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Nature |噬菌體衣殼蛋白直接激活細(xì)菌固有免疫

細(xì)菌–噬菌體之間的軍備競賽在不斷共進(jìn)化中。與真核細(xì)胞固有免疫系統(tǒng)通過致病菌相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)感知致病菌的方式相似，許多細(xì)菌的固有免疫系統(tǒng)需要噬菌體特異性分子的激發(fā)，才能夠?qū)κ删w感染作出應(yīng)答。但細(xì)菌的哪種分子負(fù)責(zé)偵測噬菌體的何種激發(fā)分子尚不清楚。2022年11月16日，美國麻省理工學(xué)院、比利時布魯塞爾自由大學(xué)(Université libre de Bruxelles, ULB)Abel Garcia-Pino以及瑞典隆德大學(xué)(Lund University)Vasili Hauryliuk等合作在發(fā)表了題為“Direct activation of a bacterial innate immune system by a viral capsid protein”的研究論文，報道了來自沙門氏菌溫和噬菌體SJ46，在多個大腸桿菌中也保守的融合毒素–抗毒素系統(tǒng)CapRelSJ46直接感知噬菌體中重要保守成分衣殼蛋白，保護(hù)大腸桿菌抗多種噬菌體感染的分子機(jī)制(doi：10.1038/s41586-022-05444-z)。這類抑制翻譯的毒素得名源于其在藍(lán)細(xì)菌、放線菌和動桿菌中分布較多，序列類似鳥苷四/五磷酸合成酶/水解酶Rel (Cyan-obacteria, Actinobacteria, and Proteobacteria and sequence similarity to the (p)ppGpp synthetase/ hydrolase Rel)。無噬菌體感染時，細(xì)菌的CapRelSJ46是無活性的閉合構(gòu)象，其C端抗毒素結(jié)構(gòu)域自抑制N端毒素結(jié)構(gòu)域。噬菌體感染后，噬菌體SECΦ27的主要衣殼蛋白Gp57結(jié)合CapRelSJ46的C-端并直接激活細(xì)菌的CapRelSJ46，隨后CapRelSJ46形成穩(wěn)定、具有活性的開放狀態(tài)。開放狀態(tài)的CapRelSJ46再焦磷酸化tRNA的嘌呤堿基、細(xì)菌的蛋白質(zhì)翻譯系統(tǒng)被抑制，阻止了產(chǎn)生成熟病毒粒子，導(dǎo)致噬菌體流產(chǎn)感染。這防止了噬菌體在細(xì)菌群體中傳播。傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，抗毒素為蛋白質(zhì)的細(xì)菌II型毒素–抗毒素系統(tǒng)的激活需要水解抗毒素蛋白質(zhì)。該研究揭示了噬菌體主要蛋白激活I(lǐng)I型毒素–抗毒素的新模式，開辟了是細(xì)菌–噬菌體攻防戰(zhàn)研究的新方向。通過噬菌體感染激活宿主免疫系統(tǒng)，細(xì)菌免疫應(yīng)答可能比限制–修飾系統(tǒng)或者CRISPR/Cas系統(tǒng)介導(dǎo)的更快。一些真核病毒的衣殼蛋白也可刺激哺乳動物的固有免疫通路。例如，HIV衣殼蛋白可以分別被宿主TRIM5或NONO在細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核中感知，從而激活固有免疫。這也表明細(xì)菌和真核生物的固有免疫在功能和分子基礎(chǔ)上都保守?！鐾扑]人：謝建平，申慶磊

Plant Biotechnology Journal | Nature Biote-chno-logy | Plant Communication | 單倍體育種技術(shù)可以大大縮短育種周期，提高育種效率

