Science一周论文导读 | 2017年3月10日

Design of a synthetic yeast genome

合成酵母基因组的设计

Sarah M. Richardson, Leslie A. Mitchell, Giovanni Stracquadanio…Jef D. Boeke, Joel S. Bader

（导读 郭思瑶）  研究人员完成了真核基因组Sc2.0的设计与合成。这是一个高度改良的酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）基因组。其设计是由用于原核基因组设计的开源框架BioStudio实现的。该项目由世界上不同团队合作完成。用自下而上的设计策略化学合成的基因组将用于探究染色体的结构功能和进化。

原文链接：science/355/6329/1040

3D organization of synthetic and scrambled chromosomes

合成染色体的三维构象

Guillaume Mercy, Julien Mozziconacci, Vittore F. Scolari…Héloïse Muller, Romain Koszul

（导读 逸轩）  合成酵母染色体Sc2.0的设计与天然酵母高度相似但仍有不同。我们使用Hi-C技术获取了Sc2.0的染色体三维构象，发现删除天然染色体中的部分重复序列可使染色体接触方式更加光滑、结构可预测性更强，除3号和12号染色体的局部外，全局染色体构造未受影响。

原文链接：science/355/6329/eaaf4597

“Perfect” designer chromosome V and behavior of a ring derivative

5号染色体的“完美”设计及其环状衍生物的行为

Ze-Xiong Xie, Bing-Zhi Li, Leslie A. Mitchell…Jef D. Boeke, Ying-Jin Yuan（元英进，天津大学）

（导读 逸轩）  我们设计并合成了536,024碱基的酵母5号染色体（SynV），并利用综合并发转化和CRISPR/Cas9编辑使其与设计序列完美契合。我们还设计合成了环状SynV，它可以在酵母菌中正常工作，但使酵母孢子活力降低，这一工作有助于环状染色体演化和人类环状染色体紊乱疾病的研究。

原文链接：science/355/6329/eaaf4704

Bug mapping and fitness testing of chemically synthesized chromosome X

化学合成10号染色体的错误位点筛查和适应性测试

Yi Wu, Bing-Zhi Li, Meng Zhao…Jef D. Boeke, Ying-Jin Yuan（元英进，天津大学）

（导读 逸轩）  本研究化学合成了含707,459对碱基的酵母10号染色体（synX）。SynX在高度变化的环境中显示出良好适合度。我们还使用自行开发的高效PCRTag测绘工具，对synX中影响细胞适合度的基因变异（bug）进行了筛查和修复，PCRTag方法能够拓展到任何有水印的合成染色体中。

原文链接：science/355/6329/eaaf4706

阅读更多：天大、清华、华大基因4篇 Science 报道合成生物学重大进展

Deep functional analysis of synII, a 770-kilobase synthetic yeast chromosome

对77万碱基对长度的合成酵母2号染色体的深入功能分析

Yue Shen, Yun Wang, Tai Chen…Yizhi Cai, Huanming Yang（杨焕明，华大基因）

（导读 郭思瑶）  研究人员成功设计，构造，表征了770千碱基的合成酵母2号染色体（synII），所得synII菌株的生物活性与自然菌株高度一致。研究还揭示了synII中13tRNA删除引起的转录上调机制，并通过基因改造提高了synII酵母对甘油培养基的耐受度。

原文链接：science/355/6329/eaaf4791

Synthesis, debugging, and effects of synthetic chromosome consolidation: synVI and beyond

合成染色体的合成、调试和效果：synVI以及其他

Leslie A. Mitchell, Ann Wang, Giovanni Stracquadanio…Joel S. Bader, Jef D. Boeke

（导读 郭思瑶）  研究人员设计、快速组装和表征了合成酵母Sc2.0的6号染色体（synVI）。合成过程中，研究人员排除了引发线粒体缺陷、HIS2转录起始改变等问题的基因错误，最终的SynVI与天然基因组相比有6%的差别但菌株表型无显著差异。这项研究为设计合成真核生物基因组打下了坚实的基础。

原文链接：science/355/6329/eaaf4831

Engineering the ribosomal DNA in a megabase synthetic chromosome

在百万碱基量级合成染色体上编辑核糖体DNA

Weimin Zhang, Guanghou Zhao, Zhouqing Luo…Jef D. Boeke, Junbiao Dai（戴俊彪，清华大学）

（导读 郭思瑶）  基于酿酒酵母的12号天然染色体，研究人员设计并人工合成了线性12号酵母染色体（synXII）。 合成过程使用两步法完成并消除了tRNA编码基因缺失的错误。合成过程中，用于物种识别的关键rDNA标志性序列被替换为贝酵母（而非酿酒酵母）序列。

原文链接：science/355/6329/eaaf3981

论文详情：戴俊彪研究组设计合成酿酒酵母十二号染色体

Molecular and neural basis of contagious itch behavior in mice

小鼠传染性瘙痒行为的分子和神经基础

Yao-Qing Yu, Devin M. Barry, Yan Hao, Xue-Ting Liu, Zhou-Feng Chen（陈周峰，华盛顿大学）

（导读 董堃）  本文发现小鼠和灵长类一样也会模仿同伴挠痒痒的行为，并经分子定位验证下丘脑视交叉上核是调控这种行为的关键。该部位分泌的胃泌素释放肽及其受体对于这种传染性瘙痒行为的传递至关重要。

原文链接：science/355/6329/1072

A key malaria metabolite modulates vector blood seeking, feeding, and susceptibility to infection

