本期《自然》《科学》精选

本期《自然》《科学》精选

　　

生物通综合：

10月26日《Nature》

封面故事：蜜蜂基因组完成测序

“蜜蜂基因组测序联合课题组”本周发表了蜜蜂Apis mellifera的完整基因组序列。蜜蜂通过授粉对全球生态具有重要影响，它们也是研究社会行为的一种关键模型。该基因组所含主管先天免疫、表皮形成和味觉受体的基因数量少于其他昆虫，但所含气味受体多于其他昆虫，并且含有用于花蜜和花粉利用的新颖基因。种群遗传学知识有助于我们了解非洲化蜜蜂是否是通过杂交或迁移从“新世界”向外扩散的。在配发的一篇News and Views文章中，E. O. Wilson对“将蜜蜂提升到一个高级的社会组织状态”的深远的生物学变化是怎样反映在新测序的基因组中的进行了分析。封面所示为一株犬齿赤莲上的一只蜜蜂。（Carrol W. Perkins/photolibrary.com）

一种当“甩手掌柜”的蠕虫

Olavius algarvensis是一种海洋寡毛纲蠕虫，存在于地中海厄尔巴岛沿海浅水沙子中。它们的解剖特征是引人注目的，因为它们不但没有嘴、胃和肠，而且没有肾管（nephridia），即肾脏一样的器官。消化系统的省略出现在其他动物中，但这种动物是惟一省略了自己的排泄系统以适应共生方式的寄主。现在，生活在这些蠕虫皮肤下面的共生细菌群落的基因组成已被确定。多源基因组分析揭示了如此多的重要寄主任务何以被外包给了共生体。

水合作用对地幔物质电导性的影响

地幔的性质（如粘度和熔化温度）受含水量严重影响。然而，确定地幔含水量仍然富有挑战性。曾有人提出，橄榄石的水合作用是岩流圈（地壳和上层地幔下面的可变形层）高电导性的原因，但水对这些物质的影响（通过氢的结合而产生）尚未在实验室中确定。现在，两个小组报告了关于氢对橄榄石电导性影响的实验结果。他们都发现，少量氢能急剧增加电导性，但它们关于这种水合作用是否能够解释所观察到的地幔电导性的结论却不一致。显然，需要进行更多工作来确定这种偏差背后的因素。

决定四肢形状的遗传因素

四足动物四肢前后极性，即可解释为什么你的大拇指和小拇指是不同的等现象的不对称性， 是由Sonic hedgehog (Shh)基因在胚胎肢芽（limb bud）后部的表达早就确定了的。Shh表达反过来由HoxA 和 HoxD类群中的基因控制的。Tarchini等人发现，Shh基因由Hox类群中更靠后的成员控制，也就是说，由那些其表达因它们的同线性转录激发而被排除在最靠前肢芽之外的基因控制。换句话说，四肢形状的形成，是躯干中Hox基因表达的同线性的一个副作用，这便为关于演化过程用可供利用的原材料来做什么的理论施加了一个遗传学上的约束条件。

物种损失对生态系统功能的影响

关于物种灭绝是否会改变群落生产力和生态系统功能的问题，是一个争议非常大的问题。上个世纪90年代所做的研究工作表明，物种损失可降低群落的生产力，降低它们捕捉和消耗有限资源方面的效率。对这些研究结果的理解是有争议的，后来的研究工作产生了若干反例，这些反例使关于生物多样性效应的普遍性受到质疑。现在，Cardinale等人报告了对关于物种多样性和生态功能的实验研究所进行的一次“多源分析”（meta-analysis）结果。他们的结论是，物种损失的确影响生态功能，但影响的程度取决于具体损失的是哪些物种。

