編委推薦

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Science | 雜交物種形成導(dǎo)致金絲猴屬的物種與表型多樣性演化

關(guān)于物種與表型多樣性演化的分子機制一直都是進化生物學(xué)領(lǐng)域的核心命題。雜交物種形成，即兩個近緣物種通過雜交而導(dǎo)致一個或多個新物種和新表型快速產(chǎn)生的過程，已被認(rèn)為是植物、昆蟲、魚類以及鳥類中適應(yīng)性輻射類群快速形成的重要機制。然而哺乳動物中的雜交物形成事件及其分子機制卻鮮有報道。云南大學(xué)于黎研究員團隊與四川大學(xué)劉建全教授團隊聚焦于靈長類中的適應(yīng)性輻射類群——金絲猴屬()，通過對該屬所有物種的群體基因組解析，首次揭示并闡明了黔金絲猴的雜交物形成演化歷史及其獨特毛色產(chǎn)生的分子機制(2023年6月2日在線發(fā)表，doi: 10.1126/science. abl4997)。研究發(fā)現(xiàn)黔金絲猴起源自川金絲猴支系與滇/怒江金絲猴祖先支系的古老雜交事件，導(dǎo)致黔金絲猴基因組呈現(xiàn)出明顯的親本遺傳組分混合信號。此外，黔金絲猴通過對細(xì)胞色素化過程相關(guān)基因(如和等)的不同親本基因型進行繼承和分選，最終產(chǎn)生出黑灰色與黃色混合的獨特毛色性狀。黔金絲猴獨特的毛色性狀很可能促進了與親本的合子前生殖隔離，使其能繼續(xù)獨立演化并最終形成新物種。該研究表明雜交物種形成也是哺乳動物輻射類群演化的重要機制，雜交物種形成事件在哺乳動物多樣性演化中的作用被遠(yuǎn)遠(yuǎn)低估，這一發(fā)現(xiàn)為哺乳動物物種與表型多樣性演化提供了新的認(rèn)識?！鐾扑]人：施鵬

Cell | 細(xì)菌的NLR相關(guān)蛋白參與噬菌體免疫

在與噬菌體的“軍備競賽”中，細(xì)菌進化出復(fù)雜的抗噬菌體信號系統(tǒng)。最近，科學(xué)家在對細(xì)菌抗噬菌體信號系統(tǒng)研究中意外發(fā)現(xiàn)：一些細(xì)菌抗噬菌體蛋白與人類免疫系統(tǒng)的核心成分同源。其中一個經(jīng)典例子是基于細(xì)菌環(huán)寡核苷酸的抗噬菌體信號系統(tǒng)(cyclic-oligonucleotide-based antiphage signaling sSystems，CBASSs)，該系統(tǒng)編碼產(chǎn)物與人類cGAS和STING蛋白同源。其他例子包括細(xì)菌Viperins和細(xì)菌Gasdermins蛋白等。這提出了一個有趣的問題：后生動物免疫系統(tǒng)是否起源于細(xì)菌抗噬菌體信號系統(tǒng)？2023年5月8日，美國科羅拉多大學(xué)Aaron T. Whiteley團隊在上發(fā)表題為“Bacterial NLR- related proteins protect against phage”(doi: 10.1016/ j.cell.2023.04.015)的論文。研究人員挖掘細(xì)菌注釋為“免疫基因簇”中的功能未知基因發(fā)現(xiàn)，這些抗噬菌體的免疫基因簇編碼產(chǎn)物含有NACHT 模塊，該模塊廣泛存在于生物免疫相關(guān)蛋白中?！懊庖呋虼亍本幋a的蛋白含有傳感器(sensor)與效應(yīng)器(effector)結(jié)構(gòu)域，用于感應(yīng)噬菌體(DNA或RNA噬菌體)感染并發(fā)揮切割DNA而促進細(xì)胞死亡等效應(yīng)。該研究發(fā)現(xiàn)了一種新型抗噬菌體基因，通過多序列比對、系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建、蛋白結(jié)構(gòu)分析和功能檢測等證明該類基因很可能通過水平轉(zhuǎn)移廣泛分布于整個“生命樹”，且均發(fā)揮關(guān)鍵的固有免疫功能。進一步闡明細(xì)菌NACHT蛋白信號傳導(dǎo)的分子機制有助于認(rèn)識人類NLR，研發(fā)合成生物學(xué)新工具。■推薦人：申慶磊，謝建平

