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《遗传所在化合物对根系微生物组调控规律方面获新进展》

  • 来源专题：生物科技领域知识集成服务
  • 编译者： 陈方
  • 发布时间：2020-04-08

  • 根系微生物组在植物表现出的强大适应性当中扮演着重要的角色。植物在根系招募种属特异性的大量且种类繁多的微生物，这些微生物能够参与植物吸收营养、抵抗疾病和非生物胁迫等重要生理过程。中国科学院遗传与发育生物学研究所，中国科学院-英国约翰英纳斯中心植物和微生物科学联合研究中心白洋研究组与John Innes Centre Anne Osbourn研究组合作，于2019年5月10日在Science上发表的文章，揭示了拟南芥三萜类化合物对根系微生物组的调控规律。
    该工作系统地解析了拟南芥中形成基因簇的三萜合成遗传网络。该网络的关键基因在植物根系特异表达，并具有潜力合成50多种未知的根系化合物（目前能稳定检测到的根系化合物大约300种）。与不能合成三萜的水稻和小麦相比，52%拟南芥特异的根系微生物组被三萜合成基因显著调控。通过分离培养的细菌资源库与纯化/合成的单种或混合化合物共培养，发现三萜化合物直接调控特异的根系细菌种类。同时根系细菌可以特异性修饰和利用拟南芥三萜化合物。该研究为利用植物天然化合物促进根系益生菌在绿色农业中的应用提供了理论依据。

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  • 《微生物研究所在AI赋能挖掘微生物组功能多肽方面获得新进展》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2022-03-08
    • 抗生素耐药是现代医学面临的严峻挑战之一，在近几十年来，产生抗生素耐药性的病原微生物持续增加，每年在全球范围内耐药菌引发感染造成的死亡人数达到70万人。抗菌肽（AMPs）作为解决抗生素耐药性的候选方案之一，具有不易产生抗药性、作用快速等优势，同时因为容易降解也不会对环境造成持续性污染。因此，开发出能够应对抗多重耐药菌的新药物，缓解耐药问题迫在眉睫；但传统方法筛选新药的候选分子成功率较低，亟需高通量的挖掘和筛选手段。 　　  　　抗菌肽是一类具有抗微生物活性的小肽，其作用范围包括细菌、真菌、病毒和寄生虫。抗菌肽可以通过多种作用机制达到抑制病原微生物的效果，其中较为普遍的作用机制是结合病原微生物的细胞膜，扰乱细胞膜结构；或直接在细胞膜上形成微孔使细胞内容物外流，最终将病原微生物杀死。近些年来，能抵御多重耐药菌同时不易产生耐药性的抗菌肽，已被认为是替代传统抗生素的下一代抗菌剂，如果能在大量的微生物和微生物组中高效、高通量挖掘，将非常有益于临床应对耐药菌的治疗。 　　  　　2022年3月3日，中国科学院微生物研究所在国际重要期刊《自然-生物技术》（Nature Biotechnology）上发表了题为“Identification of antimicrobial peptides from the human gut microbiome using deep learning”的研究性文章。该文章采用自然语言学习（NLP）的多种神经网络方法，实现了抗菌肽挖掘模型的构建和优化；通过该预测模型在大规模微生物组（1万余样本）中的应用，总计挖掘并合成了216种潜在的新型抗菌肽。经实验验证，其中181种新型抗菌肽具有抗菌活性（占83.8%）。进一步的实验表明抗菌肽对多重耐药革兰氏阴性菌具有较强的抑菌能力，同时在动物感染模型中验证部分抗菌肽具有非常好的体内活性和安全性（图1）。 　该研究结合了微生物组大数据和最新的深度学习模型，提供了人工智能赋能大分子挖掘和转化的良好范例；同时，也表明微生物组数据中存在着大量待开发资源，通过计算方法可以将具有生物活性的分子快速高通量的发掘出来。其次，该研究还扩大了人工智能在生物医学领域的应用范围，先前研究中主要集中在医学图像处理、小分子药物筛选等领域，增加了人工智能的应用场景。考虑到未来随着测序数据的累积，更多的微生物大数据将被获得。同时，不论是小分子药物还是肽的搜索空间仍处于早期探索阶段，对于挖掘多功能分子（治疗感染、代谢和免疫疾病），具有非常大的发展潜力。 　　  　　中国科学院微生物研究所王军课题组马越,夏彬彬，陈义华课题组郭正彦，张雨薇为本文的共同第一作者。王军研究员和陈义华研究员为共同通讯作者。本研究受到了中国科学院战略先导项目“病原体宿主适应与免疫干预”、科技部重点研发、国家自然科学基金委相关人才计划项目（陈义华）、面上项目和“糖脂代谢的时空网络调控”重大研究计划培育项目，以及北京市科技新星项目的支持。 　　  　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41587-022-01226-0
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  • 《城市环境所在植物特性调控叶际微生物组方面获进展》
    • 来源专题：生物育种
    • 编译者：姜丽华
    • 发布时间：2023-04-13
    • 近日，中国科学院城市环境研究所朱永官团队以冰川退缩迹地自然发育的植被演替序列为研究对象，采用高通量测序和高通量荧光定量技术，探索植物群落演替过程中叶际抗生素抗性基因的变化模式。相关研究成果以Phyllosphere antibiotic resistome in a natural primary vegetation across a successional sequence after glacier retreat为题，发表在Environment International上。   抗生素抗性基因（ARGs）的传播已对人类健康构成威胁。尽管植物叶际代表了一个重要的微生物库，但人们对人类干扰较少的自然生境中ARGs的分布和驱动因素知之甚少。因此，科研人员收集了植被演替序列中的早期、中期和晚期的植物叶片样本，以探讨植物叶际ARGs在自然生境中分布概况。该研究测定了植物圈ARGs、细菌群落和叶片营养物含量，以评估它们对植物圈ARGs的贡献。研究确定了151种独特的ARGs，涵盖了几乎所有公认的主要抗生素类别。研究进一步发现，在植物群落演替过程中，由于植物群落生境的波动和植物个体的特定选择效应，植物叶际ARGs存在一些随机性和核心组。在植物群落演替过程中，由于植物叶际细菌多样性、群落复杂性和叶片营养成分的减少，ARGs丰度明显下降。而土壤和落叶之间的密切联系导致落叶中的ARGs丰度高于鲜叶。研究显示，自然环境中的植物叶际蕴藏着广泛的ARGs。这些植物圈ARGs分布由各种环境因素驱动，包括植物群落组成、宿主叶片特性和植物圈微生物组。   研究工作得到国家自然科学基金的支持。
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