1月31日《科学》杂志精选

尼安德特人和现代人的纽带。

一项新的研究表明，尽管尼安德特人很久以前就已经灭绝了，但我们大多数人仍然有一点点他们的DNA。该报告显示，尽管现代人体内存在的尼安德特人基因序列的总数相对较少，但在所有现代人身上存在的尼安德特人基因组的累积数量为20%。科学家们知道尼安德特人与现代人的祖先杂交，在我们祖先的基因组中留下了他们遗传物质的痕迹，但是本杰明·沃诺和约书亚·阿基希望仔细观察这些精确的剩余基因片段。他们想做这项工作，部分是因为他们能够理解这些剩余的基因片段是否会提供任何适应性优势，还因为他们认为现代人类中保存的尼安德特人基因组比以前的研究显示的要多。先前的研究估计，任何非现代非洲人的尼安德特人基因序列都是2%~4%。Akey和Vernot认为这个水平可能更高，因为这些保留的基因序列因人而异，所以需要大样本才能做出准确的评估。

为了进行分析，研究人员开发了一种方法，可以充分利用尼安德特人的参考基因组来鉴定非现代非洲人的古代DNA序列。然后他们对来自欧洲和东亚的600多名当代人的整个基因组进行了测序。通过比较古代和现代人类的基因组序列，研究人员发现大约20%的尼安德特人基因组仍保留在现代人口中。在现代基因组的某些部分，他们注意到有很大一部分尼安德特人的DNA不存在。这表明这些古代基因组序列的某些部分可能是有害的。他们还观察到，现代人类基因序列的某些部分含有比预期更多的尼安德特人DNA。这些基因序列可以保留，因为它们提供了一些可能与皮肤表型有关的适应性优势。研究人员开发的方法令人兴奋，因为他们不需要化石来推断古人类群体的所有方面。与这些古代个体的互动已经被记录在当代人的DNA中。

导致疾病的基因突变图

研究人员将遗传学和功能分析相结合，创建了一个基因突变图，促进遗传性解痉性截瘫或热休克蛋白。热休克蛋白是一种遗传性神经退行性疾病，导致下肢僵硬和挛缩。这份新的地图，昵称为热休克蛋白组，展示了一个与热休克蛋白相关的蛋白质网络，研究人员认为，它也可能有助于识别与阿尔茨海默氏病和肌萎缩性侧索硬化等疾病相关的基因突变。盖亚·诺瓦里诺和他的同事对来自55个不同家族的120多名患者的外显子进行了测序，这是基因组的一个重要部分，他们将其作为研究的开始。热休克蛋白是这些家庭中的隐性特征(因此一些兄弟姐妹会生病，而其他人不会)。研究人员在与热休克蛋白相关的家族中发现了13个基因突变和18个其他候选基因突变，在这项研究中，大多数家族成员都有一半以上的基因突变。他们说，大多数突变基因现在影响细胞运输、核苷酸代谢、轴突和突触发育。诺娃里诺和她的团队随后在斑马鱼中测试了这些基因突变，并证实其中大多数会在模型生物中引起热休克蛋白样症状。研究人员已经建立了一个由这些突变基因编码的蛋白质网络——他们称之为热休克蛋白组。他们用这个图来寻找更多在其他有记录的过敏性紫癜病例中发生突变的候选基因。热休克蛋白组显示热休克蛋白与其他神经退行性病变(而非神经性病变)共有的突变蛋白有大量的相互作用。

新宿主的化学秘密扩大了病原体的多样性

在一个宿主中繁殖了几代的病原体可以跳跃并成功进入一个完全不同的宿主。现在，一项新的报告表明，病原体在其新宿主中引发的生化变化使它们能够实现这一飞跃。作为这一过程的一部分，病原体也发生了变化——随着时间的推移，新的和不同种类的病原体出现了。科学家对新病原体的突然出现将如何在人群中保留缺乏清晰的理解。了解这些寄生生物所经历的任何变化以及它们是如何被保存下来的，将有助于科学家得到更清晰的解释。董莎萌和他的同事利用比较基因组学来评估导致马铃薯晚疫病的病原体，以及一种1000多年前失调的密切相关的病原体，这种病原体可以感染茉莉。这些马铃薯和花卉病原体是破坏性的，通过参与植物防御的酶使它们失效。然而，它们的攻击是特定于它们的主机的。这两种病原体中的任何一种都不会干扰另一种病原体的宿主有机体。董和他的同事试图追溯导致这些病原体比例失调的事件。当观察每种病原体的结构时，研究人员发现，与马铃薯病原体相比，花病原体的氨基酸序列有微小的变化。此外，花病原体的靶酶必须有相应的变化。他们说这种变化可以帮助病原体有效地影响那里茉莉的功能。

萨凡纳以不同的方式进化。

根据一项新的研究，尽管非洲、澳大利亚和南美洲的热带大草原看起来一样，但它们与当地气候和火灾模式建立了独特的关系，不能指望它们以同样的方式应对气候变化。由于世界上约占地球表面20%的大草原在结构上如此相似，许多研究者认为调节它们生长的过程是相似的。然而，卡洛琳·莱曼和她的同事进行的新研究表明，单一的模型无法准确预测世界上不同热带大草原木本树木的生长动态，而且每个热带大草原对全球气候变化的反应也不同。研究人员分析了来自非洲、澳大利亚和南美洲的2155个热带稀树草原的数据，发现尽管每个地区发生的火灾通常会限制树木的生长，但有效湿度的增加会促进树木的生长和火灾的发生。然而，研究人员注意到，这些联系的程度——将湿度、森林火灾和木质生物量联系在一起——在不同的大陆上有所不同。他们说，每个地区独特的历史和环境差异在这些关系中建立了一些差异。总的来说，他们的发现表明，需要区域数据来预测热带草原对气候变化的反应以及它可能储存的碳量。

(这篇专栏文章由美国科学促进会独家提供)

《中国科学日报》(2014年2月11日，第二版国际版)