2023年9月13日，中国学者/华人学者在Nature 发表了14项研究成果，iNature系统盘点这些成果：
2023年9月13日，东北大学左良团队在Nature 在线发表题为“Flatband λ-Ti3O5 towards extraordinary solar steam generation”的研究论文，该研究提出了一种通过引入平带电子结构来大大提高态的关节密度的途径。研究表明，由于Ti-Ti二聚体在费米能级附近引起的平坦带，金属λ-Ti3O5粉末具有96.4%的高太阳吸收率。通过将它们纳入具有锥形腔的三维多孔水凝胶蒸发器中，在一个太阳照射下，在没有盐沉淀的情况下，对3.5重量%的盐水实现了前所未有的高蒸发速率，约为每平方米每小时6.09千克。从根本上说，暴露在λ-Ti3O5表面的Ti-Ti二聚体和u型槽结构有利于吸附水分子的解离，有利于界面水以小簇的形式蒸发。该工作强调了Ti-Ti二聚体诱导的平面带在连接太阳能吸收和促进水解离的特殊u形凹槽中的关键作用，为获得具有成本效益的太阳能-蒸汽发电提供了见解。2023年9月13日，清华大学刘玉乐团队在Nature 在线发表题为“Molecular basis of methyl-salicylatemediated plant airborne defence”的研究论文，该研究揭示了水杨酸甲酯(MeSA)、水杨酸结合蛋白-2 (SABP2)、转录因子NAC2和水杨酸羧甲基转移酶-1 (SAMT1)形成的一个信号通路，用以介导AD对抗蚜虫和病毒。空气中的MeSA被邻近植物中的SABP2感知并转化为水杨酸。然后水杨酸引起信号转导级联，激活NAC2-SAMT1模块进行MeSA生物合成，诱导植物抗蚜免疫，减少病毒传播。为了对抗这种情况，一些蚜虫传播的病毒编码含有解旋螺旋蛋白的蛋白，通过与NAC2相互作用来亚细胞重定位和破坏NAC2的稳定，从而抑制AD。因此，植物对蚜虫的排斥程度降低，更适合蚜虫的生存、侵染和病毒传播。该研究揭示了AD和蚜虫-病毒共同进化的机制基础，证明AD是一种潜在的生物激励策略来控制蚜虫和病毒。2023年9月13日，浙江大学谢涛及赵骞共同通讯在Nature 在线发表题为“Shape memory polymer with programmable recovery onset”的研究论文，该研究用一种通过相分离操作的四维可打印形状记忆水凝胶实现了可编程恢复起始点的目标，其形状移动动力学由内部质量扩散而不是普通形状记忆聚合物的热传递主导。2023年9月13日，上海交通大学樊春海及王飞共同通讯在Nature 在线发表题为“DNA-based programmable gate arrays for general-purpose DNA computing”的研究论文，该研究展示了一个集成多层基于DNA的可编程门阵列(DPGAs)的DIC系统。研究发现，使用通用单链寡核苷酸作为均匀传输信号，可以可靠地集成大规模的DIC，具有最小的泄漏和高保真度，用于通用计算。重新配置具有24个可寻址双轨门的单个DPGA可以通过布线指令编程实现超过1000亿个不同的回路。为了控制分子的内在随机碰撞，作者设计了DNA折纸寄存器，为级联DPGAs的异步执行提供方向性。通过一个二次方程求解的DIC来举例说明这一点，DIC由三层级联DPGAs组成，包括30个逻辑门和大约500条DNA链。作者进一步证明DPGA与模数转换器的集成可以对疾病相关的microRNA进行分类。集成无明显信号衰减的大规模DPGA网络的能力标志着迈向通用DNA计算的关键一步。2023年9月13日，香港城市大学Hua Zhang、英国伦敦帝国理工学院Anthony R. J. Kucernak共同通讯在Nature 在线发表题为“Phase-dependent growth of Pt on MoS2 for highly efficient H2 evolution”的研究论文，该研究报道了具有高相纯度的MoS2纳米片的生产，并表明2h相模板促进了Pt纳米颗粒的外延生长，而1T '相支持单原子分散的Pt (s-Pt)原子，Pt负载高达10 wt%。研究发现，在s-Pt/1T′-MoS2体系中，Pt原子占据三个不同的位置，密度泛函理论计算表明，位于Mo原子顶部的Pt原子的氢吸附自由能接近于零。这可能有助于在酸性介质中有效的电催化氢气析出，其中测量了s-Pt/1T'-MoS2在-50 mV过电位下的质量活性为85±23 a mgPt-1，质量标准化交换电流密度为127 a mgPt-1，看到H型电池和原型质子交换膜电解槽在室温下运行时的稳定性能。虽然相稳定性的限制阻碍了高温下的操作，但预计1T ' -TMDs也将有效支持其他催化剂针对其他重要反应。