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Developmental Cell | 中胚層間充質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)化中的多細(xì)胞玫瑰花結(jié)

上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)與間充質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)化(MET)是胚胎形態(tài)發(fā)生中的重要現(xiàn)象，在胚胎軀體圖式形成和器官發(fā)生中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。胚胎發(fā)育，特別是器官形成，通常涉及連續(xù)的EMT和MET事件。通過(guò)EMT，上皮細(xì)胞喪失極性，獲得了細(xì)胞運(yùn)動(dòng)所需的遷移表型。間充質(zhì)細(xì)胞通過(guò)MET獲得極性，并生成上皮細(xì)胞。MET也是體細(xì)胞重編程中建立多能性的關(guān)鍵步驟。盡管MET的重要性已廣為人知，但對(duì)脊椎動(dòng)物MET的可視化記錄非常有限，人們對(duì)MET的發(fā)生機(jī)制了解也不多。2023年6月5日，發(fā)表了兩篇論文，分別研究了小鼠中軸中胚層原節(jié)與脊板形成過(guò)程中的MET (https://doi.org/10.1016/j.devcel.2023.03.018)和雞胚側(cè)板中胚層的MET(https://doi.org/10.1016/j.devcel. 2023.03.017)。這兩項(xiàng)研究均發(fā)現(xiàn)中胚層的MET通過(guò)多細(xì)胞玫瑰花結(jié)的形成來(lái)進(jìn)行。在小鼠原節(jié)與脊板形成過(guò)程中，實(shí)時(shí)成像和三維圖像顯示玫瑰花結(jié)在胚胎表面下方動(dòng)態(tài)形成、擴(kuò)張和合并，以多細(xì)胞單元的形式整合到表面上皮中。雞胚側(cè)板中胚層的玫瑰花結(jié)形成也呈現(xiàn)出沿前外-后內(nèi)斜線(xiàn)軸的動(dòng)態(tài)形成過(guò)程，過(guò)渡區(qū)的玫瑰花結(jié)表現(xiàn)出頂端-基底極性，其頂端具有緊密連接復(fù)合體和新表達(dá)的aPKC。這兩篇文章都證明了Par3-aPKC在MET和多細(xì)胞玫瑰花結(jié)形成中的重要性。而雞胚側(cè)板中胚層的研究還揭示了玫瑰花結(jié)的起始依賴(lài)于細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)整合素信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)粘著斑激酶(FAK)和Talin發(fā)揮作用。這兩篇論文所描述的基于玫瑰花結(jié)的形態(tài)發(fā)生過(guò)程對(duì)于人們理解胚胎發(fā)育、癌癥轉(zhuǎn)移和組織再生過(guò)程中的MET具有重要意義?？梢灶A(yù)計(jì)，接下來(lái)會(huì)有更多發(fā)育生物學(xué)研究關(guān)注到多細(xì)胞玫瑰花結(jié)這一結(jié)構(gòu)。■推薦人：林古法

Science | 寒冷適應(yīng)促進(jìn)亞洲葉猴社會(huì)系統(tǒng)的演化

靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物社會(huì)的演化和維持的生物學(xué)基礎(chǔ)知之甚少，一直是靈長(zhǎng)類(lèi)和行為學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。西北大學(xué)金絲猴研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所等國(guó)內(nèi)外12家單位，通過(guò)整合生態(tài)學(xué)、地質(zhì)學(xué)、行為學(xué)、基因組學(xué)等多學(xué)科，發(fā)現(xiàn)寒冷適應(yīng)可促進(jìn)亞洲葉猴社會(huì)系統(tǒng)的演化，揭示了靈長(zhǎng)類(lèi)社會(huì)系統(tǒng)的演化機(jī)制。(2023年6月2日在線(xiàn)發(fā)表，doi:10.1126/science.abl8621)。通過(guò)系統(tǒng)發(fā)育分析和社會(huì)系統(tǒng)的祖先狀態(tài)重建，發(fā)現(xiàn)亞洲葉猴中奇鼻猴類(lèi)群的社會(huì)系統(tǒng)演化經(jīng)歷了兩步式的聚合過(guò)程。生態(tài)學(xué)分析發(fā)現(xiàn)生活在寒冷環(huán)境中的物種傾向于形成較大的社群，且兩次社會(huì)聚合都發(fā)生在歷史寒冷時(shí)期以及氣候寒冷的地區(qū)。在此過(guò)程中，與寒冷適應(yīng)和神經(jīng)激素相關(guān)的基因在奇鼻猴類(lèi)群中受到正選擇，這些基因在社會(huì)聯(lián)系中起著關(guān)鍵作用。其中多巴胺和催產(chǎn)素通路相關(guān)基因的變化有利于延長(zhǎng)寒冷地區(qū)奇鼻猴的撫育行為，增加?jì)雰旱某苫盥?，從而間接增加了個(gè)體的友好行為及容忍度，進(jìn)而促進(jìn)了單家庭群向重層社會(huì)的聚集。這一結(jié)果得到了體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和行為學(xué)分析的驗(yàn)證。該研究首次全面從行為、生態(tài)、地質(zhì)、化石、遺傳等多個(gè)維度，完整解析了靈長(zhǎng)類(lèi)社會(huì)系統(tǒng)的起源和演化機(jī)制，為解析更多類(lèi)群的復(fù)雜性狀演化機(jī)制提供了參考。■推薦人：施鵬

