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《战略生物资源研究前沿快报》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译类型:快报,简报类产品
  • 发布时间:2024-04-02
战略生物资源平台及时筛选并编译上传生物资源领域最新研究成果和科技进展,定期汇总整理其中的重大成果和重要科技进展,摘编形成战略生物资源研究前沿快报。
  • Science | 花粉管尖端生长缺陷导致新多倍体不育
    李康音
    2024年3月1日,苏黎世联邦理工学院的研究人员在Science发表题为Defective pollen tube tip growth induces neo-polyploid infertility的文章。 基因组复制(产生多倍体)是真核生物进化的新引擎,也是一种很有前途的作物改良工具。然而,新形成的多倍体通常具有较低的生育能力。 本文报道了拟南芥新多倍体花粉管尖端生长的严重育性缺陷。新形成的多倍体砂甲花粉管生长缓慢,解剖和生理异常,经常过早破裂,基因表达改变。这些表型在进化的多倍体中恢复。研究人员还发现,在自然四倍体中,两个尖端生长基因的配子体(花粉管)基因型与四倍体的花粉管性能密切相关。该研究工作确定了花粉管尖端生长是新多倍体植物的重要生育挑战,并为自然进化的多基因解决方案提供了见解。

    发布时间: 2024-03-13

  • Nature | 甘蔗的复杂多倍体基因组结构
    李康音
    2024年3月27日,哈德逊阿尔法生物技术研究所等机构的研究人员在Nature 在线发表题为The complex polyploid genome architecture of sugarcane的文章。 甘蔗(S. officinarum),以吨数计算是世界上收获最多的作物,已经塑造了全球历史、贸易和地缘政治,并目前负责全球80%的糖生产。虽然传统的甘蔗育种方法有效地培育出了适应新环境和病原体的栽培品种,但糖产量的提高最近已经停滞不前。产量增长停滞可能是由于育种种群内遗传多样性有限、育种周期长以及其基因组的复杂性所致,后者阻碍了育种者利用最近基因组测序的爆发,这对许多其他作物都有好处。因此,现代甘蔗杂交品种是最后一种没有参考质量基因组的主要作物。 该研究通过为R570生成多倍体参考基因组迈出了向前推进甘蔗生物技术的重要一步,R570是一种典型的现代栽培品种,是由驯化种(甘蔗)和野生种(野生甘蔗)之间的种间杂交得到的。与现有的R570单倍型表示相比,作者的87亿碱基组装结果包含了这个多倍体基因组中大约12个染色体拷贝的完整DNA序列。利用这个高度连续的基因组组装,研究人员填补了以前未定位的R570物理遗传图中的一个空白,描述了潜在的单拷贝Bru1抗褐锈病基因座的可能原因。这个多倍体基因组组装与基因组结构和分子靶点的精细描述将有助于加速甘蔗的分子和转基因育种,以及适应未来环境条件。

