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Nature | 百萬(wàn)年前的古DNA數(shù)據(jù)反映猛犸象遺傳歷史

古DNA數(shù)據(jù)可以直接反映生物種群演化的動(dòng)態(tài)歷史。雖然DNA片段在理想環(huán)境下的理論保存時(shí)間超過(guò)一百萬(wàn)年，但是由于古DNA保存受到諸多條件的影響，現(xiàn)有古DNA研究難以涉及更新世物種形成等早期演化問(wèn)題。此前研究獲取的古DNA數(shù)據(jù)最早只能追溯到78~56萬(wàn)年前，近日，瑞典古遺傳學(xué)研究中心等單位的研究人員，在西伯利亞永久凍土層出土的3例更新世早、中期猛犸象牙中，成功提取并測(cè)序了核基因信息，其中2例距今時(shí)間超過(guò)一百萬(wàn)年(2021年2月17日在線發(fā)表，doi: 10.1038/ s41586-021-03224-9)。最古老的Krestovka樣本顯示其代表一個(gè)此前沒(méi)有認(rèn)識(shí)到的早期猛犸象種群。進(jìn)一步分析顯示，美洲的哥倫比亞猛犸象核基因組由38%~43%的Krestovka猛犸象和57%~62%真猛瑪象成分混合而成。此外，研究還發(fā)現(xiàn)百萬(wàn)年前的猛犸象已經(jīng)適應(yīng)了寒冷環(huán)境。該研究達(dá)到了古DNA獲取的理論時(shí)間上限，為古DNA技術(shù)在更新世材料的應(yīng)用提供了成功范例，也為古DNA技術(shù)探究早期物種形成提供了新的研究思路?！鐾扑]人：付巧妹

Cell Metabolism | 葡萄糖依賴性促胰島素多肽調(diào)控代謝的相關(guān)信號(hào)通路

葡萄糖依賴性促胰島素多肽(glucose-dependent insulinotropic polypeptide, GIP)可通過(guò)影響胰島素和胰高血糖素的分泌調(diào)節(jié)機(jī)體血糖水平，相關(guān)研究證明在控制進(jìn)食行為的下丘腦神經(jīng)元上有GIP受體(GIP receptor, GIPR)的表達(dá)，但目前尚不清楚中樞GIPR信號(hào)通路是否與能量代謝控制有關(guān)。來(lái)自德國(guó)Helmholtz糖尿病中心的Timo D. Müller團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)建中樞系統(tǒng)特異性敲除GIPR (CNS-Gipr KO)以及基因敲入人源性GIPR后中樞系統(tǒng)特異性敲除人源性GIPR (CNS-hGipr KO)的兩種小鼠模型系統(tǒng)評(píng)估了中樞GIPR在調(diào)控代謝中發(fā)揮的作用(2021年2月3日在線發(fā)表，doi:10.1016/j.cmet.2021.01.015)。研究發(fā)現(xiàn)，高脂喂養(yǎng)條件下CNS-Gipr KO及CNS-hGipr KO小鼠的體重和血糖控制都得到了改善。對(duì)飲食誘導(dǎo)肥胖的野生型小鼠進(jìn)行中樞注射?；鵊IP后，其食物攝入、體重和血糖水平降低，并伴隨下丘腦關(guān)鍵進(jìn)食中樞內(nèi)神經(jīng)元活動(dòng)的增加，而CNS-Gipr KO小鼠中并未觀察到類(lèi)似現(xiàn)象。此研究證明了GIP主要通過(guò)中樞GIPR信號(hào)通路調(diào)控?cái)z食行為從而影響代謝，這為基于GIP的代謝藥物研究提供了重要理論依據(jù)?！鐾扑]人：周紅文

Nature Plants | 發(fā)現(xiàn)植物小RNA組織間單向運(yùn)輸現(xiàn)象

小RNA是一類(lèi)重要的基因調(diào)控因子，廣泛存在于動(dòng)物、植物，甚至病毒，在幾乎所有的生命過(guò)程中都發(fā)揮了重要作用。已有報(bào)道某些植物小RNA可短程和長(zhǎng)程運(yùn)輸，對(duì)植物生理與病生理有重要影響，但這是個(gè)別小RNA現(xiàn)象還是系統(tǒng)性植物小RNA行為？如何轉(zhuǎn)移？這些重要問(wèn)題仍待解答。近日，美國(guó)普渡大學(xué)農(nóng)學(xué)系、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、普渡大學(xué)植物生物學(xué)中心的學(xué)者通過(guò)大豆與菜豆異源及自嫁接植株嫁接實(shí)驗(yàn)和高通量測(cè)序技術(shù)首次報(bào)道了豆類(lèi)作物大量可移動(dòng)小RNA以“單向運(yùn)輸”的形式由莖端到根部的運(yùn)輸，而mRNA則未發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象(2020年1月15日在線發(fā)表，doi: doi.org/10.1038/ s41477-020-00829-2)。該發(fā)現(xiàn)表明大量小RNA是植物長(zhǎng)距離通信的信號(hào)分子，這些小RNA可能對(duì)于植物的生理與病生理具有重要意義?！鐾扑]人：崔慶華

