中国学者厉害了，今天一天7篇Nature！吉大/西北大学/福建农林大/麦健辉、单杰夫妻Nature

仅今天一天，Nature最新一期更新了7篇中国学者的论文（第一作者或通讯作者），研究领域各点开花，中国学者迎来大爆发！其中有最强夫妻教授（麦健辉、单杰教授）年内第二篇Nature！西北大学新发现的化石将苔藓动物的地质历史前推5000万年！加州大学河边分校杨贞标、福建农林大学林文伟揭示植物细胞“酸性生长”的核心机制！吉林大学崔银秋团队在青铜时代塔里木盆地木乃伊的基因组起源取得重大突破！加州大学旧金山分校程亦凡教授团队成功探究Na⁺通量如何为脂质修饰的刺猬释放提供动力！中国留学生Ying Wang一作: 哺乳动物细胞中线粒体谷胱甘肽输入的分子机制！中国留学生李兰馨一作: 根生长中H+通量的细胞表面和细胞内生长素信号传导！

Part 1: 最强夫妻教授：原子双层中强相关激子绝缘体

想象一下，你最喜欢的电影院刚刚安装了一个每个人都想坐的VIP座位。如果看电影的人是玻色子，一种基本粒子，他们可以同时坐在这个座位上。这就是玻色-爱因斯坦凝聚背后的物理学原理，这种现象涉及气体中的大部分玻色子同时占据最低能量的量子态。玻色-爱因斯坦凝聚已在冷原子气体中实现，这种气体由温度接近绝对零的原子组成。但由于所需机械的尺寸，维持微开尔文温度绝非易事。

麦健辉与单杰教授报告了一种处于平衡状态的玻色子流体，它在一个紧凑的固态设备中在高达100K的温度下产生——这在普通物理实验室的范围内。然而，它是否真的是玻色-爱因斯坦凝聚还有待证实。

研究人员展示了在过渡金属二硫属化物(TMD)半导体双层中形成的强相关二维(2D)激子绝缘体基态。当施加在两个电隔离的TMD层之间的偏置电压被调整到一个范围内时，会产生准平衡空间间接激子流体，该范围内包含束缚电子-空穴对，但不包含自由电子或空穴。电容测量表明，流体是激子可压缩的，但电荷不可压缩——激子绝缘体的直接热力学证据。流体还与无量纲激子耦合常数超标密切相关。研究人员构建了一个激子相图，它揭示了莫特跃迁和相互作用稳定的准凝聚。研究人员的实验为实现激子的奇异量子相位以及应用的多终端激子电路铺平了道路。

图 1.一种用于产生可能的超流体的实用装置

Part 2: 西北大学：化石证据揭示了苔藓虫的早期寒武纪起源

寒武纪大爆发是地球上已知的最为宏伟的两侧动物生命爆发事件，在距今5.3亿年前地球海洋中突然爆发性出现了包括脊椎动物在内的几乎所有的现生动物的早期祖先代表。其中包括了大型的捕食者和奇异的各种动物类型。但地质历史中非常重要的动物门类—苔藓动物门，在寒武纪却一直缺乏确凿的化石记录。它们现生类型个体微小，群体生活、模块化生长，生态复杂，因此被认为是奥陶纪大辐射的产物。

近期，西北大学早期生命研究团队张志飞教授指导的博士研究生张志亮在陕南镇巴县小洋镇小洋剖面灯影组西蒿坪段的碎屑灰岩中，通过酸蚀处理方法，发现了几个毫米级的微体化石。经课题组前期研究，联合澳大利亚麦考瑞大学教授、西北大学兼职教授GlennBrock，并与中国科学院南京地质古生物研究所、英国自然历史博物馆、瑞典自然历史博物馆等国内外学者合作，研究认为这些微体化石代表地球已知最早的苔藓动物（苔藓虫）化石。

该研究将苔藓动物门的地质历史从奥陶纪前推到寒武纪大爆发早期，将苔藓动物的地质历史前推至少5000万年。该研究发现两侧动物模块化生长和群落分布比想象的要早得多，表明现代苔藓虫可能起源于群居的祖先类型而不是单体生活祖先。寒武纪早期苔藓动物的发现进一步支持了舒德干团队提出的三幕式寒武纪大爆发假说，进一步揭示了寒武纪地球动物树历时四千万年，基础动物、原口动物和后口动物三大动物亚界分阶段、爆发性出现的过程。

