\"扩散蠕变”过程中橄榄石晶体轴的取向

Olivine crystals align during diffusion creep of Earth’s upper mantle

橄榄石在\"位错蠕变”过程中产生的\"晶体优先取向”被认为是地球上层地幔中弹性各向异性的主要成因，也经常被地震学家用来确定地幔流动的方向。现在，Tomonori Miyazaki等人发现，与透辉石或熔岩共存的不含铁的橄榄石颗粒，能够在\"扩散蠕变”过程中导致橄榄石的\"晶体优先取向”的形成。他们发现，在接近\"固相线温度”的温度下，从这种\"扩散蠕变”会产生强径向各向异性。（doi: 10.1038/nature12570）
 

用代谢工程方法生产生物燃料

Microbial production of short-chain alkanes

本期封面所示为化石石油生产方式（上方）与代谢生产方式的对比。高油价和化石资源的耗尽促使人们对如何从可再生资源生产可持续性生物燃料进行了大量研究。工程化的微生物是一个选择，但此前人们还没有用微生物生产出汽油（碳含量在4-12之间的较轻液烃的一种混合物），部分原因是，细胞代谢主要有利于长链脂肪酸及其衍生物的生成。在这篇文章中，Yong Jun Choi 和 Sang Yup Lee介绍了培养用来生产短链烷烃、自由脂肪酸、脂肪酯和脂肪醇的大肠杆菌菌种。最后得到的菌种每升最多可生产580.8毫克的短链烷烃，主要是壬烷和癸烷。本文介绍的代谢工程在培养用于短链脂肪酸和衍生物（将它们用作很多有用的工业燃料和化学品）的生产的微生物方面应当会有用。（doi: 10.1038/nature12536）

Box C/D酶的顺序甲基化

The structure of the box C/D enzyme reveals regulation of RNA methylation

RNA经历很多类型的转录后修饰。其中的一个类型是rRNA的2′-O-ribose的甲基化。修饰酶（box C/D核蛋白复合物）利用可识别两个甲基化点的guide RNA来识别其目标。Teresa Carlomagno及同事确定了结合到基质RNA上的390 kDa archaeal复合物的结构。这项工作显示，两个\"甲基化引导序列”存在于不同情境中，这种情况有利于在两个点上进行的顺序甲基化。作者猜测，这一受控的过程也许还会影响RNA折叠。（doi:10.1038/nature12581）

细胞龛位置是决定干细胞命运的关键

Spatial organization within a niche as a determinant of stem-cell fate

通过将活体成像与在活小鼠身上进行的单干细胞/后代标记相结合，Valentina Greco及同事发现，位于毛囊干细胞龛不同腔室中的细胞具有不同的细胞命运。激光消融显示，对毛囊发育至关重要的多能隆突干细胞并不是毛发再生所必需的，因为上皮细胞能重新占据丢失的干细胞腔室。这些发现表明，一个干细胞在其延伸的小环境（细胞龛）内的位置控制它的长期命运和行为。这也许是其他成年干细胞的调控的一个普遍机制。（doi:10.1038/nature12602）

人MX2蛋白是一个抗HIV-1因子

Human MX2 is an interferon-induced post-entry inhibitor of HIV-1 infection

MX2 is an interferon-induced inhibitor of HIV-1 infection

两个小组在本期Nature上报告说，人类干扰素诱导的GTP结合蛋白MX2是\"1-型人免疫缺陷病毒” (HIV-1) 和若干种其他慢病毒的一个强效抑制因子。人们多年前就知道，与其相关的蛋白MX1在人体中能抑制HIV-1复制，但MX2过去却被认为没有抗病毒活性。MX2的抗HIV-1活性对GTP酶的依赖性要远远小于MX1更广泛的抗病毒活性对GTP酶的依赖性，说明二者之间可能存在机制上的差别。（doi: 10.1038/nature12542  doi:10.1038/nature12653）

