、食物、水和贫穷等问题挑战，全球中低收入国家的许多社区都缺乏具有成本效益、互惠互利的可持续性解决方案。本研究提出证据支持西非农业发展和化肥使用增加了寄生虫病——血吸虫病的全球疾病负担。通过随机对照试验，移除水源供应点的水下入侵植被可降低儿童肠道血吸虫病的感染率，而且对于区域水质并没有检测到长期的负面影响。该方法可产生经济激励效应，同时增强公共卫生，既维持了水道清洁，也能够让水生植物获得相当的营养物质。[论文详细信息]

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