雜交小麥?zhǔn)墙窈笕蛐←湲a(chǎn)量大幅提升的重要途徑之一，但由于栽培小麥?zhǔn)钱愒戳扼w，基因組復(fù)雜，雜種優(yōu)勢未能實現(xiàn)大面積利用，制種成本過高也嚴(yán)重制約了雜交小麥的產(chǎn)業(yè)化推廣。目前，小麥雙單倍體育種主要利用小麥×玉米誘導(dǎo)小麥單倍體植株，經(jīng)加倍得到純合的DH (doubled haploid)系。近年來研究發(fā)現(xiàn)，控制玉米單倍體誘導(dǎo)基因/和在不同物種中具有保守性，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)陳紹江團(tuán)隊通過基因編輯技術(shù)敲除小麥基因成功實現(xiàn)了高效率的單倍體誘導(dǎo)(,2020, 18: 316–318, doi: 10.1111/pbi. 13218)，展示了該技術(shù)在創(chuàng)建小麥單倍體快速育種新體系中的應(yīng)用前景。著絲粒組蛋白編碼基因()參與著絲粒復(fù)合蛋白的募集和穩(wěn)定。突變擬南芥基因，可以誘導(dǎo)約30%的單倍體。先正達(dá)生物科技(中國)有限公司呂建團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)(,2020, 38: 1397–1401, doi: 10.1038/s41587-020-0728-4)，六倍體面包小麥存在兩個同源基因，在子房和花粉中的表達(dá)高于，通過基因編輯技術(shù)編輯小麥的著絲粒組蛋白，篩選雜等位基因組合鑒定到小麥父本單倍體誘導(dǎo)系，其效率為7%，該研究將推進(jìn)單倍體誘導(dǎo)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。中國水稻研究所王克劍團(tuán)隊利用基因編輯技術(shù)在雜交水稻中同時敲除了4個水稻生殖相關(guān)基因(、、和)，建立了水稻無融合生殖體系，得到了雜交稻的克隆種子，實現(xiàn)了雜合基因型的固定(, 2019, 37: 283–286, doi: 10.1038/s41587-018-0003-0)。2022年，中國水稻研究所王克劍團(tuán)隊和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)張文利團(tuán)隊合作，進(jìn)一步比較了前期獲得的不同世代的人工無融合生殖材料的表型性狀，從基因組、甲基化、轉(zhuǎn)錄組和亞基因組轉(zhuǎn)錄等層面，證實了無融合生殖雜交稻優(yōu)異性狀在不同世代間的遺傳穩(wěn)定性(, 2022年11月2日在線發(fā)表, doi: 10.1016/j.xplc.2022.100470)，為未來人工無融合生殖體系在作物中的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)?！鐾扑]人：王秀娥

Science | 發(fā)現(xiàn)哺乳動物卵母細(xì)胞通過線粒體外周無膜結(jié)構(gòu)存儲mRNA

哺乳動物卵母細(xì)胞在生長階段會通過激活轉(zhuǎn)錄積累大量的mRNA；卵母細(xì)胞生長到后期轉(zhuǎn)錄停滯，受精后才恢復(fù)轉(zhuǎn)錄，在此期間，卵母細(xì)胞和早期胚胎只能利用前期積累的mRNA合成新的蛋白質(zhì)。然而，哺乳動物卵母細(xì)胞在何處以及如何儲存mRNA仍然是未知。德國馬克斯普朗克研究所Melina Schuh實驗室的最新研究發(fā)現(xiàn)，小鼠卵母細(xì)胞中5個高表達(dá)的RNA結(jié)合蛋白(ZAR1、YBX2、DDX6、LSM14B和4E-T)會特異地聚集在線粒體周圍，作者將此無膜結(jié)構(gòu)區(qū)域命名為MAROD(mitochondria-associated ribonucleoprotein domain) (2022年10月21在線發(fā)表，doi: 10.1126/science.abq4835)。通過檢查幾個mRNA，發(fā)現(xiàn)卵母細(xì)胞mRNA儲存在MAROD中。MAROD也存在于包括人類在內(nèi)的其他哺乳動物的卵母細(xì)胞中。MAROD組裝與卵母細(xì)胞生長過程中線粒體膜電位升高及線粒體活性的增強(qiáng)密切相關(guān)。ZAR1蛋白的N端無序結(jié)構(gòu)對MAROD的組裝及定位于線粒體周邊至關(guān)重要。MAROD中的mRNA的翻譯是被抑制的。ZAR1會在減數(shù)分裂過程中被蛋白酶體降解從而驅(qū)動MAROD在成熟卵子中解體，從而與后續(xù)母本mRNA的翻譯和降解耦聯(lián)。該研究發(fā)現(xiàn)了一個新的無膜結(jié)構(gòu)，能夠調(diào)節(jié)哺乳動物卵母細(xì)胞中母本mRNA的儲存、翻譯和降解，為該領(lǐng)域的進(jìn)一步研究提供了新的視角?！鐾扑]人：單革，劉旭