牙齿的演化起源

The origin of conodonts and of vertebrate mineralized skeletons

Palaeontology: Inside-out turned upside-down

沉积岩经常含有牙齿状的小型微化石，被称为\"牙形石元素”，其丰度是如此之大，以至于它们被普遍用来确定地层年代。它们是咽部的构成部分，存在于被分类为\"牙形石动物门”的像鳗鱼一样的软体动物的喉咙中。它们的组织机构很像脊椎动物牙齿，说明存在一个所谓的\"inside out”演化模型，在其中牙齿起源于口腔内。利用同步辐射X-射线断层扫描显微镜来比较在形态上相似的\"真牙形石”元素和\"拟牙形石”元素的微结构的一项新的研究，对这种解读提出了质疑。该研究获得的数据表明，\"牙形石动物门”和有颌脊椎动物的最后共同祖先没有矿化的骨骼组织。牙齿似乎是通过\"生牙能力”在颌骨起源后不久从外部真皮向内部上皮的延伸而演化形成的。在这一模型中，\"牙形石元素”与牙齿之间的相似性是平行演化的一个经典例子。（doi:10.1038/nature12645  doi: 10.1038/nature12695）

肝脏中能量代谢的调控

A diurnal serum lipid integrates hepatic lipogenesis and peripheral fatty acid use

最新证据表明，肝脏代谢基因的白昼和/节律调控在维持代谢平衡中起一个关键作用，但系统能量基底平衡的肝脏调控的分子基础仍不清楚。尤其是，肝脏中的脂肪生成是怎样与周围组织的能量需求相协调的仍不清楚。这项研究显示，核激素受体PPARδ调控肝脏中从头开始的脂肪生成，并通过循环脂质协调肌肉对脂肪的使用。高脂肪食物减少这种血清脂质的有节奏生成，而对db/db糖尿病小鼠喂食高脂肪食物则能改善代谢平衡。（doi:10.1038/nature12710）

从一个新角度来看驱虫剂

Odour receptors and neurons for DEET and new insect repellents

寻找新驱虫剂的工作一直受阻于对DEET (N,N-diethyl-meta-toluamide)的作用机制缺少一致的认识，后者60多年来一直是主要驱虫剂。现在，Anandasankar Ray及同事识别出了介导DEET作用的关键成分：它们是一个高度保守的受体（Ir40a蛋白）和一组见于果蝇触角中一个小坑样结构内的感觉神经元。除了自然出现或已经被批准用于人类的化学物质外，作者接着又在果蝇和蚊子中识别出了刺激相同神经回路、从而诱发厌恶感的其他化合物。这些发现将改变DEET的廉价、安全和有效替代品的设计。（doi: 10.1038/nature12594）

激发态β2-肾上腺素受体的结构

Adrenaline-activated structure of β2-adrenoceptor stabilized by an engineered nanobody

这项研究报告了与不同激动剂（即BI167107、hydroxybenzyl isoproterenol和内源性激动剂\"肾上腺素”）形成复合物的、完全具有活性的人β2-肾上腺素受体(β2AR)的三个结构。β2AR是一种\"G-蛋白耦合受体” (GPCR)，后者是很多临床药物作为作用目标的普遍存在的膜蛋白。我们对它们与其内源性激动剂相结合的分子过程及其激发效应蛋白的分子过程仍很不了解。尽管所研究的三种激动剂在化学性质上具有多样性，但这三种激动剂都能稳定受体中高度相似的活性态。微妙的结构差别让我们对一个GPCR是怎样被多种激动剂激发的（这是对药物开发极为重要的一个现象）有了认识。（doi: 10.1038/nature12572）

能防微波辐射的绝缘体

Exploiting dimensionality and defect mitigation to create tunable microwave dielectrics

Applied physics: Materials scientists take control

可调介电材料是复杂微波线路的宝贵构成部分，但这种材料由于它们结构中的内在缺陷在微波频率工作时往往会产生损失。Che-Hui Lee及同事选择了一组已知损失极低的介电材料，现在他们介绍了这些材料何以能够被工程处理以提高其可调性并获得能够与所有已知可调微波介电材料相媲美的性能水平。（doi: 10.1038/nature12582 doi: 10.1038/nature12696）

最遥远的成星星系得到证实

A galaxy rapidly forming stars 700 million years after the Big Bang at redshift 7.51

\"哈勃太空望远镜”的数据产生了所观测到的红移值在\"大爆炸”之后不到10亿年的星系的数以百计的候选星系，但迄今为止人们只证实了它们当中少数几个（与我们）的距离。利用Keck I望远镜上最新投入使用的MOSFIRE摄谱仪，Steven Finkelstein及同事探测到了一个具有可被证实处在红移值为7.51处的一条发射线的星系，这使它处在\"大爆炸”之后7亿年的一个时期，也使其成为通过光谱方式证实的最遥远的星系。该星系的颜色与其金属含量较大相一致，它的成星速度之快令人吃惊，每年大约形成相当于330个太阳质量的恒星，比在\"银河系”中看到的速度大100倍。作者提出，早期宇宙中这种具有强烈成星活动的地点可能要比以前所预计的多很多。（doi:10.1038/nature12657）
 