    发布时间: 2024-04-01

  • Cell | 非经典DHX9应激颗粒对RNA损伤的隔离
    李康音
    2024年3月18日,德国马普研究所的Asifa Akhtar课题组在Cell上发表了题为 RNA damage compartmentalization by DHX9 stress granules 的研究论文。 应激颗粒(SGs)是细胞在应对各种环境压力时形成的一种RNA凝聚物(condensate),被认为可以在不利环境下暂时富集和保存成熟的mRNA 。由于从细胞中分离和表征这种无膜的RNA凝聚物在技术上非常具有挑战性,因此目前对应激颗粒的组成和功能缺乏深入研究。 作者首先发现在紫外线B和紫外线C处理后,通常定位于细胞核的RNA解旋酶DHX9在细胞质中形成特殊的应激颗粒,而其他DNA损伤刺激并不能导致该现象。同时,作者发现氧化压力,热休克,渗透压,ER stress等刺激诱导的经典应激颗粒并没有DHX9蛋白,这提示紫外诱导的应激颗粒和其他应激颗粒可能具有不同性质。进一步的,作者利用4sU+紫外线A处理模拟紫外线B和C导致的RNA损伤,发现4sU+紫外线A能诱导DHX9形成的应激颗粒同时并不造成DNA损伤。这表面是RNA损伤而非DNA损伤导致了DHX9应激颗粒的形成。 随后,作者发明了一种新的基于流式细胞仪的方法——FANCI,从细胞中纯化了由热休克,氧化压力和渗透压力导致的经典应激颗粒以及紫外线导致的非经典DHX9应激颗粒。RNA-seq和质谱实验表明经典的应激颗粒富集成熟的mRNA和蛋白翻译相关因子,而紫外导致的DHX9应激颗粒富集受损的内含子RNA和相关结合蛋白。有意思的是,进一步研究表明DHX9应激颗粒只存在于有丝分裂后产生的新生子代细胞中。同时作者发现这些子代细胞激活了一系列的其他应激反应包括翻译限制和dsRNA相关的免疫反应。通过同时去除G3BP1和G3BP2蛋白以抑制DHX9应激颗粒的形成,作者发现DHX9应激颗粒对于这些应激反应是必须的,而经典的应激颗粒对于这些应激反应是非必需的。 此外,作者通过FANCI-质谱和免疫荧光共聚焦实验发现RNA损伤激活了P62自噬小体并且该自噬小体和DHX9应激颗粒相互作用且介导了DHX9应激颗粒的解离。 总的来说,该研究发现了紫外线介导的RNA损伤导致了内含子RNA加工异常,子代细胞通过非经典的DHX9应激颗粒隔离这些异常的受损RNA并激活一系列下游的应激反应,从而保护自己免受来自亲代细胞的异常RNA的伤害。近些年的众多研究发现新生细胞通过有膜的微核(MN,micronuclei)来隔离受损DNA并激活cGAS-STING免疫信号通路。这项工作揭示了细胞通过无膜的DHX9应激颗粒来富集损伤RNA并激活dsRNA介导的免疫信号通路,为理解RNA凝聚体,细胞周期和RNA损伤保护及相关疾病提供了新的探索视角和理论。

    发布时间: 2024-03-19

  • Nature | 自私冲突是RNA介导的亲代起源效应的基础
    李康音
    2024年3月6日,奥地利科学院分子生物技术研究所等机构的研究人员在Nature发表题为Selfish conflict underlies RNA-mediated parent-of-origin effects的文章。 基因组印记——母系和父系基因组的不等同——是许多植物和哺乳动物物种独立进化的关键过程。根据亲属关系理论,印记是相互冲突的选择力作用于差异表达的亲本等位基因的必然结果。然而,这些表观遗传差异最初是如何进化的,人们知之甚少。 该研究报告鉴定和分子解剖的父母的起源影响基因表达,可能有助于澄清这个基本问题。毒素解毒剂元素(TAs)是一种自私的元素,通过毒害非携带者而在群体中传播。在两个热带隐密线虫野生分离株的互交中,研究人员发现慢-1/生长-1 TA在父系遗传时特别失活。这种亲本起源效应源于piwi相互作用RNA (piRNA)宿主防御途径对慢-1毒素的转录抑制。这种抑制需要PIWI Argonaute和SET-32组蛋白甲基转移酶活性,并通过小RNA进行跨代遗传。值得注意的是,当母体遗传slow-1/ growth -1时,母体mRNA的翻译无关作用停止了slow-1的抑制。也就是说,加载到鸡蛋中的slow-1转录本——而不是slow-1蛋白——是抵消pirna介导的抑制所必需和充分的。 该研究结果表明,亲本起源效应可以通过piRNA途径的共同选择而进化,并阻碍需要性才能繁殖的自私基因的传播。

    发布时间: 2024-03-13

  • Science | 分散稳定了宿主-寄生系统耦合的生态和进化动态
    李康音
    2024年3月14日,威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员在Science发表了题为Dispersal stabilizes coupled ecological and evolutionary dynamics in a host-parasitoid system的文章。 当生态和进化动力学在相似的时间尺度上发生时,由此产生的生态-进化动力学的持久性需要生态和进化的稳定性。这融合了生态学和进化生物学中的核心问题:物种如何共存,以及是什么维持了种群中的遗传多样性? 在这项工作中,研究人员调查了一个宿主-寄生系统,其中豌豆蚜虫寄主快速进化出了对Aphidius ervi寄生者的抗性。野外数据和数学模拟表明,寄生蜂分散的异质性可以通过时间和空间产生对宿主的寄生介导选择的变化。实验显示了进化权衡加上适度的宿主在这种选择镶嵌体上的分散,如何导致宿主-寄生者共存并维持宿主抗性的遗传变异。该结果展示了分散如何稳定生态-进化动力学的生态和进化组成部分。

