編委推薦

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Molecular Plant | 發(fā)現(xiàn)生長素調(diào)控水稻粒型的新機(jī)制

水稻是世界重要的糧食作物，水稻的粒型是影響水稻產(chǎn)量的重要因素之一。到目前為止，已經(jīng)分離出若干影響粒型的基因，而關(guān)于粒長和粒重的調(diào)控機(jī)制尚未完全清楚。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院(深圳)農(nóng)業(yè)基因組研究所錢前院士團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)、內(nèi)蒙古大學(xué)以及中國水稻研究所等多個(gè)團(tuán)隊(duì)合作，在9311和日本晴的重組自交系中鑒定出一個(gè)粒長和粒重?cái)?shù)量性狀位點(diǎn)qGL5，并將其精細(xì)定位到一個(gè)候選基因OsAUX3上(2021年6月27日在線發(fā)表，doi: 10.1016/j.molp.2021.06.023)。研究證明，生長素響應(yīng)因子OsARF6直接與OsAUX3啟動子上的生長素調(diào)控元件結(jié)合，通過改變穎殼細(xì)胞生長素的含量和分布，從而改變水稻的粒長和粒重。同時(shí)證明，OsARF6受到miR167a的抑制，且與生長素信號負(fù)調(diào)控因子OsIAA8/20互作。該研究揭示了通過生長素相關(guān)基因調(diào)控水稻粒長和粒重的新機(jī)制，為水稻粒長和粒重的分子調(diào)控提供了新的視角，為水稻產(chǎn)量乃至其他谷類作物的遺傳改良提供了新的候選基因?！鐾扑]人：王麗娜，陳德富

Nature Plants | 發(fā)現(xiàn)氧化還原依賴的植物耐凍新機(jī)制

低溫會影響植物的正常生長發(fā)育，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來損失。為應(yīng)對低溫脅迫，植物進(jìn)化出了低溫適應(yīng)機(jī)制，即暴露在非冰點(diǎn)低溫時(shí)，植物會通過細(xì)胞代謝的重編程和組織結(jié)構(gòu)的重塑實(shí)現(xiàn)低溫耐受性。低溫響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子CBF(C-repeat-binding transcrip-tion factor)是AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子家族中的一員，在低溫適應(yīng)中發(fā)揮重要作用。CBF的表達(dá)受到低溫信號和激素信號等多方面的調(diào)控，在植物生長發(fā)育和低溫適應(yīng)中具有多種功能。植物需要精準(zhǔn)調(diào)節(jié)CBF的活性以適應(yīng)不同溫度下生長發(fā)育與耐冷的平衡，但這一精準(zhǔn)調(diào)控機(jī)制仍不清楚。韓國慶尚大學(xué)Sang Yeol Lee團(tuán)隊(duì)通過鑒定CBF的互作蛋白，發(fā)現(xiàn)h2型硫氧還原蛋白Trx-h2通過氧化還原反應(yīng)誘導(dǎo)CBF蛋白的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，激活CBF蛋白的活性從而增強(qiáng)植物抗凍性(2021年6月21日在線發(fā)表，doi: 10.1038/ s41477-021-00944-8)。在常溫下，Trx-h2通過Gly2的肉豆蔻酰化作用錨定在細(xì)胞質(zhì)膜上，經(jīng)低溫誘導(dǎo)后Trx-h2去肉豆蔻?；⑥D(zhuǎn)移至細(xì)胞核，入核后的Trx-h2將CBF蛋白從失活的寡聚物結(jié)構(gòu)還原為具有活性的單體結(jié)構(gòu)，從而激活CBF下游基因的表達(dá)以增加植物抗凍性。該研究揭示了低溫誘導(dǎo)的氧化還原變化調(diào)控CBF蛋白結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換與活性的新機(jī)制，為后續(xù)植物耐低溫機(jī)制的研究奠定了基礎(chǔ)。■推薦人：于緒琛，許操