2023年9月13日，杜克大学何胜洋、周沛及董珂共同通讯在Nature 在线发表题为“Bacterial pathogens deliver water- and solute-permeable channels to plant cells”的研究论文，该研究展示了AvrE家族效应物折叠成一个类似于细菌孔蛋白的β桶状结构。AvrE和DspE在爪蟾卵母细胞中的表达导致卵母细胞向内和向外流动，对水的渗透性和渗透压依赖性的卵母细胞肿胀和破裂。脂质体重构证实，仅DspE通道就足以允许荧光素染料等小分子通过。基于预测的DspE通道孔径(15-20 Å)，对化学阻断剂进行了靶向筛选，发现聚胺胺树突状大分子是DspE/AvrE通道的抑制剂。因此，该研究揭示了一个重要的细菌效应物家族的生化功能，在细菌发病机制的研究中具有广泛的概念和实际意义。2023年9月13日，英国伦敦大学学院/莫菲尔德眼科医院周玉昆及Pearse A. Keane共同通讯在Nature 杂志上发表了题为 “A foundation model for generalisable disease detection from retinal images”的研究论文，该项研究报道了AI视网膜基础模型(RETFound)的开发和验证，旨在缓解AI模型对于巨量标注数据的需求，并增强模型在疾病探测任务上的泛化能力。RETFound是眼科领域第一个基础模型，具有当前最大规模之一的训练数据库和最全面的验证任务。该开源模型(https://github.com/rmaphoh/RETFound_MAE)可应用于自定义的下游任务，促进多样化的眼科研究。2023年9月13日，威尔康乃尔医学院Matthew B. Greenblatt团队（孙军为第一作者）在Nature 在线发表题为“A vertebral skeletal stem cell lineage driving metastasis”的研究论文，该研究鉴定了一种椎骨干细胞(vSSC)，它与其他细胞表面标记物一起共表达ZIC1和PAX1。血管间充质干细胞表现出干性的正式证据，包括自我更新、标签保留和位于其分化层次的顶端。血管间充质干细胞是椎体骨形成的生理介质，因为基因阻断血管间充质干细胞生成成骨细胞的能力会导致椎体神经弓和椎体的缺陷。在椎体终板标本中可以鉴定出人的vSSCs，并显示出保守的分化层次和干性特征。多项证据表明，在乳腺癌中观察到的vSSCs导致椎体转移倾向率高，部分原因是由于新型转移营养因子MFGE8的分泌增加。总之，该研究结果表明，vSSCs与其他骨骼干细胞不同，并介导椎骨独特的生理和病理，包括促进椎骨转移的高发生率。2023年9月13日，加州大学旧金山分校LiWang及Arnold R. Kriegstein共同通讯在Nature 在线发表题为“A cross-species proteomic map reveals neoteny of human synapse development”的研究论文，该研究生成了人类、猕猴和小鼠新皮层突触发育的跨物种蛋白质组学图。通过跟踪1000多个突触后密度(PSD)蛋白从妊娠中期到青年期的变化，该研究发现人类PSD成熟分为三个主要阶段，这些阶段由不同的途径主导。跨物种比较表明，人类PSD的成熟速度比其他物种慢两到三倍，并且在围产期含有更高水平的Rho鸟嘌呤核苷酸交换因子(RhoGEF)。人类神经元中RhoGEF信号的增强延迟了树突棘的形态成熟和突触的功能成熟，可能有助于人类大脑发育的新生特征。此外，PSD蛋白可以分为四个模块，发挥阶段和细胞类型特异性功能，可能解释它们与认知功能和疾病的差异关联。总之，突触发育蛋白质组学图谱为研究突触成熟的分子基础和进化变化提供了蓝图。2023年9月13日，剑桥大学Ingo H. Greger团队（Zhang Danyang为第一作者）在Nature 在线发表题为“Structural mobility tunes signalling of the GluA1 AMPA glutamate receptor”的研究论文，该研究确定并表征了GluA1同源四聚体的冷冻电镜结构，它完全被TARPγ3辅助亚基(GluA1/γ3)占据。静息状态和开放状态的GluA1/γ - 3的门控核心与含glua2的受体非常相似。然而，序列多样的N端结构域(NTDs)产生了高度可移动的组装，使得配体结合结构域层的结构域交换和亚基重新排列在脱敏状态下明显。这些转变是GluA1独特的动力学性质的基础。增加NTD动态的GluA2突变体(F231A)表现出这种行为，并表现出突触反应减少，反映了AMPAR NTD在突触中的锚定功能。总之，这项工作强调了亚基多样性的NTDs如何决定AMPAR亚型之间的亚基排列、门控特性和最终的突触信号传导效率。