全球固体垃圾生产量达到最大的日期

Environment: Waste production must peak this century

\"Peak waste”指的是全球固体垃圾生产量达到最大的日期，它可以很好地表示人类对全球环境的影响达到最大的时间。这一时间具体什么时候到来难以预测，但Daniel Hoornweg、 Perinaz Bhada-Tata 和Chris Kennedy在本期Nature上的一篇Comment文章中通过计算指出，按照当前的社会经济趋势，\"Peak waste”在本世纪不会出现。这意味着，除非我们减少人口增长和物质消耗速度，否则地球将不得不承受不断增大的垃圾负担。Hoornweg等人认为，稳定人口数量、对城市进行更好的管理以消耗更少的资源、使社会更加公平、以及使用高技术是让\"Peak waste”尽快到来的手段。（doi: 10.1038/502615a）

磁小体蛋白MamP的结构

Structural insight into magnetochrome-mediated magnetite biomineralization

趋磁性细菌利用一种被称为\"磁小体”的专门化细胞器（磁铁矿(Fe(II)Fe(III)2O4)或硫复铁矿(Fe(II)Fe(III)2S4)的一种生物矿化晶体）来探测地球磁场，并与其方向保持一致。这篇论文介绍了与\"磁小体”相结合的蛋白MamP的X-射线晶体结构，它显示了由融合到两个\"磁小体”域上的一个\"自插入”（self-plugged）PDZ域构成的一个独特排列。作者还确定，MamP是一个铁氧化酶，有助于\"三价铁”水铁矿的形成，因此对于在\"磁小体”生物生成过程中的铁管理机制很重要。（doi: 10.1038/nature12573）

拟南芥的\"半夜鸡叫”

Photosynthetic entrainment of the Arabidopsis thaliana circadian clock

在植物中，糖通过光合作用的生成是生物钟的一个关键代谢输出。这项研究显示，节律性的内源糖信号能通过调控生物钟基因的表达设定拟南芥的生物钟的时间。作者提出了\"代谢黎明”这样一个概念，用来描述生物钟响应于光合作用所生成的内源性的糖的某一峰值而发生的重设。（doi:10.1038/nature12603）

造血干细胞的细胞龛得到定性

Arteriolar niches maintain haematopoietic stem cell quiescence

Paul Frenette 及同事采用\"全标本共焦免疫荧光成像和计算模拟”方法对造血干细胞(HSC)细胞龛内不同细胞类型的空间分布进行了研究。他们发现，静止的HSC专门与优先在\"骨内骨髓”中发现的小动脉关联，这些小动脉是保持HSC静止所必需的。因此这些结果表明，不同的HSC细胞龛（静止的或增殖性的）是由不同血管类型所赋予的。（doi: 10.1038/nature12612）

Pol I的结构被确定

Crystal structure of the 14-subunit RNA polymerase I

Structural biology: Pivotal findings for a transcription machine

RNA polymerase I structure and transcription regulation

RNA 聚合酶-I (Pol I) 转录核糖体RNA（后者是核糖体组装必不可少的），因此这种酶是蛋白生物合成和细胞生长的一个主要决定因子。Pol I的误调控已被与几种类型的癌症联系了起来，而且Pol I也在成为抗癌药物的一个目标。在本期Nature上，独立工作的两个小组发表了分别以3.0 Å 和 2.8 Å分辨率确定的由14个亚单元组成的酵母完整Pol I的X-射线晶体结构。Pol I的基本结构与Pol II 和 Pol III的基本结构相似，但其DNA结合槽有一个比在其他RNA聚合酶中所见到的更宽的构形，同时其他特点也让我们对其不同组成部分的功能角色有所认识。（doi:10.1038/nature12636  doi: 10.1038/nature12700  doi: 10.1038/nature12712）

抑制减数分裂交叉的机制

Meiotic chromosome structures constrain and respond to designation of crossover sites