HMBPP作为疟原虫代谢产物调控疟疾传播介质冈比亚疟蚊的进食行为

S. Noushin Emami, Bo G. Lindberg, Susanna Hua…ickard Ignell, Ingrid Faye

疟原虫通过代谢产物HMBPP促进自身传播的策略

（导读 严冰）  冈比亚疟蚊作为疟疾的传播介质，更倾向于叮咬已感染疟疾的人，促进疟疾的传播。研究发现，这是由于镰状疟原虫产生的类异戊二烯前体HMBPP会使人体红细胞的CO2、醛类及单萜类释放量增加，吸引蚊子，促进叮咬。同时，HMBPP会对雌蚊的免疫、神经、抗疟疾、产卵基因进行转录调控，影响雌蚊的行为和生理功能，促进疟疾传播。

原文链接：science/355/6329/1076

Mutation of a nucleosome compaction region disrupts Polycomb-mediated axial patterning

核小体压缩结构域突变影响PcG介导的轴向模式

Mei Sheng Lau, Matthew G. Schwartz, Sharmistha Kundu…Clifford J. Tabin, Robert E. Kingston

（导读 逸轩）  多梳家族（PcG）蛋白通过调节核小体维持对关键发育基因的抑制。哺乳动物多梳抑制复合体1 (PRC1)的组分CBX2包含压缩结构域，能够连接附近核小体、使核小体结构保持紧密。我们证实CBX2压缩结构域的这一功能对于维持小鼠发育过程中的基因沉默、形成正确的轴向发育模式十分重要。

原文链接：science/355/6329/1081

“Ab initio” synthesis of zeolites for preestablished catalytic reactions

预设定催化反应中沸石的从头合成

Eva María Gallego, M. Teresa Portilla, Cecilia Paris…Manuel Moliner, Avelino Corma

（导读 卓思琪）  沸石多用于多相催化。本研究利用有机结构导向剂对预设定反应的过渡态（TS）进行模拟，设计出了一类具有催化活性、结构选择性沸石，其孔洞和它们需要接近的反应分子相似。研究已成功的利用设计出的沸石MIT-1将E-二取代环戊烷催化反应为金刚烷。

原文链接：science/355/6329/1051

The geologic history of seawater pH

海水pH值的地质历史

I. Halevy, A. Bachan

（导读 肖坤）  海洋pH值对理解海水的生物地球化学过程至关重要。研究人员通过考察海水主要成分的变化周期，推测海水的pH值从太古宙早期的~6.5-7.0，上升到显生宙的~7.5-9.0，由于受到大气pCO2和地热交换降低影响。早期海洋中较低pH值很可能影响生命起源、能量代谢及气候变化。

原文链接：science/355/6329/1069

Photonic doping of epsilon-near-zero media

对介电常数近零的介质进行光子掺杂

Iñigo Liberal, Ahmed M. Mahmoud, Yue Li, Brian Edwards, Nader Engheta

（导读 肖坤）  对半导体材料进行掺杂可以控制其电学和光学特性。本研究报导了将二维介电粒子掺杂在二维介电常数接近零的介质中，从而在保持介质介电常数接近零的同时改变有效磁导率，并通过调整杂质来改变材料的磁场性质。研究结果有助于工程电磁超材料开发和可重构光学系统的实现。

原文链接：science/355/6329/1058

Large, valley-exclusive Bloch-Siegert shift in monolayer WS2

单层二硫化钨中显著的谷内Bloch-Siegert频移

Edbert J. Sie, Chun Hung Lui, Yi-Hsien Lee, Liang Fu, Jing Kong, Nuh Gedik

（导读 肖坤）  物质与偏共振光的相干互作用可以改变原子、分子和固体的能级。本研究在单层二硫化钨（WS2）中观察到了明显的Bloch-Siegert频移。通过控制驱动光的螺旋性，研究人员将Bloch-Siegert频移和斯塔克频移分别限制在不同的能谷中，进而增强对二维材料的谷电子学特性的控制。

原文链接：science/355/6329/1066

Bone-like crack resistance in hierarchical metastable nanolaminate steels

分层亚稳态纳米薄片状钢材料对骨状裂纹的抗裂性

Motomichi Koyama, Zhao Zhang, Meimei Wang…Hiroshi Noguchi, Cemal Cem Tasan

（导读 高胜寒）  受人骨优异的断裂韧性的启发，本研究展示了当钢材料具有类似人骨一样的分层和薄片状的微结构时，可以实现优异的抗裂性。同时，研究表明了抗裂性能的大幅度提高，关键在于要同时对多个抗裂纹扩展的微观机制进行激活。研究结果为设计各种抗疲劳合金提供了重要的思路。

原文链接：science/355/6329/1055

Scalable-manufactured randomized glass-polymer hybrid metamaterial for daytime radiative cooling

可用于白天辐射冷却的可伸缩玻璃聚合物复合超材料

Yao Zhai, Yaoguang Ma , Sabrina N. David…Ronggui Yang（杨荣贵，科罗拉多大学）, Xiaobo Yin（尹晓波，科罗拉多大学）

（导读 高胜寒）  本研究报导了将共振极性介电微球体无序掺杂于玻璃聚合物中得到的超材料能够完全不吸收太阳光并具有超高的红外发射率。当材料具有银涂层时，该材料在正午太阳光照射下的辐射冷却功率为93 W/m²。研究人员还开发了一种可以对该材料实现高产量低成本的制备方法。

原文链接：science/355/6329/1062