基因工程

CRISPR-Cpf1結(jié)合crRNA的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院黃志偉研究團(tuán)隊(duì)揭示了CRISPR-Cpf1識別CRISPR RNA（crRNA）以及Cpf1剪切pre-crRNA成熟的分子機(jī)制，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志上。CRISPR-Cas系統(tǒng)是細(xì)菌編碼的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過RNA引導(dǎo)的效應(yīng)蛋白剪切病毒的DNA或者RNA從而抵抗病毒的感染。該系統(tǒng)之一的CRISPR-Cas9系統(tǒng)被用來作為可編程的基因編輯工具用于細(xì)胞內(nèi)目的DNA的剪切、表達(dá)、修飾、突變。該研究解析了crRNA的Cpf1復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步認(rèn)識細(xì)菌如何通過CRISPR系統(tǒng)抵抗病毒入侵的分子機(jī)理；而且為成功改造Cpf1系統(tǒng)，使之成為特異的、高效的全新基因編輯系統(tǒng)提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

基因密碼子表的內(nèi)在規(guī)律

中科院北京基因組研究所基因組科學(xué)與信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室胡松年組客座研究員陳衛(wèi)華與多國科學(xué)家合作，對“能量節(jié)省”壓力下基因組的演化情況進(jìn)行了系統(tǒng)研究，研究論文發(fā)表于《自然-通訊》。研究表明，在ns位點(diǎn)上，由于得到的mRNA便宜，轉(zhuǎn)錄傾向于使用便宜的核酸，而因?yàn)榈玫降陌被岜阋?，翻譯傾向于使用貴的核酸。由于氨基酸的平均價格更高，ns位點(diǎn)總體上傾向于使用貴的核酸。由于轉(zhuǎn)錄和翻譯是選擇的兩大助力，這種趨勢隨編碼基因的表達(dá)豐度而更為顯著。文章進(jìn)一步從進(jìn)化生物學(xué)角度解釋了為什么低GC%的物種基因組往往較小，而高GC%物種的基因組可以較大。

基因組編輯新技術(shù)

河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院青年教師韓春雨副教授找到了對基因組位點(diǎn)編輯范圍更廣的基因編輯工具，研究論文發(fā)表于《自然-生物技術(shù)》。該工具完全不同于以RNA為向?qū)У腃RISPR/Cas9基因編輯技術(shù)。這種從古細(xì)菌來源的Argonaute，利用短鏈DNA作向?qū)?，真正?shí)現(xiàn)了對基因組的任意位置進(jìn)行切割，將基因編輯的可能性推入了更廣泛的境地。該項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢包括向?qū)гO(shè)計(jì)制作簡便；可編輯基因組內(nèi)任何位置；由于向?qū)Ш怂崾荄NA而非RNA，因此避免了RNA易于形成復(fù)雜的二級結(jié)構(gòu)而帶來的失效或者脫靶效應(yīng)；對游離于細(xì)胞核的DNA具有更高的切割效率。

乙肝病毒共價閉合環(huán)狀DNA

中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)藥所陳志英團(tuán)隊(duì)成功用微環(huán)DNA技術(shù)生產(chǎn)出乙肝病毒共價閉合環(huán)狀DNA（cccDNA），為開發(fā)根治慢性乙肝病毒感染的治療藥物提供了重要條件，相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)報告》。cccDNA是乙肝病毒復(fù)制的模板，其在肝細(xì)胞核內(nèi)持續(xù)、穩(wěn)定的存在被認(rèn)為是乙肝病毒感染慢性化及抗病毒治療停止后復(fù)發(fā)的最重要因素。徹底清除殘余的cccDNA是治愈慢乙肝病毒感染的關(guān)鍵。利用微環(huán)DNA技術(shù)在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中生產(chǎn)出了毫克級別的重組cccDNA。該重組cccDNA無論在結(jié)構(gòu)還是功能均跟野生型cccDNA非常接近：重組cccDNA能介導(dǎo)病毒基因組復(fù)制、病毒基因表達(dá)，并能產(chǎn)生完整的感染性病毒顆粒。

LbCpf1–crRNA復(fù)合體結(jié)構(gòu)