Science| 豬尾鼠具有回聲定位能力

回聲定位是利用反射的聲音來感知環(huán)境特征。最近，中國科學(xué)院昆明動物研究所施鵬研究員課題組及其合作者，通過一系列強(qiáng)有力證據(jù)表明嚙齒目豬尾鼠屬()是除已知的小蝙蝠和齒鯨外，一類全新的具有回聲定位能力的哺乳動物(2021年6月18日在線發(fā)表，doi: 10.1126/science.aay1513)。該研究通過行為學(xué)實(shí)驗(yàn)、形態(tài)學(xué)解剖、進(jìn)化基因組學(xué)和基因功能分析等多個(gè)證據(jù)鏈，發(fā)現(xiàn)豬尾鼠能通過聽覺和超聲波脈沖在黑暗中定位和躲避障礙物，形成與喉部回聲定位蝙蝠相似的生理結(jié)構(gòu)。而且，基因組水平的與聽力相關(guān)基因和與回聲定位相關(guān)的明星基因在豬尾鼠和已知的回聲定位哺乳動物之間發(fā)生了明顯的趨同進(jìn)化。該研究增加了對回聲定位哺乳動物的新認(rèn)識，同時(shí)也進(jìn)一步說明了基因水平上的趨同進(jìn)化是理解復(fù)雜生物學(xué)功能和表型等趨同特征的重要遺傳學(xué)基礎(chǔ)。■推薦人：于黎

Cell | 從鼻到腦的肽能神經(jīng)通路介導(dǎo)噴嚏反射

打噴嚏是一個(gè)重要的呼吸反射，有利于清除呼吸道中有害的環(huán)境刺激物和病原體，對機(jī)體健康有利。一次噴嚏可產(chǎn)生4萬個(gè)帶有病毒的液滴，并可在周圍7～8 m范圍內(nèi)懸浮長達(dá)10 min。打噴嚏常與過敏性鼻炎或病毒性的呼吸道感染相關(guān)，是包括新冠肺炎病毒SARS-CoV-2和中東呼吸綜合征病毒MERS-CoV在內(nèi)的呼吸道病毒傳播的重要途徑。雖然在貓和人的腦干三叉神經(jīng)脊腹內(nèi)側(cè)核中發(fā)現(xiàn)了可激發(fā)噴嚏的區(qū)域，但是其確切的神經(jīng)調(diào)控環(huán)路并不清楚。近日，美國圣路易斯華盛頓大學(xué)劉琴實(shí)驗(yàn)室基于新構(gòu)建的小鼠模型，深入探究噴嚏反射的發(fā)生機(jī)制，首次描繪了從鼻感覺神經(jīng)元到呼吸中樞神經(jīng)元介導(dǎo)噴嚏反射的肽能神經(jīng)通路(2021年6月15日在線發(fā)表，doi: 10.1016/j.cell.2021.05.017)。研究人員首先應(yīng)用兩步反向的篩選策略，確定打噴嚏的信號分子及噴嚏誘發(fā)區(qū)域中必須的神經(jīng)元群，分別是NMB (neuromedin B)神經(jīng)肽和Trpv1+小直徑感覺神經(jīng)元。隨后，應(yīng)用神經(jīng)元追蹤、電生理記錄和行為研究等策略對噴嚏誘發(fā)區(qū)域的投射目標(biāo)進(jìn)行探索，并鎖定了尾腹側(cè)呼吸核團(tuán)(caudal ventral respiratory group, cVRG)為直接投射目標(biāo)，進(jìn)而驅(qū)動噴嚏的發(fā)生。這一新通路的發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了對由化學(xué)和過敏刺激介導(dǎo)的噴嚏反射背后神經(jīng)機(jī)制的深入理解，對病理性噴嚏的臨床治療具有指導(dǎo)意義。此外，研究人員也提出了一些問題，如Trpv1+/NMB+鼻感覺神經(jīng)元中專一介導(dǎo)噴嚏反射的子神經(jīng)元集未被確定；對于其他類型的噴嚏反射，如機(jī)械刺激、強(qiáng)光、冷空氣和病毒感染等，是否由相同的肽能神經(jīng)通路介導(dǎo)，仍需更進(jìn)一步的研究。■推薦人：朱波峰