Molecular Cell | CBP/p300通過不依賴于酶活性的機(jī)制幫助PcG蛋白結(jié)合染色質(zhì)

眾所周知，polycomb家族(PcG)蛋白和Trx家族(TrxG)蛋白是果蠅和哺乳動物中的關(guān)鍵表觀遺傳調(diào)節(jié)因子。PcG蛋白通過壓縮染色質(zhì)發(fā)揮轉(zhuǎn)錄抑制功能，但是如何在致密的染色質(zhì)區(qū)域接近DNA尚不清楚。TrxG蛋白通過招募組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HAT)——CBP以及類似物p300來催化組蛋白乙?；赞卓筆cG蛋白的轉(zhuǎn)錄抑制作用，但是令人意外的是，果蠅CBP也結(jié)合于polycomb響應(yīng)元件(PRE)，讓人們不禁思考CBP是否在PRE區(qū)域發(fā)揮了不同于HAT的功能。2022年10月6日，瑞典斯德哥爾摩大學(xué)的Mattias Mannervik課題組在發(fā)表的文章對此做出了很好的解釋，并提出了一個新的模型(doi: 10.1016/j.molcel.2022.09.005)。他們發(fā)現(xiàn)在果蠅和哺乳動物細(xì)胞中，一部分CBP與PcG蛋白共定位在PRE區(qū)域，CBP通過獨(dú)立于HAT催化活性的功能調(diào)控RNA pol Ⅱ的招募與暫停，使PRE處于核小體缺失狀態(tài)，便于PcG蛋白結(jié)合；并且CBP介導(dǎo)短RNA的產(chǎn)生以形成R-loop，從而穩(wěn)定PcG蛋白在PREs的富集。當(dāng)短暫缺失p300/CBP而不是酶活性喪失時，PcG蛋白在PRE區(qū)域結(jié)合顯著性降低，從而導(dǎo)致PcG下游靶基因可能異常激活。該研究對PcG蛋白結(jié)合染色質(zhì)的機(jī)制注入了新的理解?！鐾扑]人：孫朝冉，吳旭東

Nature | 胎兒肝臟造血干細(xì)胞/祖細(xì)胞的獨(dú)立來源

造血干細(xì)胞/祖細(xì)胞是一種數(shù)量稀少的成體干細(xì)胞，它來源于胚胎期，可以維持機(jī)體的終生造血。然而，血液系統(tǒng)中造血干細(xì)胞/祖細(xì)胞的來源并不清楚。2022年9月14日，在線發(fā)表了日本熊本大學(xué)Toshio Suda實驗室對于造血干細(xì)胞/祖細(xì)胞起源研究的創(chuàng)新性成果(doi: 10.1038/s41586-022- 05203-0)。通過遺傳學(xué)技術(shù)示蹤小鼠體內(nèi)造血干細(xì)胞和造血祖細(xì)胞的形成，研究人員發(fā)現(xiàn)胎兒肝臟中多數(shù)HLF(hepatic leukaemia factor)陽性的造血祖細(xì)胞獨(dú)立于造血干細(xì)胞產(chǎn)生。隨后，他們鑒定了由動脈內(nèi)皮細(xì)胞到造血細(xì)胞群體的中間過渡細(xì)胞類型及其特異性表達(dá)基因。使用報告小鼠分析發(fā)現(xiàn)，在造血前體細(xì)胞群體中異質(zhì)性表達(dá)，遺傳操縱表達(dá)水平能夠改變體內(nèi)的造血干細(xì)胞和造血祖細(xì)胞的命運(yùn)。細(xì)胞譜系示蹤實驗進(jìn)一步證實在妊娠前期，胎兒的血細(xì)胞均由造血祖細(xì)胞維持，而在妊娠后期造血干細(xì)胞才發(fā)揮作用。這些數(shù)據(jù)表明，在出生前，造血干細(xì)胞對于胎兒功能性血細(xì)胞的貢獻(xiàn)較少，這種干細(xì)胞非依賴的血細(xì)胞產(chǎn)生方式為組織的快速發(fā)育提供了有效策略。■推薦人：夏均，劉峰