Nature | 合成tRNA抑制細(xì)胞和體內(nèi)的無(wú)義突變

大約11%與人類(lèi)疾病相關(guān)的基因變異屬于無(wú)義突變，在某些情況下，一些攜帶終止密碼子(premature termination codon，PTC)的mRNAs可以逃脫無(wú)義介導(dǎo)的 mRNA 降解(nonsense-mediated mRNA decay，NMD)，翻譯產(chǎn)生截短蛋白(該蛋白存在無(wú)功能、有功能增益效應(yīng)或有顯性負(fù)作用等可能)。因此，通過(guò)抑制無(wú)義突變所導(dǎo)致的翻譯提前終止可以使致病基因得以通讀，從而一定程度恢復(fù)蛋白質(zhì)功能缺陷，被稱(chēng)為無(wú)義抑制治療(亦稱(chēng)為翻譯通讀治療)。近日，德國(guó)漢堡大學(xué)Zoya Ignatova研究組、美國(guó)Arcturus Therapeutics 的Pad Chivukula研究組與美國(guó)埃默里大學(xué)Eric J. Sorscher研究組合作通過(guò)脂質(zhì)納米粒(lipid nanoparticle, LNP)遞送工程化tRNA，在細(xì)胞水平以及小鼠體內(nèi)成功抑制了無(wú)義突變，且具有較高的安全性(2023年5月31日在線(xiàn)發(fā)表，doi: 10.1038/s41586-023-06133-1)。作者通過(guò)優(yōu)化 anticodon-stem 和TΨC-stem區(qū)域的序列，增強(qiáng)了多個(gè)sup-tRNAs的功效，并將包含優(yōu)化后sup-tRNAs的脂質(zhì)納米粒靜脈注射(或氣管內(nèi)吸入)到小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)能夠有效恢復(fù)功能蛋白的表達(dá)，而且優(yōu)化的sup-tRNAs沒(méi)有顯著增強(qiáng)小鼠肺或肝臟中內(nèi)源性天然終止密碼子的通讀，具有良好的分子安全性；此外，優(yōu)化的sup-tRNAs在囊性纖維化模式細(xì)胞和患者來(lái)源的細(xì)胞中恢復(fù)了全長(zhǎng)CFTR蛋白的表達(dá)和功能，以及氣道體積穩(wěn)態(tài)?？傊?，該研究證明了天然tRNAs可以通過(guò)人工修飾有效通讀無(wú)義突變，從而為基于tRNA的PTC抑制劑開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)新的模式。■推薦人：李珊，謝小冬