2023年9月13日，东京大学Toshiyuki Shimizu及Umeharu Ohto共同通讯（Zhang Zhikuan为第一作者）在Nature 在线发表题为“Structural basis for thioredoxin-mediated suppression of NLRP1 inflammasome”的研究论文，该研究发现普遍表达的内源性硫氧还蛋白(TRX)是NLRP1的结合物和NLRP1炎症小体的抑制因子。人类NLRP1的冷冻电镜结构显示NLRP1与Spodoptera frugiperda TRX结合。对NLRP1和人类TRX的诱变研究表明，氧化形式的TRX与NLRP1的核苷酸结合结构域亚结构域结合。这一观察结果强调了TRX的氧化还原活性半胱氨酸在NLRP1结合中的关键作用。细胞实验显示TRX抑制NLRP1炎性体的激活，从而负调控NLRP1。总之，该研究确定TRX系统是先天免疫的内在检查点，并为未来针对该系统的NLRP1炎性体激活的治疗干预提供了机会。2023年9月13日，奥地利科学院Juergen A. Knoblich、Chong Li及苏黎世联邦理工学院Barbara Treutlein共同通讯在Nature 在线发表题为“Single-cell brain organoid screening identifies developmental defects in autism”的研究论文，该研究展示了36个与转录调控相关的高危自闭症谱系障碍基因的扰动，揭示了它们对细胞命运决定的影响。该研究发现背侧中间祖细胞、腹侧祖细胞和上层兴奋性神经元是最脆弱的细胞类型。该研究从单细胞转录组和染色质模式构建了脑类器官的发育基因调控网络，并确定了自闭症谱系障碍相关和扰动富集的调控模块。干扰BRG1/BRM相关因子(BAF)染色质重塑复合体的成员可导致腹侧端脑祖细胞的富集。具体来说，BAF亚基ARID1B的突变会影响祖细胞向少突胶质细胞和中间神经元前体细胞的命运转变，在患者特异性诱导多能干细胞衍生的类器官中证实了这一表型。总之，该研究为在具有细胞状态、分子通路和基因调控网络读数的类器官模型中进行疾病易感基因的高通量表型表征铺平了道路。2023年9月13日，麻省理工学院Martin Z. Bazant团队（Zhao Hongbo为第一作者）在Nature 在线发表题为“Learning heterogeneous reaction kinetics from X-ray videos pixel by pixel”的研究论文，该研究表明，碳包覆磷酸铁锂(LFP)纳米颗粒的非均相反应动力学可以从原位扫描透射X射线显微镜(STXM)图像中了解到。结合STXM图像的大数据集和热力学一致的电化学相场模型，偏微分方程(PDE)约束优化和不确定性量化，该研究提取了自由能景观和反应动力学，并验证了它们与理论模型的一致性。同时，该研究还了解了反应速率的空间异质性，这与通过俄歇电子显微镜(AEM)获得的碳涂层厚度分布非常吻合。在180,000个图像像素中，与学习模型的平均差异非常小(<7%)，与实验噪声相当。总之，该研究结果开启了学习非平衡材料特性的可能性，超越了传统实验方法的范围，并为表征和优化非均相反应表面提供了一种新的非破坏性技术。2023年9月13日，迈阿密大学He Chengfei作为通讯作者在Nature 在线发表题为“Tropical Atlantic multidecadal variability is dominated by external forcing”的研究论文，该研究表明，自1950年以来，热带大西洋海温的跨赤道梯度主要由与人为排放和火山气溶胶相关的辐射扰动驱动，是大西洋飓风形成和萨赫勒（Sahel）降雨的关键决定因素。该研究结果强调，大西洋飓风活动和萨赫勒地区的降雨变化可以通过人为排放和火山活动驱动的辐射强迫来预测，但更可靠的预测受到信号噪声悖论和未来气候强迫的不确定性的限制。https://www.nature.com/articles/s41586-023-06339-3https://www.nature.com/articles/s41586-023-06509-3https://www.nature.com/articles/s41586-023-06520-8https://www.nature.com/articles/s41586-023-06484-9https://www.nature.com/articles/s41586-023-06531-5https://www.nature.com/articles/s41586-023-06555-xhttps://www.nature.com/articles/s41586-023-06519-1https://www.nature.com/articles/s41586-023-06489-4
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