图 2. 化石证据揭示了苔藓虫的早期寒武纪起源

Part 3: 杨贞标团队：基于TMK的细胞表面生长素信号激活细胞壁酸化

植物激素生长素控制植物中的许多过程，至少部分是通过其对细胞扩张的调节。已经提出酸生长假说来解释生长素刺激的细胞扩增长达5年之久，但生长素诱导的细胞壁酸化的机制尚未得到很好的表征。生长素诱导质膜H⁺-ATPase的磷酸化和激活，将质子泵入质子2，但生长素如何激活其磷酸化仍不清楚。加州大学河边分校杨贞标、福建农林大学林文伟合作展示了跨膜激酶(TMK)生长素信号蛋白与质膜H⁺-ATPases相互作用，诱导它们的磷酸化，从而促进拟南芥中的细胞壁酸化和下胚轴细胞伸长。生长素在数秒内诱导质膜中TMK和H⁺-ATPases之间的相互作用，以及H⁺-ATPases上倒数第二个苏氨酸残基的TMK依赖性磷酸化。研究团队的遗传、生化和分子证据表明TMK直接磷酸化质膜H⁺-ATPase，并且是生长素诱导的H⁺-ATPase激活、质外体酸化和细胞扩增所必需的。因此，研究团队的研究结果揭示了生长素和质膜H⁺-ATPase激活在通过基于TMK的细胞表面生长素信号传导调节质外体pH变化和细胞扩增方面的关键联系。

总的来说，该研究揭示了植物激素生长素通过细胞膜表面类受体激酶家族蛋白（TMK），激活膜上质子泵，酸化细胞壁，促进细胞的伸长及组织生长的重要分子机制。福建农林大学-美国加州大学河滨分校联合中心的林文伟博士为论文第一作者，加州大学河滨分校杨贞标教授为论文通讯作者。

图 3. 生长素诱导的H⁺-ATPase磷酸化和激活需要TMK1和TMK4

Part 4: 吉林大学崔银秋团队：青铜时代塔里木盆地木乃伊的基因组起源

在今中国西北部新疆南部的塔里木盆地偏远沙漠中发现了4000年历史的自然木乃伊个体，引发了对这些个体血统的数十年猜测。

来自吉林大学的崔银秋教授研究团队解决了木乃伊的遗传起源问题，并表明它们是古老的、遗传上孤立的种群的后裔。作者的结论对未来对亚洲内陆史前史的研究具有重要意义，这些研究必须解决文化交流与遗传祖先之间的复杂关系。研究团队展示了来自准噶尔盆地约公元前3000-2800的5个个体和来自塔里木盆地的约公元前2100-1700个个体的13个个体的基因组数据，分别代表了新疆北部和南部发现的最早的人类遗骸。研究团队发现青铜时代早期的准噶尔人主要表现出阿凡纳谢沃血统，并有额外的本地贡献，而早期-中期青铜时代的塔里木人只包含本地血统。来自小河遗址的塔里木人的牙结石中进一步显示了乳蛋白的有力证据，表明该遗址自建立以来对奶牛畜牧业的依赖。研究团队的研究结果不支持先前关于塔里木木乃伊起源的假设，这些木乃伊被认为是阿凡纳谢沃的后裔，讲原始吐火罗语的牧民，或者起源于巴克特里亚·马尔吉亚纳文明体考古群或内亚山地走廊文化。相反，尽管在青铜时代早期，阿法纳西沃移民可能将吐火罗语合理地引入准噶尔盆地，但研究团队发现塔里木盆地最早的文化似乎起源于遗传上孤立的当地人口，他们采用了邻近的牧民和农业实践，这使得他们沿着塔克拉玛干沙漠的河流绿洲定居和繁荣