    发布时间: 2024-03-16

  • Nature | 脑星形胶质细胞存在免疫记忆
    李康音
    2024年3月20日,哈佛医学院Francisco J. Quintana通讯在Nature发表题为Disease-associated astrocyte epigenetic memory promotes CNS pathology的文章,对星形胶质细胞在神经疾病,特别是多发性硬化症(MS)发病机制中的作用提供了开创性的见解。这项研究鉴定了星形胶质细胞亚群的存在,其亚群特征是表观遗传记忆,这是一种超越初始刺激的细胞记忆形式。这些星形胶质细胞被称为“记忆星形胶质细胞”(memory astrocyte),在再刺激时表现出更强的促炎反应,类似于在适应性免疫中观察到的免疫记忆。 作者采用了单细胞RNA测序、染色质可及性测定和CRISPR-Cas9等来阐明潜在的机制。研究表明,代谢酶ATP-柠檬酸裂解酶(ATP-citrate lyase, ACLY)在控制星形胶质细胞表观遗传记忆中起着关键作用。ACLY能产生乙酰辅酶a,然后组蛋白乙酰转移酶p300利用这来改变染色质的可及性,从而影响基因表达。ACLY+p300+星形胶质细胞的含量在急性和慢性实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)模型中都显著升高。这些星形胶质细胞的基因失活可改善EAE,提示了其致病潜力。 作者使用FIND-seq进行进一步研究,确定了ACLY+p300+星形胶质细胞的一个独特亚群,这些亚群在EAE和MS病变中扩增。这些星形胶质细胞表现出与表观遗传记忆特征密切一致的转录谱,表明它们参与促进中枢神经系统炎症。最后,这一发现超越了小鼠模型,拓展到了人类星形胶质细胞。作者在刺激后观察到类似的促炎反应。多发性硬化症患者星形胶质细胞的单细胞RNA测序显示,慢性多发性痴呆症病变中ACLY+p300+星形胶质细胞发生了扩增,证实了这些发现与人类疾病的相关性。 总之,这些数据表明星形胶质细胞表观遗传记忆是MS和可能的其他神经系统疾病的中枢神经系统病理的关键因素。ACLY+p300+星形胶质细胞作为中枢神经系统炎症驱动因素的鉴定为治疗干预提供了一个新的靶点,有可能为治疗多发性硬化症和其他慢性神经疾病提供新的途径。

    发布时间: 2024-03-28

  • Nature | 合成逆转序列揭示基因组的默认状态
    李康音
    2024年3月6日,纽约大学的研究人员在Nature发表题为Synthetic reversed sequences reveal default genomic states的文章。 这篇论文研究了在不同物种中广泛存在的转录活动,以及这些基因组活动是选择效应还是“噪音”的结果。为了理解广泛的转录活动是否具有生物学意义,研究人员在酿酒酵母和小鼠的基因组中引入了一个合成的101 kb基因座,并对基因组活动进行了表征。该基因座是通过将人类HPRT1序列反向插入,包括其侧翼区域,从而保留了自然序列的基本特征,但消除了进化过程中形成的编码或调控信息。 研究人员观察到在酵母中,反向插入和原始HPRT1基因座都表现出广泛的活性,尽管缺乏进化形成的酵母启动子。相比之下,在小鼠胚胎干细胞中,反向插入基因座完全没有活性,而且显示出抑制性染色质标记。去除CpG二核苷酸的变异型基因座缓解了抑制性标记,然而,这种变异型基因座也是转录不活跃的。这些结果显示,缺乏编码信息的合成基因组序列在酵母中是活跃的,但在小鼠胚胎干细胞中是不活跃的。这与这两种不同的真核细胞类型之间的“默认基因组状态”存在重大差异,对于理解广泛的转录、基因信息的水平传递以及新基因的诞生具有重要意义。

