4月7日《自然》杂志内容精选

4月7日《自然》杂志内容精选

封面故事：“视杯”是怎样形成的？

器官生成依靠很多细胞相互作用的协调来产生形成发育中的、组织所需的、集体性的细胞行为。Yoshiki Sasai及其同事建立了一个“三维细胞培养系统”，浮动的小鼠胚胎干细胞团能够成功地将它们自己组织到一个与“视杯”（一种袋状结构，在胚胎生成过程中发育成视网膜的内层和外层）相似的分层结构中。在进一步的3D培养中，这个“视杯”形成如在出生后的眼睛中所看到的那样完全分层的视网膜组织。这种方法对于视网膜修复的干细胞疗法也许有重要意义。本期封面所示“视杯”是从在试管中形成的一个“视杯”的多光子图像生成的。

纤维蛋白原结构的病理研究

Group A Streptococcus（GAS）是一种广泛存在的细菌病原体，既会造成温和的感染，也会造成有高死亡率的严重入侵性疾病，如“链球菌中毒休克综合症”。M1蛋白（最具入侵性的GAS的一种主要毒性因子）能造成血管泄漏和组织损伤；这些病理依赖于其与宿主纤维蛋白原的相互作用和嗜中性粒细胞随后的激发。现在，X射线晶体学研究显示了这一过程的结构基础。M1蛋白将四个纤维蛋白原分子组织到一个特定的十字架一样的结构中，该结构支持一个M1-纤维蛋白原网络，类似一种纤维蛋白血栓。这一网络是嗜中性粒细胞的激发所必需的。M1中需要一个构形变化才能结合纤维蛋白原，这说明M1中的纤维蛋白原结合点对免疫监视是隐藏的。这项工作表明，M1-纤维蛋白原复合物在“链球菌中毒休克综合征”的治疗中是一个潜在治疗目标。

肠内菌丛与心脏病的联系

Stanley Hazen及其同事发现，肠内菌丛能通过代谢食物中的一种磷脂来影响心血管疾病。他们用定向“代谢组学”方法来识别血浆中的代谢物，其水平能预测接受心脏评估的研究对象日后发生非致命性心脏病、中风或死亡的风险。食物中卵磷脂三种代谢物（胆碱、甜菜碱和trimethylamine N-oxide，即TMAO）在血浆中的水平与心血管病发病风险的增加有关。肠内菌丛已知在由胆碱形成TMAO中起一定作用。另外，用易患动脉粥样硬化的小鼠所做实验表明，食物中的胆碱能增强巨噬泡沫细胞形成和病灶形成，但如果肠内菌丛没有抗生素时却不会这样。这项工作为动脉粥样硬化心脏病提出了新的诊断和治疗方法。

金刚石一样的石墨烯晶体管

石墨烯（只有单个原子厚度的层状碳）有在高频微电子器件中应用的希望。现在，来自位于纽约的“IBM托马斯·华生研究中心”的一个小组发现，一种像金刚石一样的碳（它在半导体行业已经众所周知）特别适合用做石墨烯半导体器件的基质。石墨烯是通过“化学蒸汽沉积”（CVD）方法在一个铜薄膜基质上生长的，然后被转移到一个金刚石一样的碳晶圆上。这种方法被用来生成一种高性能石墨烯晶体管，它在40纳米的“门长度”（迄今所报告的最短长度）上具有155千兆赫的截止频率。这个体系不仅实现了CVD-石墨烯晶体管迄今最高的运行速度，而且也是迄今在任何石墨烯材料上所演示过的最小的、行为良好的晶体管。

肿瘤的单细胞分析

肿瘤已知在遗传上是异质性的，但要在单细胞层面上来解剖这种异质性却有困难。现在，将全基因组放大方法与对通过荧光激发的细胞分拣（cell sorting）分离出的单核的测序结合在一起的一项研究工作，揭示了来自两个患者的乳腺癌的种群结构。在二者当中，肿瘤生长都是通过断续的克隆表达实现的，几乎没有持久的中间体，这与关于肿瘤进展的很多渐进模型形成对比。这种类型的单细胞测序在其成本降低之后，对于癌症预后及阶段确定很可能具有临床意义。

植物怎样应对热压力

重复性元素如“反转录转座子”（移动基因元素，分别构成人类和玉米基因组的40%和60%）的转录正常情况下是受到抑制的，以防止它们在整个基因组中失控地扩散。Ito等人发现，拟南芥植物中的热压力诱导ONSEN逆转录因子的转录。ONSEN的积累被“小干涉RNA”（siRNAs）抑制。在没有siRNAs的情况下，新的ONSEN插入出现在后代中，在分化过程中已经发生了转座。这些结果表明，被siRNAs抑制的压力留有一个记忆，从而为防止植物面对环境压力时发生隔代反转录转座提供了一种方式。

多样化生态系统适应性更强

近年来的研究表明，生物多样性的保护可以提高一个生态系统保留养分和保持生产力的能力。这些研究论文已被证明是有争议的，部分是由于缺乏直接证据来用一个机制解释该现象。现在，在涉及对模型河流系统中的藻类数量进行操纵的实验中，Bradley Cardinale提出这样一个机制。氮营养物的吸收量响应于河流生境及扰动体系中所发生的变化，而随物种丰富度呈线性增加。但当小生境结构被通过实验手段消除时，这种关系便消失了。这表明，有更多物种的生境与物种数量较少的生境相比，能更好利用一个环境中的小生境机会，从而使多样化更大的生态系统能够获得有生物活性的资源（如氮）的更大份额。