Briefings in Bioinformatics | 一種利用共突變模塊分析新冠病毒進(jìn)化和傳播模式的分子遺傳學(xué)新方法

新冠病毒(SARS-CoV-2)已在全球范圍人群中廣泛傳播和大流行，產(chǎn)生了大量的病毒變異體和高度的遺傳多樣性，這對病毒的感染性和致病性產(chǎn)生了不同程度的影響，并可影響到疫苗的保護(hù)效率，精確的新冠病毒變異體分類是了解其進(jìn)化和傳播模式的關(guān)鍵。既往基于病毒分離株和突變數(shù)量、病毒株的時(shí)空分布變化、病毒種群遺傳熱點(diǎn)等進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育樹的劃分和推斷方法具有較多的不確定性，因而難以確定不同亞型之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院系統(tǒng)醫(yī)學(xué)研究中心蔣太交課題組提出了一種更有效的新冠病毒分類的新方法(2021年6月14日在線發(fā)表，doi:10.1093/bib/bbab222)。該課題組基于包含至少兩個(gè)新冠病毒共替代突變核苷酸(co- substitued nucleotide)組成的共突變模塊(co-mutation modules)，對新冠病毒種群進(jìn)行分組，并根據(jù)共突變模塊的數(shù)量進(jìn)一步確定了病毒種群之間的系統(tǒng)發(fā)育。該方法可更為準(zhǔn)確地揭示病毒種群之間的進(jìn)化關(guān)系，可通過時(shí)空分析顯示不同流行時(shí)期特定的共循環(huán)病毒群體，在有優(yōu)勢病毒株群體存在情況下，能區(qū)分多個(gè)平行進(jìn)化的病毒亞群，無需構(gòu)建復(fù)雜的系統(tǒng)發(fā)育樹也能基于已識別的共突變模塊對新冠病毒的傳播進(jìn)行追蹤。此外，課題組還開發(fā)了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，用于對新冠病毒的基因組進(jìn)行分組及時(shí)空分布的可視化分析。這一方法能有效捕捉新冠病毒的進(jìn)化和傳播模式，有助于指導(dǎo)對新冠病毒大流行的預(yù)防和控制?！鐾扑]人：楊昭慶

Nature | 宿主通過泛素化修飾細(xì)菌脂多糖抗擊細(xì)菌感染

經(jīng)典的泛素化涉及E3泛素連接酶和蛋白質(zhì)底物。宿主抗擊細(xì)菌(如沙門氏菌)感染的過程涉及對細(xì)菌和宿主蛋白質(zhì)的泛素化。近日，英國劍橋大學(xué)Felix Randow實(shí)驗(yàn)室首次報(bào)道了細(xì)菌脂多糖可以被泛素化，宿主利用特殊的酶泛素化脂多糖，抗擊細(xì)菌感染(2021年5月19日在線發(fā)表，doi: 10.1038/s41586- 021-03566-4)。研究人員利用脂多糖合成缺陷的沙門氏菌突變體和超分辨率成像(super-resolution imaging)技術(shù)分析了從人細(xì)胞分離的不同感染階段的泛素化，發(fā)現(xiàn)脂多糖被泛素化。進(jìn)一步通過遺傳學(xué)、生物化學(xué)等手段，利用從人細(xì)胞提取物作為泛素化酶、細(xì)菌類脂A或者各種截短的脂多糖，構(gòu)建了體外泛素化系統(tǒng)，排除了蛋白質(zhì)的氨基被泛素化的可能性，確證泛素化的底物是脂多糖，而且是脂多糖的類脂A，泛素化可能發(fā)生在類脂A的羥基或者磷酸基團(tuán)。接著，通過一系列的蛋白純化，鑒定了宿主負(fù)責(zé)泛素化脂多糖的酶是RNF213。該酶與罕見病—煙霧病(moyamoya)有關(guān)。煙霧病的特征是雙側(cè)頸內(nèi)動脈末端及大腦前動脈、大腦中動脈起始部慢性進(jìn)行性狹窄或閉塞，并繼發(fā)顱底異常血管網(wǎng)形成的一種腦血管疾病，其顱底異常血管網(wǎng)在腦血管造影圖像上形似“煙霧”，因而稱為“煙霧病”。RNF213的動力蛋白樣AAA+功能域(dynein like AAA+ domain)負(fù)責(zé)泛素化脂多糖，而不是傳統(tǒng)E3連接酶的RING功能域(RING domain)。RNF213的4個(gè)半胱氨酸和2個(gè)組氨酸組成的CHC3H模體(motif)非常關(guān)鍵，負(fù)責(zé)招募線性泛素化組裝復(fù)合體LUBAC，激活免疫反應(yīng)，并招募自噬受體(autophagy receptor)蛋白，促進(jìn)自噬體(autophagosome)形成。這是首次報(bào)道脂類被泛素化修飾。該研究也提出了更多新問題，如RNF213如何識別脂多糖，其動力蛋白樣AAA+功能域如何發(fā)揮功能？同時(shí)也提示泛素系統(tǒng)還有許多未解之謎，包括可能還存在RNF213之外的其他泛素化機(jī)制，泛素化底物也不僅僅是蛋白質(zhì)和脂類。■推薦人：謝建平