图 4. 确定塔里木盆地青铜时代木乃伊的血统

Part 5: 程亦凡团队: Na⁺通量如何为脂质修饰的刺猬释放提供动力

Dispatched蛋白与NPC1和PTCH1胆固醇转运蛋白以及RND家族的H⁺驱动转运蛋白相关，通过从胚胎表达的紧密定位位点释放脂质修饰的Hedgehog蛋白，使其具有组织模式化活性。来自加州大学旧金山分校的程亦凡教授和斯坦福大学Philip A. Beachy教授确定了小鼠蛋白质Dispatchedhomologue1(DISP1)的冷冻电子显微镜结构，揭示了三个Na⁺离子在穿过其跨膜结构域的通道内协调。研究团队发现Hedgehog输出的速率取决于跨质膜的Na⁺梯度。DISP1-NNN中的跨膜通道和Na⁺结合被破坏，DISP1-NNN是一种用天冬酰胺替代三个膜内天冬氨酸残基的变体，每个残基都协调并中和三个Na⁺离子之一的电荷。DISP1-NNN和破坏单个Na⁺位点的变体保留与SCUBE2受体的结合，但在将脂质修饰的Hedgehog蛋白输出到SCUBE2受体方面受到损害。声波刺猬蛋白(ShhN)的氨基末端信号域与DISP1的相互作用通过广泛的埋藏表面积和与扩展的弗林蛋白酶裂解DISP1臂的接触发生。变异性分析表明，ShhN结合仅限于一系列连续的DISP1构象中的一个极端。结合和未结合的DISP1构象显示出不同的Na⁺位点占有率，这表明跨膜Na⁺通量可以为从膜中提取脂质连接的Hedgehog信号提供动力的机制。DISP1中的Na+配位残基在PTCH1和其他后生动物RND家族成员中是保守的，这表明Na⁺通量为它们的构象驱动活动提供动力。

图 5. DISP1的结构和脂质结合位点

Part 6: 中国留学生Ying Wang一作: 哺乳动物细胞中线粒体谷胱甘肽输入的分子机制

谷胱甘肽(GSH)是一种小分子硫醇，存在于所有真核生物中，在氧化代谢中起关键作用。线粒体作为氧化反应的主要场所，必须保持足够的谷胱甘肽水平以执行保护和生物合成功能。GSH仅在细胞质中合成，但参与线粒体GSH输入的分子机制仍然未知。来自美国纽约洛克菲勒大学Kıvanç Birsoy研究团队使用细胞器蛋白质组学和代谢组学方法，确定SLC25A39，一种功能未知的线粒体膜载体，作为GSH转运到线粒体的调节剂。SLC25A39的缺失减少了线粒体GSH的输入和丰度，而不影响细胞GSH水平。缺乏SLC25A39及其旁系同源物SLC25A40的细胞在含有铁硫簇的蛋白质的活性和稳定性方面表现出缺陷。研究团队发现线粒体GSH的输入是体外细胞增殖和小鼠红细胞发育所必需的。工程双功能细菌GSH生物合成酶(GshF)在线粒体中的异源表达使线粒体GSH产生并改善由其消耗引起的代谢和增殖缺陷。最后，GSH可用性负调节SLC25A39蛋白丰度，将氧化还原稳态与哺乳动物细胞中线粒体GSH输入耦合。研究团队的工作将SLC25A39确定为线粒体GSH输入机制的重要和受调控的组成部分。

图 6. GSH耗竭下线粒体蛋白质组的全局分析

Part 7: 中国留学生李兰馨一作: 根生长中H⁺通量的细胞表面和细胞内生长素信号传导

生长调节使植物的发育适应其环境。一个突出的例子是对重力的反应，其中芽向上弯曲，根向下弯曲。这个悖论是基于植物激素生长素的相反作用，它通过一种未知的细胞机制促进芽中的细胞扩张，同时在根中抑制它。来自奥地利科学技术学院JiříFriml教授课题组通过在拟南芥中结合微流体、实时成像、基因工程和磷酸化蛋白质组学，研究团队加深了对生长素如何抑制根系生长的理解。研究团队表明，生长素激活两种不同的、拮抗作用的信号通路，这些通路集中在质外体pH的快速调节上，这是生长的致病决定因素。基于细胞表面的跨膜激酶1(TMK1)与质膜H⁺-ATPases相互作用并介导磷酸化和激活以进行质外体酸化，而细胞内的典型生长素信号促进净细胞H⁺流入，导致质外体碱化。这两种抵消机制的同时激活为在复杂土壤环境中进行快速、微调的生长调节奠定了基础。

图 7. 生长素通过质外体碱化快速抑制根系生长

参考文献：

1. https://www.nature.com/articles/s41586-021-03947-9

2. https://www.nature.com/articles/s41586-021-03976-4

3. https://www.nature.com/articles/s41586-021-04033-w

4. https://www.nature.com/articles/s41586-021-04052-7

5. https://www.nature.com/articles/s41586-021-04025-w

6. https://www.nature.com/articles/s41586-021-04037-6

7. https://www.nature.com/articles/s41586-021-03996-0

来源：高分子科学前沿