Nature | 單堿基編輯器ABE基于原位修復(fù)實(shí)現(xiàn)早衰癥的基因治療

早衰癥(Hutchinson–Gilford progeria syndrome，HGPS)通常是由編碼核纖層蛋白A的基因發(fā)生負(fù)顯性C?G到T?A突變(c.1824 C>T)引起的罕見(jiàn)遺傳疾病。突變導(dǎo)致RNA錯(cuò)誤剪接，進(jìn)而產(chǎn)生毒性早老蛋白progerin，最終導(dǎo)致過(guò)早衰老和細(xì)胞死亡。雖然已有報(bào)道采用CRSIPR-Cas9技術(shù)可破壞LMNA基因的致病拷貝，但是產(chǎn)生的插入和缺失以及損害野生型拷貝的風(fēng)險(xiǎn)，依然是早衰癥臨床治療的巨大挑戰(zhàn)。美國(guó)哈佛大學(xué)Broad研究所的David R. Liu團(tuán)隊(duì)近期發(fā)文證明單堿基編輯器(adenine base editor, ABE)可以直接修復(fù)早衰綜合征的致病性點(diǎn)突變(2021年1月6日在線發(fā)表，doi: 10.1038/s41586-020- 03086-7)。研究者使用ABE在病人成纖維細(xì)胞和HGPS小鼠模型上對(duì)病原性點(diǎn)突變進(jìn)行直接糾正。借助慢病毒感染成纖維細(xì)胞顯示糾正效率約為90%，成功減少RNA錯(cuò)誤剪接，降低了早老蛋白表達(dá)水平，同時(shí)安全性評(píng)估顯示DNA和RNA水平均無(wú)明顯的脫靶事件發(fā)生。隨后以AAV9為載體將ABE和sgRNA遞送至HGPS小鼠模型，結(jié)果顯示致病性點(diǎn)突變被大量持久地糾正，修復(fù)效率可達(dá)10%~60%，同樣顯著恢復(fù)RNA的正常剪接，降低了progerin蛋白豐度。更重要的是，研究發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)后第14天單次注射治療效果最佳，挽救了早衰癥模型的血管病理，成功地將早衰模型小鼠的平均壽命從215天延長(zhǎng)至510天，展示了非常好的療效。最后，對(duì)治療后衰老死亡的小鼠尸檢還發(fā)現(xiàn)超過(guò)半數(shù)的動(dòng)物出現(xiàn)了肝癌，全基因組測(cè)序顯示AAV病毒會(huì)整合進(jìn)基因組中。是否由于AAV整合導(dǎo)致了腫瘤還不是非常明確。總的來(lái)說(shuō)，本研究證明了體內(nèi)堿基編輯可在根源上直接糾正致病基因改善早衰患者的組織功能和壽命，同時(shí)這種無(wú)需雙鏈斷裂的堿基編輯技術(shù)有望成為HGPS和更多遺傳疾病的極具潛力的治療策略?！鐾扑]人：李大力

The Plant Cell | 發(fā)現(xiàn)影響小麥儲(chǔ)藏蛋白合成調(diào)控的新機(jī)制

小麥籽粒高分子量麥谷蛋白(HMW)是小麥重要貯藏蛋白，其含量和組成與小麥加工品質(zhì)密切相關(guān)。有關(guān)小麥HMW的合成、積累及其調(diào)控機(jī)理尚不清楚。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院小麥研究中心姚穎垠實(shí)驗(yàn)室通過(guò)酵母單雜交技術(shù)篩選到與小麥HMW基因啟動(dòng)子結(jié)合的胚乳特異性表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子—TaNAC019 (2021年1月2日在線發(fā)表，doi: 10.1093/plcell/ koaa040)。該基因敲除后嚴(yán)重影響小麥籽粒面筋和淀粉的合成，導(dǎo)致小麥加工質(zhì)量參數(shù)的降低。研究發(fā)現(xiàn)，TaNAC019除了可與HMW啟動(dòng)子中的特定序列直接結(jié)合外，該轉(zhuǎn)錄因子也可與已報(bào)道的谷蛋白轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子TaGAMyb互作，進(jìn)而調(diào)控HMW和淀粉代謝相關(guān)基因的表達(dá)。對(duì)在現(xiàn)有自然群體中的序列分析發(fā)現(xiàn)，該基因存在兩種等位變異，其中為優(yōu)異等位變異類(lèi)型。該研究成果為揭示小麥儲(chǔ)藏蛋白的合成及調(diào)控機(jī)理的研究奠定了重要基礎(chǔ)，也為小麥品質(zhì)遺傳改良提供了優(yōu)異基因資源。■推薦人：宿振起