Plant Cell | 鋅指結(jié)構(gòu)B-box蛋白作為植物生物鐘新組分調(diào)控近日節(jié)律

植物生物鐘由核心振蕩子(Core oscillators)構(gòu)成多重轉(zhuǎn)錄–翻譯反饋環(huán)路，精細(xì)調(diào)控著分子、生化、生理及動物行為上的近24小時(shí)節(jié)律，與環(huán)境授時(shí)因子信號的周期性變化的保持同步，維持機(jī)體的環(huán)境適應(yīng)能力。擬南芥生物鐘組分PSEUDO-RESPONSE REGULATORs (PRR)家族中的,,,,基因從清晨到夜間時(shí)序性達(dá)到轉(zhuǎn)錄高峰；目前研究表明PRRs與PIFs和TOPLESS家族互作，共同抑制清晨相位的等表達(dá)，但有關(guān)PRRs抑制靶基因轉(zhuǎn)錄的作用機(jī)理仍不清楚。河南大學(xué)作物逆境適應(yīng)與改良國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室徐小冬教授、謝啟光教授與中國科學(xué)院植物研究所王雷研究員合作完成了題為 “BBX19 fine-tunes the circadian rhythm by interacting with PSEUDO-RESPONSE REGULATOR proteins to facilitate their repressive effect on morning-phased clock genes” 的研究論文(2021年5月14日在線發(fā)表，doi:10.1093/plcell/koab133)。該研究發(fā)現(xiàn)鋅指結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄因子BBX18和BBX19從清晨到傍晚次序招募PRR9、PRR7和PRR5蛋白，在白天形成BBX19- PRRs轉(zhuǎn)錄復(fù)合體，直接抑制和等生物鐘核心基因的表達(dá)進(jìn)而維持近日節(jié)律。該研究成果揭示出植物生物鐘轉(zhuǎn)錄-翻譯反饋環(huán)路中新的運(yùn)行機(jī)制。該課題得到國家自然科學(xué)基金委、河北省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目及中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)研究計(jì)劃項(xiàng)目的支持?！鐾扑]人：徐瓔

Science | 發(fā)現(xiàn)心肌細(xì)胞增殖與去分化的關(guān)鍵因子

成年哺乳動物的心肌細(xì)胞再生能力非常有限，如何提高心肌細(xì)胞的再生能力，促進(jìn)損傷心臟的修復(fù)，是目前心血管疾病面臨的重要問題。斑馬魚與哺乳動物不同，其心臟受損后可以有效地進(jìn)行再生，這一過程需要成熟心肌細(xì)胞去分化和增殖，但這種機(jī)制尚不清楚。澳大利亞張任謙心臟研究所Kazu Kikuchi研究組通過構(gòu)建條件性基因表達(dá)品系斑馬魚，發(fā)現(xiàn)基因作為一種遺傳開關(guān)，在心臟損傷后啟動心肌細(xì)胞增殖，進(jìn)而修復(fù)受損心臟(2021年4月9日發(fā)表，doi: 10.1126/science.abe2762)。Klf1是紅細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子，研究組通過構(gòu)建基因心臟特異性敲除、條件性過表達(dá)和雌激素受體調(diào)節(jié)品系，發(fā)現(xiàn)斑馬魚心臟再生需要心肌klf1，其僅在心臟損傷后才會開啟，改變未受損心肌細(xì)胞代謝途徑，使其繼續(xù)分裂形成新的心肌細(xì)胞，進(jìn)而修復(fù)心臟。該研究確定Klf1是一種有效的心肌細(xì)胞再生調(diào)節(jié)因子，為修復(fù)再生不良的人類心臟提供了可能的治療策略?！鐾扑]人：張巖