角膜中的抗血管生成分子

角膜是身体上少数没有血管在其中流通的组织之一。这个没有血管的“岛屿”经常被用来试验癌症、关节炎、动脉硬化、糖尿病和由病理性血管生成驱动的其他疾病的抗血管生成疗法。该组织没有血管是引人注目的，这是由于其周围组织都有高度发达的血管，而更为引人注目的是因为角膜现在被发现含有大量强效抗血管生成分子VEGF-A (血管内皮生长因子)。该发现又导致了一个对药物设计而很重要的发现：作为一种可溶性VEGFR-1的一种VEGF-A 阱也存在于角膜中，角膜中没有血管正是由该物质这一个因素造成的。有趣的是，已知含血管角膜的少数动物（海牛、突变小鼠和一些有Pax6突变的先天性无虹膜症患者）都缺少角膜可溶性VEGFR-1。

可用于风湿性关节炎药物研究的动物模型

用于治疗风湿性关节炎的药物的开发 一直没有一种好的动物模型的帮助。现在，一种新开发的突变小鼠模型有可能帮助填补这个空白。这种小鼠缺少DNaseII基因，是被第二个突变从那个突变的致命影响中拯救过来的，这第二个突变允许干扰素的组成性生成。这种小鼠患了慢性多发性关节炎，与人类的风湿性关节炎类似，原因是在细胞程序死亡和定向红血球生成过程中DNA降解失败了。这是出乎意料的：对各种不同小鼠组织所做的分析表明，携带未降解DNA的巨噬细胞会被激活，产生TNF（肿瘤坏死因子），导致多发性关节炎的发展。有趣的是，TNF与风湿性关节炎的发病有关，抗TNF疗法有时被用来治疗该疾病。

10月27日《Science》

蜜蜂研究为其迁徙和社会行为提供线索
蜜蜂和人类的联系年代久远，人类曾居住过的山洞中有对几千年前从野蜂窝中采集蜂蜜的描绘。蜜蜂为农业提供了传粉，蜂蜜是一个有价值的产品。蜜蜂也是社会性很强的昆虫，它的基因组也许能为我们提供基因与社会行为的联系。本周《自然》杂志发表了蜜蜂基因组的序列，本期《科学》杂志同时发表了3篇文章用这些基因组数据做的研究，为蜜蜂从非洲的迁徙、一个重要的基因调节过程、以及蜜蜂社会行为提供了线索。 
报告：Thrice Out of Africa: Ancient and Recent Expansions of the Honey Bee, Apis mellifera, Charles W. Whitfield, et al. 
报告：Functional CpG Methylation System in a Social Insect, Ying Wang, et al. 
报告：From the Genome to the Proteome: Uncovering Peptides in the Apis Brain, Amanda B. Hummon, et al. 


微小的最古老的蜜蜂化石
研究人员在迄今发现的最老的蜜蜂化石上找到了几个花粉颗粒，George Poinar 和Bryan Danforth在本期简报中报告的这些化石的年代是1亿年前，也就是白垩纪的早期。其它已知的蜜蜂化石比这次发现的要晚3500万到4500万年。这种名为Melittosphex burmensis的蜜蜂很小，只有2.95毫米长，但是它们表明，现今蜜蜂所具有的许多特征在1亿年前就已经出现了。这些蜜蜂是在缅甸北部的琥珀样品中发现的，它们具有现在蜜蜂的几种特征和形态结构包括分叉的毛，研究人员认为这种毛与采集花粉有关。当然，蜜蜂是重要的传粉媒介，这个化石意味着蜜蜂在白垩纪早期到中期开花植物快速多样化上可能起了作用。 
简报：A Fossil Bee from Early Cretaceous Burmese Amber, G. O. Poinar, Jr. and B. N. Danforth 
钚的远距离旅行
研究人员报告说，来自世界上核污染最严重地点的钚搭地下水中微小粒子的便车旅行了相当远的距离。过去的研究曾指出核废料中存在有危险的放射性核素，它们不容易溶解在水中，而且可能通过与被称为胶状体的微小粒子结合的方式被地下水运输到别的地方。但是科学家不清楚这些粒子能多快地旅行以及能旅行多远，以及哪种胶状体在这个过程中起作用。Alexander Novikov和同事研究了俄罗斯的一个核废料点，那里钚盐的再加工污染了一个与地下水系统连接的湖。他们发现，在55年的时间中，与氧化铁胶状体结合的钚旅行了大约4公里的距离。文章作者指出，潜在的核废物贮藏点有各自不同的物理和化学条件，所以每个地点需要对它们那里这些污染粒子如何旅行做具体的研究。 
报告：Colloid Transport of Plutonium in the Far-Field of the Mayak Production Association, Russia, Alexander P. Novikov, et al. 


