咖啡因、香气和风味的完美混合

研究人员已经对咖啡的基因组进行了测序，从而揭示了植物中咖啡因的演化并对这一大众饮料的广受欢迎的风味和香气提出了见解。该基因组序列还给科学家们一种用来快速定位在具体咖啡染色体上特定基因的工具，这是一种可帮助他们改善咖啡育种、加速研发新咖啡品种并增加咖啡植物对像气候变化及害虫等环境应力的资源。France Denoeud及其同事用先进的测序技术来获取一个中果咖啡——俗称罗布斯塔咖啡—的基因组草图，它大约占全球生产的30%的咖啡来源。中果咖啡是两种最重要的市售咖啡中的一种，另一种是阿拉比卡咖啡，后者因为它的酸味较轻（这是咖啡因浓度较低的结果）使得它占了世界其余咖啡生产中的大多数。为了确定中果咖啡的独特基因族，Denoeud等人对来自咖啡、葡萄树、番茄及拟南芥等植物的蛋白序列运行了比较基因组学软件。他们在这些植物中确认了1.6万多个基因，它们源自一个最后共同祖先的某单一基因。研究人员说，进一步的分析揭示了对咖啡基因独特的有价值的适应性变化，其中包括在抗病基因及产生咖啡因基因中的适应性变化；与咖啡的咖啡因产生有关的酶则进行了独立于那些在可可和茶中的酶的适应性改变。相较于拟南芥——它有一个亚油酸基因，后者是香气和口味的一个重要促成因子——咖啡有6个亚油酸基因。Dani Zamir突出介绍了将咖啡基因组转变成为咖啡培育新工具的重要性，尤其是在全球咖啡类植物多元性下降的时候。

Zamir说，作为这一过程的一部分，科学家们必须分享（像香气及风味等特征的）表型数据，这样，基因序列能被清晰地与其所希望的背后的表型联系起来。Zamir说，这一努力对确保咖啡类植物品种中的变异的持续存在是至关重要的，而这将转而帮助减轻不稳定气候及植物疾病对这一作物的影响。

一种软性、可改变形状的新材料配方

过在某种柔软、可变形的液态容器或囊泡上放置液晶，研究人员设计出了一种新的可调型的能改变形状的材料，它可模仿某活体生物的非常复杂的特性。他们的发现证明，在活性物质上放置如液晶等拓扑性约束，它们能容有会游移的内部缺陷并会自发地自我排列，从而导致在传统平衡体系中无法得到的结构及动力学。Felix Keber及其同事用含有微管、驱动蛋白动力机或聚合物聚乙二醇（PEG）的液晶来涂覆脂质囊泡，并发现这些晶体的缺陷的协调运动导致了在这两种材料间的范围广泛的相互作用。例如，当研究人员给某球形囊泡包裹一个掺有驱动蛋白的液晶膜时，他们发现，该系统会在平面及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通过驱动蛋白动力机及该球体的大小来控制。Keber和他的同事还发现，让囊泡瘪下去或减少其直径会引起缺陷部位长出4个丝状足样凸起。他们说，当囊泡膨胀回来并有直径扩展时，这些凸起的大小会减少并最终会消失。总之，他们的发现证明了拓扑性约束可被用来控制像液晶等活性物质的非平衡动力学。

海洋微生物如何对有限养分作出反应

两项新的研究增进了人们对养分利用度是如何影响海洋微生物的蛋白产出的理解。根据海洋表面水体中可用的养分浓度，像浮游植物等海洋微生物会产生在海洋重要过程中起作用的各种蛋白，例如，它们可充当养分循环反应的催化剂。到目前为止，科学家们还没能弄清某单一养分对海洋微生物生长会有怎样的影响限制。然而，得益于最近在质谱分析中的进展，他们开始能够检测在自然环境中的微生物蛋白（作为养分稀缺的代替物）。利用这一技术，Mak Saito及其同事第一次显示，他们能在海洋的不同位置精确地检测来自具体海洋微生物物种的特定蛋白量。Saito等人沿着一段2500英里长的太平洋来收集水样本。他们的工作跨越了养分浓度有着极大差异的区域，从那些富含铁的区域至含铁量低但富含磷与氮的区域。回到实验室后，他们用质谱仪来区别并检测具体的蛋白，并通过它们的肽序列来确定它们。虽然先前的实地研究所根据的是微生物生长受到单个最稀缺养分控制的理念，在这里，Saito及其同事显示多种稀缺养分是如何能一起影响海洋微生物群落的。

在第二项研究中，Shee Yong等人提出了有关海洋浮游生物需要微量金属来从低磷海洋环境中提取磷的新见解。在通常情况下，浮游生物会用一种能与锌结合的酶来完成这一反应，但Yong等人在此证明，反倒是一种磷酸酶的结构可与铁结合。根据在海洋中的铁或锌的相对可用性，浮游生物因而可在两种磷酸酶间作出选择。总之，这些研究揭示了海洋微生物是如何通过调节特定蛋白的丰度对有限养分作出反应的。

（本栏目文章由美国科学促进会独家提供）