Nature | 通過(guò)考古文物獲取DNA探究古代人類(lèi)遺傳學(xué)信息

由石頭、骨頭和牙齒制造的文物(人工制品)是人們理解更新世時(shí)期人類(lèi)生存策略、行為和文化的基礎(chǔ)。雖然這些資源非常豐富，但是除從非常罕見(jiàn)的該時(shí)期墓葬中出土外，研究人員較難將這些文物與具有形態(tài)或基因特征的特定人類(lèi)個(gè)體聯(lián)系起來(lái)。最新研究表明，從沉積物中提取人類(lèi)DNA并進(jìn)行分析，可將人工制品與遺傳群體聯(lián)系起來(lái)，這個(gè)研究思路同現(xiàn)代法醫(yī)學(xué)調(diào)查中物品制造者或使用者的鑒定相通。近日，雜志報(bào)道了一項(xiàng)由德國(guó)馬克斯·普朗克進(jìn)化人類(lèi)學(xué)研究所、美國(guó)舊金山州立大學(xué)、萊比錫大學(xué)等多家單位合作開(kāi)發(fā)的一種非破壞性DNA提取方法(2023年5月3日在線(xiàn)發(fā)表，doi:10. 1038/s41586-023-06035-2)。該方法可逐漸釋放古代骨骼和牙齒人工制品中DNA，不僅能區(qū)分在制造或使用過(guò)程中深入到物體中的DNA和可能來(lái)自周?chē)练e物的DNA，還能保持文物的完整性。將該方法應(yīng)用于來(lái)自俄羅斯丹尼索瓦洞穴的舊石器時(shí)代晚期鹿牙吊墜，成功恢復(fù)了古人類(lèi)和鹿的線(xiàn)粒體基因組，并估計(jì)該吊墜的出現(xiàn)時(shí)間約為19,000～25,000年前。核DNA分析表明，吊墜制造者或佩戴者是一名女性，與一群大約生活在同一時(shí)期的古代北歐亞人有很近的遺傳親緣關(guān)系。該DNA提取方法結(jié)合考古學(xué)與遺傳學(xué)分析，為遠(yuǎn)古時(shí)期處理、攜帶或佩戴這些人工制品的人的生物學(xué)性別和祖先鑒識(shí)提供新策略，重新定義了文化記錄和基因印跡在史前考古中的相互聯(lián)系?！鐾扑]人：朱波峰

Nature Plants | 利用單細(xì)胞和空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)挖掘根瘤發(fā)育和固氮調(diào)控的分子機(jī)制

豆科植物與根瘤菌共生形成根瘤組織。在根瘤內(nèi)部，根瘤菌分化成為類(lèi)菌體，將氣態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為植物可以直接吸收利用的銨。根瘤中根瘤菌被植物的膜結(jié)構(gòu)包裹形成特殊的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，同時(shí)根瘤組織中的細(xì)胞特異分化，為維持根瘤菌的固氮和生存提供適應(yīng)的環(huán)境和充足的營(yíng)養(yǎng)，因此較其他植物組織，根瘤組織的細(xì)胞類(lèi)型更為復(fù)雜，而如何解析根瘤不同細(xì)胞類(lèi)型中的基因結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)狀態(tài)也成為共生研究領(lǐng)域的一個(gè)挑戰(zhàn)。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所邱麗娟課題組閻哲研究員與南方科技大學(xué)翟繼先課題組合作，通過(guò)整合單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)和空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)對(duì)大豆根瘤發(fā)育進(jìn)行解析，成功揭示了這一復(fù)雜組織單個(gè)細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)狀態(tài)，構(gòu)建了大豆根瘤的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄圖譜，并鑒定到了一系列調(diào)控根瘤發(fā)育的關(guān)鍵基因(2023年4月13日在線(xiàn)發(fā)表，doi: 10.1038/s41477-023- 01387-z)。研究人員利用單細(xì)胞和空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)不僅成功鑒定了根瘤侵染區(qū)中侵染細(xì)胞(IC)和非侵染細(xì)胞(UC)的基因表達(dá)狀態(tài)，同時(shí)結(jié)合擬時(shí)序分析，成功探索了大豆根瘤UC的分化過(guò)程和細(xì)胞狀態(tài)轉(zhuǎn)換軌跡，揭示了大豆UC中不同細(xì)胞亞型的不同功能角色，尤其在固氮產(chǎn)物的吸收利用過(guò)程中，不同亞型細(xì)胞分別參與固定氮素產(chǎn)物的酰脲合成、酰脲運(yùn)輸以及為根瘤菌提供能量。另外，之前人們多把IC看成是同一的細(xì)胞狀態(tài)，但研究人員通過(guò)對(duì)IC單細(xì)胞基因表達(dá)狀態(tài)進(jìn)行分析，在IC中成功鑒定出一組特異的細(xì)胞亞型，該亞型細(xì)胞僅存在于未成熟根瘤的發(fā)育過(guò)程中，且這一亞型細(xì)胞中的特異基因大多也同時(shí)參與了根瘤菌侵染根毛的生物過(guò)程。利用分子生物學(xué)手段對(duì)該細(xì)胞亞型基因進(jìn)行功能分析，證明了該細(xì)胞亞型中的基因在根瘤菌定殖以及調(diào)控根瘤固氮酶活性中扮演重要角色。同時(shí)該研究建立的大豆根瘤單細(xì)胞基因圖譜公共網(wǎng)站(https://zhailab.bio.sustech. edu.cn/single_cell_soybean)，也為后續(xù)該領(lǐng)域的相關(guān)研究提供了重要的數(shù)據(jù)支持?！鐾扑]人：孔凡江