不同物種Cpf1蛋白序列比對

單細(xì)胞尺度解析造血干細(xì)胞起源

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物動態(tài)光學(xué)成像中心湯富酬研究組和軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院附屬醫(yī)院（解放軍307醫(yī)院）劉兵研究組、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院天津血液病醫(yī)院（血液學(xué)研究所）袁衛(wèi)平研究組合作，在單細(xì)胞分辨率解析造血干細(xì)胞的形成過程。在功能和基因表達(dá)方面、在單細(xì)胞水平上研究了小鼠造血干細(xì)胞形成和特化過程中的關(guān)鍵特征；相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志。造血干細(xì)胞（hematopoietic stem cell，HSC）是包括人類在內(nèi)的哺乳動物體內(nèi)所有血液細(xì)胞的干細(xì)胞，在合適的條件下只要造血干細(xì)胞的一個單細(xì)胞就可以在體內(nèi)產(chǎn)生所有類型的血液細(xì)胞，因而對哺乳動物血液系統(tǒng)功能的長期維持和穩(wěn)定起關(guān)鍵作用。精確地分離單個具有功能的干細(xì)胞是開展后續(xù)一系列研究的前提條件。

選擇性剪切對擬南芥蛋白質(zhì)多樣性貢獻(xiàn)

中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所焦雨鈴研究組在全基因組水平通過分析與核糖體結(jié)合的mRNA來研究翻譯組的構(gòu)成，并與總mRNA所代表的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了比較，研究成果發(fā)表于《分子植物》。選擇性剪切是一種重要的調(diào)控機(jī)制，能夠增加轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組的多樣性。該研究發(fā)現(xiàn)有35%的選擇性剪切事件能夠被翻譯，并且其中大部分（81%）會導(dǎo)致蛋白質(zhì)編碼能力的多樣化。同時，該研究發(fā)現(xiàn)一些弱翻譯的選擇性剪切mRNA可能通過無義介導(dǎo)的mRNA降解途徑降解，非翻譯的選擇性剪切mRNA則不通過此途徑降解。該研究報道了植物選擇性剪切對蛋白質(zhì)組多樣性的貢獻(xiàn)，并分析了植物與動物中可變剪切的區(qū)別。

倍半萜生物合成基因

中科院武漢植物園天然藥物生物合成學(xué)科組章焰生研究團(tuán)隊(duì)，以湖北武漢和貴州遵義的蒼耳為研究材料，分別建立了不同化學(xué)型蒼耳葉片及蒼耳腺毛（蒼耳中倍半萜內(nèi)酯合成和貯存的器官為表面的球狀腺毛）的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫，通過比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究，篩選并克隆了3條倍半萜合成途徑上的倍半萜合酶基因（XsTPS1-3），并進(jìn)行了功能分析，研究成果發(fā)表于《植物與細(xì)胞生理學(xué)》。倍半萜內(nèi)酯是菊科植物的特征性成分和主要的藥用成分，具有較強(qiáng)的抗腫瘤活性，且在抵抗微生物病菌、防治血吸蟲和抗過敏活性方面具有較好的醫(yī)用價值。該研究為運(yùn)用合成生物學(xué)技術(shù)規(guī)?；铣商禺惐栋胼铺峁┝吮匾幕蛟?。

哺乳動物大腦snRNA和snoRNA表達(dá)圖譜

中科院上海生命科學(xué)研究院計(jì)算生物學(xué)研究所Philipp Khaitovich研究組首次繪制了哺乳動物大腦snRNA和snoRNA表達(dá)圖譜，發(fā)現(xiàn)哺乳動物大腦snRNA和snoRNA表達(dá)水平存在廣泛差異，研究結(jié)果發(fā)表于《基因組學(xué)與進(jìn)化》。利用高通量測序技術(shù)系統(tǒng)地測定了人、黑猩猩、恒河猴和小鼠大腦前額葉皮質(zhì)組織中snRNA和snoRNA的表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)snRNA和snoRNA在基因家族水平上非常保守，但是其中U1和SNORA29表達(dá)量在人腦中卻發(fā)生了巨大變化。SNORA29 在人腦中表現(xiàn)為特異表達(dá)缺失，并且實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)SNORA29在非人靈長類的神經(jīng)元中特異表達(dá)，提示其在人腦認(rèn)知功能形成中的潛在作用。同時，該研究發(fā)現(xiàn)二級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是snoRNA表達(dá)調(diào)控的重要機(jī)制。endprint