The Plant Cell | 發(fā)現(xiàn)植物EDS1蛋白核質(zhì)均勻分布抗病的新機(jī)制

EDS1 (ENHANCED DISEASE SUSCEPTIBILITY 1)是植物免疫的核心調(diào)控因子，參與調(diào)控植物的基礎(chǔ)免疫以及R蛋白介導(dǎo)的ETI。EDS1具有核質(zhì)穿梭的能力，并且核質(zhì)中EDS1蛋白量的平衡對(duì)EDS1的功能至關(guān)重要。但是EDS1在植物免疫反應(yīng)中保持均勻的核質(zhì)分布機(jī)制尚不清楚。中國(guó)科學(xué)院華南植物園侯興亮團(tuán)隊(duì)近期研究發(fā)現(xiàn)，EIJ1 (EDS1- INTERACTING J PROTEIN1)蛋白與EDS1蛋白互作，EIJ1在細(xì)菌侵染或者SA處理后上調(diào)表達(dá)，但是蛋白水平卻隨著侵染時(shí)間逐漸下降，證明EIJ1是一個(gè)免疫負(fù)調(diào)控因子。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明EIJ1與EDS1在細(xì)胞質(zhì)中互作，而細(xì)菌侵染可以促進(jìn)這種互作，并且EIJ1可以通過(guò)蛋白互作抑制EDS1的入核，從而維持EDS1蛋白在病菌侵染時(shí)在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核間的平衡，來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳的抗病反應(yīng)(2020年11月23日在線發(fā)表，doi:10.1093/plcell/koaa007)。EDS1是一個(gè)植物免疫的重要調(diào)控因子，研究EDS1的相關(guān)機(jī)制可以極大地提高人們對(duì)植物免疫的理解。該研究發(fā)現(xiàn)了植物免疫的負(fù)調(diào)控因子EIJ1，并且闡明了EIJ1通過(guò)抑制EDS1負(fù)調(diào)控免疫的機(jī)制。同時(shí)，敲除EIJ1不會(huì)影響植物的生長(zhǎng)表型，所以通過(guò)敲除作物中的EIJ1提高作物的抗病能力是一個(gè)可能的方向?！鐾扑]人：孔凡江

Nature | 確保小鼠性染色體假常染色體區(qū)減數(shù)分裂DNA雙鏈斷裂產(chǎn)生

同源染色體必需重組才能保證精子的正常發(fā)生。在許多高等哺乳動(dòng)物的雄性個(gè)體中，性染色體X和Y只在很短的區(qū)段(即假常染色體區(qū)(pseudoauto-somal region, PAR))發(fā)生重組。減數(shù)分裂重組始于程序性DNA雙鏈斷裂(double-strand break，DSB)的產(chǎn)生，但精母細(xì)胞如何確保PAR中產(chǎn)生DSB則不甚清楚。美國(guó)斯隆凱特林癌癥中心的Maria Jasin和Scott Keeney實(shí)驗(yàn)室以小鼠為模型，發(fā)現(xiàn)了減數(shù)分裂PAR中染色體超微結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，鑒別了控制PAR中DSB產(chǎn)生的順式和反式作用因子(2020年5月27日在線發(fā)表，doi: 10.1038/s41586-020-2327-4)。在DSB形成之前，多個(gè)DSB促進(jìn)因子在PAR大量累積，PAR中染色體軸延長(zhǎng)、姐妹染色單體分開(kāi)。這些過(guò)程與異色質(zhì)mo-2小衛(wèi)星DNA序列有關(guān)，并需要MEI4和ANKRD31蛋白的參與，聯(lián)會(huì)則會(huì)破壞延長(zhǎng)的PAR結(jié)構(gòu)。這些發(fā)現(xiàn)為雄性減數(shù)分裂性染色體重組調(diào)控提供了新解釋。■推薦人：史慶華