    发布时间: 2024-03-13

  • Cell | I型干扰素反应性小胶质细胞塑造皮层发育和行为
    李康音
    2024年3月14日,加州大学旧金山分校的研究人员在Cell发表了题为Type-I-interferon-responsive microglia shape cortical development and behavior的文章。 Microglia 是大脑驻留的巨噬细胞,它们塑造神经回路的发育,并与神经发育疾病有关。已经定义了多种微胶质细胞的转录状态,但它们的功能意义尚不清楚。 该研究确定了在发育中的体感觉皮层(出生后第5天)中对 I 型干扰素(IFN-I)有响应的微胶质细胞状态,这些细胞积极地吞噬整个神经元。在部分胡须剥夺诱导的皮层重塑期间,这一群体扩张。全局或特定于微胶质细胞的 IFN-I 受体的丧失导致具有吞噬溶酶体功能障碍的微胶质细胞,以及核 DNA 损伤的神经元积累。IFN-I 功能增益增加了小鼠和斑马鱼中微胶质细胞对神经元的吞噬,并限制了 DNA 损伤神经元的积累。最后,IFN-I 缺陷导致皮层兴奋性神经元过多和触觉过敏。 这些数据定义了在大脑发育的关键时期内吞噬神经元的微胶质细胞的作用,并揭示了大脑中一个典型抗病毒信号通路的稳态功能。

    发布时间: 2024-03-16

  • Cell | 细菌胞外多糖屏蔽神经元TLR4以达成免疫逃逸
    李康音
    2024年3月21日,卡尔加里大学的研究人员在Cell发表题为Biofilm exopolysaccharides alter sensory-neuron-mediated sickness during lung infection的文章,探讨了生物膜相关的胞外多糖类(exopolysaccharide, EPS)在调节呼吸道感染期间的疾病行为中的作用。作者发现了细菌生物膜、宿主感觉神经元和中枢神经系统之间复杂的相互作用,揭示了一种新的机制,通过这种机制,产生生物膜的病原体可以在宿主中达成免疫逃逸。 研究人员利用一种基因组工程铜绿假单胞菌(P.aeruginosa)菌株,在小鼠肺部感染模型中比较产生EPS和不产生EPS的细菌对疾病行为的影响。他们发现,EPS阴性的铜绿假单胞菌和毒力大肠杆菌(E.coli)感染会导致严重的疾病、行为改变、炎症和体温过低,这是由肺TRPV1+感觉神经元中脂多糖(LPS)的TLR4检测介导的。相反,产生EPS的生物膜病原体能够避免引发导致疾病的肺脑感觉神经元反应。 这项研究强调了感觉神经元在检测微生物信号并将其传输到中枢神经系统中的重要性。具体而言,研究人员确定TRPV1+感觉神经元是肺炎期间疾病行为的介质,将这些神经元与下丘脑的室旁核(PVN)联系起来,促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)神经元负责疾病行为和体温过低。 这项研究还揭示了EPS对疾病行为的不同影响,其机制上取决于TLR4。TLR4是LPS检测的关键受体,当感觉神经元中不存在TLR4时,疾病症状减轻,这表明EPS的作用是掩盖LPS不被TLR4检测到,从而抑制宿主的疾病反应。此外,研究人员探索了感觉神经元在大肠杆菌引起的严重肺炎中的作用,发现神经元TLR4对疾病和结果至关重要。这一发现强调了靶向感觉神经元在严重肺炎期间缓解疾病行为和改善临床结果的潜在治疗价值。 总的来说,这项研究为感觉神经元参与肺部感染期间疾病行为的调节提供了令人信服的证据,深入了解了产生生物膜的病原体逃避宿主免疫防御的机制,并指出了呼吸道感染管理的潜在治疗靶点。

    发布时间: 2024-03-28

  • Science | 完全组装的次要剪接体与U12型内含子结合的结构基础
    李康音
    2024年3月14日,西湖大学特聘研究员万蕊雪、讲席教授施一公课题组合作在Science发表题为Structural basis of U12-type intron engagement by the fully assembled human minor spliceosome的科研论文。 该研究首次报道了完全组装的次要剪接体的高分辨率三维结构,展示了在U12型内含子上组装过程的关键构象——预催化剪接体前体(precursor pre-catalytic spliceosome,定义为“pre-B复合物”),解析并鉴定了56个蛋白和6种RNA(pre-mRNA和5种snRNA),整体分辨率高达3.3埃。 该结构第一次展示了组成次要剪接体的全部5种snRNP(U11、U12、U4atac、U6atac和U5 snRNP),揭示了次要剪接体在组装过程中对U12型内含子上5’剪接位点识别的分子机理,解决了剪接体激活过程中5’剪接位点如何逐步进入活性位点的重要问题;通过与主要剪接体的结构比较分析了U2型和U12型内含子识别的结构基础,首次从分子层面提出了主要、次要剪接体如何区分剪接位点并正确完成组装的模型。

    发布时间: 2024-03-16

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