9月5日《科学》杂志精选

咖啡因、香气和味道的完美结合。

研究人员已经对咖啡的基因组进行了测序，揭示了咖啡因在植物中的进化，并提供了对这种受欢迎的饮料的流行风味和香气的见解。基因组序列还为科学家提供了一种工具，可以快速定位特定咖啡染色体上的特定基因，这是一种资源，可以帮助他们改善咖啡育种，加快新咖啡品种的开发，并增加咖啡植物对气候变化和害虫等环境的压力。France Denoeud和他的同事利用先进的测序技术获得了中等水果咖啡的基因组草图，这种咖啡通常被称为Robusta咖啡，约占世界咖啡产量的30%。中果咖啡是两种最重要的市售咖啡之一，另一种是阿拉比卡咖啡，因为它的酸度较低(这是咖啡因浓度较低的结果)，所以占世界咖啡产量的大部分。为了确定咖啡的独特基因家族，Denoeud等人运行了比较基因组学软件，对咖啡、葡萄、番茄和拟南芥等植物的蛋白质序列进行比较。他们在这些植物中发现了超过16000个基因，这些基因来自一个共同祖先的单一基因。研究人员表示，进一步的分析揭示了对咖啡基因独特而有价值的适应性变化，包括抗病基因和咖啡因生产基因。与咖啡中咖啡因产生相关的酶已经发生了适应性变化，与可可和茶中的酶无关。与具有亚油酸基因的拟南芥(后者是香气和味道的重要启动子)相比，咖啡具有6个亚油酸基因。Dani Zamir强调了将咖啡基因组转化为咖啡种植新工具的重要性，尤其是在全球咖啡植物多样性正在下降的时候。

扎米尔说，作为这一过程的一部分，科学家必须共享表型数据(如香气和味道等特征)，以便基因序列可以清楚地与他们想要的潜在表型联系起来。扎米尔说，这项努力对于确保咖啡植物品种的持续性至关重要，这反过来将有助于减轻气候不稳定和植物病害对作物的影响。

一种新的柔软变型材料配方

在将液晶放置在柔软且可变形的液体容器或囊泡上后，研究人员设计了一种新的可调节的形状改变材料，该材料可以模拟生物非常复杂的特征。他们的发现证明，当拓扑约束条件(如液晶)被置于活性物质上时，它们可能包含能够自发漂移和自对准的内部缺陷，导致传统平衡系统无法获得的结构和动力学。费利克斯·凯伯和他的同事用含有微管、驱动蛋白引擎或聚合物聚乙二醇(PEG)的液晶包裹脂质囊泡，并发现这些晶体中缺陷的协同运动导致了两种材料之间广泛的相互作用。例如，当研究人员用掺杂驱动蛋白的液晶薄膜包裹一个球形囊泡时，他们发现该系统在平面和四面体构型之间来回振荡。他们说，这些物理变化的时间尺度可以通过驱动蛋白质动力机器和球体的大小来控制。凯伯和他的同事还发现，让囊泡缩小或缩小直径会导致缺损部位长出四个丝状足状突起。他们说，当囊泡向后膨胀，直径扩大时，这些突起的尺寸会减小，最终消失。简而言之，他们的发现证明拓扑约束可以用来控制液晶等活性物质的非平衡动力学。

海洋微生物如何应对有限的营养

两项新的研究提高了人们对营养可用性如何影响海洋微生物蛋白质生产的理解。根据海洋表层水中可利用的营养浓度，海洋微生物如浮游植物可以产生各种蛋白质，这些蛋白质在海洋的重要过程中发挥作用，例如，它们可以作为营养循环反应的催化剂。到目前为止，科学家还不能理解单一的营养物质会如何影响海洋微生物的生长。然而，由于质谱技术的最新进展，他们开始能够检测自然环境中的微生物蛋白(作为营养缺乏的替代品)。利用这项技术，Mak Saito和他的同事第一次展示了他们可以准确地检测出海洋不同位置特定海洋微生物的特定蛋白质含量。斋藤等人沿着2500英里长的太平洋收集水样。他们的工作跨越了不同营养浓度的地区，从富含铁的地区到含铁量低但富含磷和氮的地区。回到实验室后，他们使用质谱仪来区分和检测特定的蛋白质，并通过它们的肽序列来确定它们。尽管先前的实地研究是基于微生物生长受单一稀缺营养物控制的观点，Saito和他的同事在这里展示了各种稀缺营养物如何共同影响海洋微生物群落。

在第二项研究中，Shee Yong等人提出了海洋浮游生物需要微量金属从低磷海洋环境中提取磷的新观点。在正常情况下，浮游生物会使用一种与锌结合的酶来完成这一反应，但Yong等人在这里证明了磷酸酶结构可以与铁结合。根据海洋中铁或锌的相对可用性，浮游生物可以在两种磷酸酶之间进行选择。简而言之，这些研究揭示了海洋微生物如何通过调节特定蛋白质的丰度来对有限的营养做出反应。

(这篇专栏文章由美国科学促进会独家提供)

中国科学新闻(2014-09-16，第二版国际)