在减数分裂过程中（此时在染色体被分离到两个子细胞中之前其数量翻倍），同源染色体通过链的交换而在一个\"X-结构”或一次交叉中被保持在一起。交叉是由程序化的双联断裂启动的，而且一个断裂一旦形成，其附近的其他断裂的形成就会通过一个被称为\"交叉干涉”的过程被抑制。Anne Villeneuve及同事发现，\"联会丝蛋白”（它们在成对的同源染色体周围形成一个涂层）负责这种干涉。另外，一个交叉一旦出现，局部染色体结构就会被改变和加长，这些变化也许还有助于抑制进一步的交叉启动。（doi: 10.1038/nature12577）

高分辨率低温电子断层扫描方法

Visualizing virus assembly intermediates inside marine cyanobacteria

Wah Chiu及同事报告了利用Zernike phase contrast (ZPC) 低温电子断层扫描方法研究细胞过程、而无需进行标记或切片的首次应用。他们用这一方法观察了\"噬蓝藻体”Syn5在其宿主细胞内的成熟过程，识别出了亚细胞腔室和不同的Syn5组合中间体。（doi: 10.1038/nature12604）

对蛋白折叠动态的描述

Single-molecule fluorescence probes dynamics of barrier crossing

Biophysics: Rough passage across a barrier

溶液中的化学反应的动力学可以由Hendrik Kramers在上个世纪40年代建立的一个理论得到最好的描述，该理论将爱因斯坦关于布朗运动的研究与速率理论联系了起来。此前，人们一直没有可能测定Kramers的理论所预测的有关小分子的参数。现在，Hoi Sung Chung 和 William Eaton对在蛋白折叠过程中由单个分子所发射的光子进行了监测，发现内部摩擦对Kramers扩散系数有很大贡献。他们所测出的蛋白折叠的\"过渡路径时间”，是在任何一个系统中对Kramers扩散系数和\"自由能势垒高度”的首次定性。（doi: 10.1038/nature12649  doi:10.1038/nature12697）

干旱威胁旱地生态系统中的营养平衡

Decoupling of soil nutrient cycles as a function of aridity in global drylands

Ecology: Drivers of decoupling in drylands

人们可能以为，气候变化（如对很多旱地所预测的干旱程度的增加）在21世纪可能会打乱碳、氮和磷的生物地球化学循环。这些元素是陆地生态系统中生物质生产的必要营养成分。这项研究发现，干旱对全球旱地土壤有机碳和氮的浓度有一个负面影响，但对无机磷的浓度却有一个正面影响。这说明不同养分循环因干旱程度的增加会发生\"去耦合”，后者可能会对控制初级生产力等关键生态系统功能的生物地球化学反应产生一个负面影响。（doi:10.1038/nature12670  doi: 10.1038/502628a）

DMSP由珊瑚虫的生物合成

DMSP biosynthesis by an animal and its role in coral thermal stress response

Marine biology: Coral animals combat stress with sulphur

二甲基巯基丙酸(DMSP)是一种广泛分布的代谢物，被海洋细菌转化成挥发性气体二甲基硫化物(DMS)，后者是大气中硫的一个主要来源，有助于云的形成，从而影响气候。Jean-Baptiste Raina等人在本文中报告了DMSP由两种常见造礁珊瑚Acropora millepora 和 Acropora tenuis的形成。这一发现是个意外——人们以前认为，DMSP是完全由藻类（包括珊瑚中的共生藻类）和一些植物产生的。DMSP的生物合成也许可帮助珊瑚虫耐受\"热应激”条件。这一发现可能有助于了解DMSP的生成怎样响应全球变化对珊瑚及其共生体所产生的影响。（doi:10.1038/nature12677  doi: 10.1038/nature12698）

Levitons的按需生成

Minimal-excitation states for electron quantum optics using levitons

Quantum physics: Single electrons pop out of the Fermi sea

纯量子激发态的按需生成（对于量子系统的操作很重要）对费米子来说尤为困难。这是因为扰动会导致粒子激发和空穴激发的复杂叠加。然而，Leonid Levitov在近20年前就预测，应有可能生成一个最小激发态，即只有一个粒子、没有空穴的一个准粒子。作者报告了这种准粒子（他们将其称为\"levitons”）在一个电子系统中的按需生成。他们设想，levitons将在量子信息和基础研究中找到应用。（doi: 10.1038/nature12713  doi:10.1038/nature12699）