小鼠胚胎造血干細(xì)胞形成過程中單細(xì)胞分辨率的發(fā)育路徑示意圖

小鼠胚胎造血干細(xì)胞形成過程的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析

冰河時代歐亞人群的遺傳譜圖

中科院古脊椎動物與古人類研究所在《自然》雜志發(fā)表“冰河時期的歐洲人群歷史”論文，文章第一作者付巧妹研究員與美、德、意等國合作研究表明：早期現(xiàn)代人中尼安德特人的基因含量在很短的時間里下降1.5～3倍。在距今37000年～14000年間，歐洲人群具有很大的連續(xù)性，因此尼安德特人的基因含量在很短的時期內(nèi)下降不能用不同人群混合稀釋來解釋；歐洲存在一個早期現(xiàn)代人的重要群體，他們對后期人群影響很大。該地區(qū)有些群體在其間消失。這些在不同時空分布的51個個體不僅揭示出各自本身和所在群體的遺傳信息，還反映了不同人群的相互關(guān)系；末次冰期結(jié)束后的第一個強(qiáng)烈變暖事件對歐洲人群結(jié)構(gòu)影響很大，那里的人群在距今14000年左右的冰期結(jié)束后與近東人群出現(xiàn)了很強(qiáng)的聯(lián)系。

植物化石揭示中生代古大氣二氧化碳濃度

中科院南京地質(zhì)古生物研究所出站博士后、蘭州大學(xué)副教授吳靖宇，與合作導(dǎo)師王永棟等，對采自甘肅東部華亭礦區(qū)上三疊統(tǒng)延長組以及中侏羅統(tǒng)延安組發(fā)現(xiàn)的兩種似銀杏化石Ginkgoites化石（包括G. magnifolius和G. obrutschewii）進(jìn)行細(xì)致研究，依據(jù)氣孔參數(shù)重建晚三疊世和中侏羅世的古大氣CO2濃度分別為1962 ppmv和1320 ppmv。結(jié)合課題組前期研究成果指出，從晚三疊世至中侏羅世，古大氣二氧化碳濃度大致呈先下降后升高的趨勢，該研究成果發(fā)表于《古生物學(xué)雜志》雜志。銀杏化石是恢復(fù)古大氣CO2應(yīng)用最為廣泛的指示植物之一，該項(xiàng)研究對GEOCARB III 和Crustal Production模型進(jìn)行校正和補(bǔ)充。

柱鏟齒象

中科院古脊椎動物與古人類研究所研究人員發(fā)現(xiàn)臨夏盆地的“保德四棱齒象”實(shí)際上也應(yīng)該歸入柱鏟齒象，研究者為其建立了一個新種——粗壯柱鏟齒象（Konobelodon robustus），這一最新研究成果發(fā)表在國際雜志《地學(xué)多樣性》。該研究表明，甘肅省臨夏盆地的粗壯柱鏟齒象的時代比歐洲和美洲的種都要早，具有很多原始特征，因此是其它兩個種的祖先類型。柱鏟齒象和鏟齒象相似的結(jié)構(gòu)可能是獨(dú)立起源的，并不能代表演化上的直接聯(lián)系。柱鏟齒象起源有兩種可能性。其一，柱鏟齒象與美洲的扁齒象是姐妹群的關(guān)系，它們共同起源于歐亞大陸的原互棱齒象；其二，柱鏟齒象起源于歐亞大陸的四棱齒象。

最早大型復(fù)雜多細(xì)胞生物化石或是植物的先祖

中科院南京地質(zhì)古生物研究所朱茂炎研究員課題組揭示了距今15.6億年前，已有個體長達(dá)30厘米以上的大型多細(xì)胞生物化石群出現(xiàn)，它們或是植物的先祖，該研究成果發(fā)表于《自然-通訊》。此前研究表明，距今18-8億年前的地球表層巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈維持在近乎不變的“穩(wěn)定”狀態(tài)，因而被學(xué)術(shù)界稱為“枯燥的10億年”。這一發(fā)現(xiàn)將地球上大型復(fù)雜多細(xì)胞生物的出現(xiàn)時間提前了近10億年。生命大約自40億年前在地球上出現(xiàn)以來，之后差不多30多億年的演化過程被認(rèn)為非常緩慢，直到距今6億年前都一直以肉眼不可見的微型、簡單的微生物形式存在。endprint