建造生命的第一个酶
科学家提出，水下火上口中的条件能帮助解释生命起源的中心矛盾中的一个。有关进化的一个存在已久的问题是，形成酶的氨基酸是如何在没有酶来催化它们形成的条件下首次组装起来的。热液口一直是能使进化开始的主要候选环境，因为那里的火山气体、水、和来自地壳的矿物结合所产生的一些化学反应可能制造了生命的基础材料。德国研究人员Claudia Huber和Günter Wachtershauser现在揭示，在可信地模仿早期地球火山口的高温和高压的条件下，铁和镍粒子能催化氨基酸的形成。具体地，这些金属粒子催化了一个涉及一氧化碳或氰化物的水合反应。作者提出，这个过程也许可能使含铁和含镍的酶得以形成。 
报告：α-Hydroxy and α-Amino Acids Under Possible Hadean, Volcanic Origin-of-Life Conditions, Claudia Huber and Günter Wachtershauser 

与炎症性肠病有关的基因
科学家找到了一个与炎症性肠病有关的基因，这类病包括溃疡性结肠炎和克罗恩病。人们认为炎症性肠病(简称IBD)是由对肠道中的某些细菌的不适当的免疫应答所引起的。对患有这些紊乱的家族的研究指出，这些紊乱具有强的遗传成分，科学家曾在两个染色体位置发现了增加发生这些紊乱风险的基因序列的变异。Richard Duerr和同事在基因组范围对与克罗恩病有关的其他基因进行了筛选，发现了IL23R 基因，该基因编码促炎性细胞因子interleukin-23受体的一部分。IL23R 基因序列的几个变异被发现增加或降低一个人患IBD 的风险。有意思的是，对风险有最强影响的变异是抵抗克罗恩病的发生，但是这个变异在一般人群中是罕见的。这些结果强调了IL23R信号路径在慢性炎症紊乱中的重要性，并为治疗IBD提供了一个可能的线索。 
科学特快报告：A Genome-Wide Association Study Identifies IL23R as an Inflammatory Bowel Disease Gene, Richard H. Duerr, et al. 


微小生物体将硫留在海洋中
两项新研究为我们对地球硫循环的了解填补了空白，显示了海洋生物如何将硫保留在浮游生物食物网中，而不将其送入大气层。大气中硫的主要来源于海洋表面的化合物二甲基硫(简称DMS)。一旦进入大气，DMS成为气候变化的一个重要角色，因为它对云和气溶胶的形成有很大的贡献。海洋浮游生物生产大量的能变成DMS的前导化合物，但是人们对影响多少DMS被释放到空气中的过程一直不清楚。Erinn Howard和同事采样来自海水的基因信息样品，在其中寻找涉及脱甲基化的基因。这是与DMS 生产竞争的过程的第一步，该过程将前导化合物转变为留在海洋中的化合物。文章作者发现了一个新的硫循环基因，他们报告说，在开阔的海洋中一组名为SAR11类的浮游生物在这个过程中起最重要的作用，而在沿海水域，另一个种生物--玫瑰杆菌(Roseobacter)起重要作用。在另一项研究中，Maria Vila-Costa和同事显示，蓝细菌和名为硅藻的浮游生物也将硫从被释放到大气的过程中改道。一篇相关的研究评述讨论了这些发现。 
报告：Bacterial Taxa That Limit Sulfur Flux from the Ocean, Erinn C. Howard, et al. 
报告：Dimethylsulfoniopropionate Uptake by Marine Phytoplankton, Maria Vila-Costa, et al. 
研究评述：New Pieces for the Marine Sulfur Cycle Jigsaw, Gill Malin