Science | 哺乳動物單堿基精度的進化保守性對遺傳變異和人類疾病的啟迪

全基因組關(guān)聯(lián)分析將數(shù)千種遺傳變異與人類疾病和性狀關(guān)聯(lián)起來，但是僅僅極少數(shù)的變異位點被確定了可能致病或引發(fā)性狀改變。為了解這些遺傳變異的進化演變和功能，2023年4月28日，美國北卡羅來納大學(xué)醫(yī)學(xué)院等機構(gòu)的研究者通過分析單堿基精度的進化保守性探究了遺傳變異與人類疾病的關(guān)系(doi: 10.1126/science.abn2937)。通過分析最近1億年間進化形成的240種胎盤哺乳動物的基因組，發(fā)現(xiàn)人類基因組中大約3.26%的堿基對是進化保守的，并且這些堿基對富集在疾病、藥物靶點以及免疫過程等相關(guān)的基因上。進一步分析發(fā)現(xiàn)在胎盤哺乳動物長期進化過程中保守的位點，一旦在現(xiàn)代人群中存在一定頻率的變異(其頻率≥0.5%)，那么這些變異位點傾向于富集在全基因組關(guān)聯(lián)分析所獲得的候選位點。最后，研究人員還將進化保守性納入到髓母細(xì)胞瘤的變異分析當(dāng)中，確定了新的候選驅(qū)動基因。這一研究表明，通過衡量基因組區(qū)域的進化保守性，有助于揭示許多影響人類健康的重要遺傳變異?！鐾扑]人：張皖豫，李海鵬

Cell | 哺乳動物肌源細(xì)胞融合蛋白假型包膜病毒靶向骨骼肌基因遞送

目前病毒是應(yīng)用最為成熟和廣泛的基因遞送載體，已經(jīng)在遺傳病和腫瘤臨床治療成功應(yīng)用。但是包括病毒在內(nèi)的基因遞送載體只在少數(shù)組織中較為有效，肌肉組織中尚無高效的遞送系統(tǒng)。美國辛辛那提兒童醫(yī)院醫(yī)學(xué)中心分子心血管生物學(xué)部 Douglas P. Millay領(lǐng)導(dǎo)的團隊受到骨骼肌發(fā)育需要祖細(xì)胞之間形成多核肌纖維的膜融合事件啟發(fā)，利用肌肉特異性細(xì)胞融合蛋白Myomeker和Myomorger可以介導(dǎo)肌肉細(xì)胞的細(xì)胞膜融合的特性，設(shè)想將肌肉融合蛋白替代病毒融合蛋白，構(gòu)建含有肌肉融合蛋白的病毒，并將病毒融合到肌肉細(xì)胞中，從而實現(xiàn)外源基因遞送。根據(jù)這個設(shè)想，他們成功實現(xiàn)了含有Myomeker和Myomorger的新型重組慢病毒，在該病毒的包膜上帶有肌肉特異性細(xì)胞融合蛋白，該病毒能夠在離體細(xì)胞水平特異性感染骨骼肌細(xì)胞。在Duchenne肌營養(yǎng)不良小鼠模型中，通過肌肉局部和全身注射含有肌肉融合蛋白的假病毒可以將治療基因 mDystrophin遞送到小鼠肌肉組織中，并能夠減輕其病理狀況，達到有效治療目的(2023年4月18日在線發(fā)表，doi:10.1016/j.cell. 2023.03.033)。該研究為骨骼肌相關(guān)疾病的治療提供了一種新的潛在治療方法和思路。■推薦人：魯伯塤，盧大儒

Immunity | 發(fā)現(xiàn)線蟲的非典型病原體識別機制

機體如何區(qū)分有害微生物和無害微生物對動物的健康至關(guān)重要，但是機體識別有害微生物的機制目前尚未完全了解，尤其是在以細(xì)菌為食物來源的秀麗隱桿線蟲中。來自美國馬薩諸塞大學(xué)的Read Pukkila-Worley團隊通過對致病菌中調(diào)節(jié)毒性的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子進行遺傳篩選，發(fā)現(xiàn)了秀麗隱桿線蟲中的先天免疫反應(yīng)是由致病菌株產(chǎn)生的一種有毒代謝物吩嗪-1-甲酰胺(PCN)觸發(fā)的，確定了核激素受體NHR-86/HNF4是秀麗隱桿線蟲中的PCN感受器(2023年4月11日在線發(fā)表，doi:10.1016/j.immuni. 2023.01.027)，并利用分子動力學(xué)模擬計算PCN與NHR-86的結(jié)合自由能、細(xì)胞熱轉(zhuǎn)移試驗、內(nèi)源性色氨酸熒光淬滅等實驗驗證了PCN直接與NHR-86的配體結(jié)合域LBD結(jié)合。同時還比較了不同的種類中PCN和毒性的關(guān)系，確定了線蟲是特異性通過PCN評估的毒性，而不是其他致病菌?？傮w來說，該研究在線蟲中發(fā)現(xiàn)了一種以細(xì)菌代謝物來監(jiān)測發(fā)病的新機制模式，對在先天免疫途徑中，宿主的免疫活動如何調(diào)節(jié)更新了進一步認(rèn)知，并為未來開發(fā)新的療法提供了新的思路。推薦人：史岸冰

Cell | 從細(xì)胞圖譜到細(xì)胞樹：細(xì)胞整合與注釋的思考

單細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展日新月異，大量的研究利用單細(xì)胞的分子特性(如轉(zhuǎn)錄組)對細(xì)胞進行聚類和注釋，以理解不同細(xì)胞發(fā)育及功能的異同與調(diào)控，并產(chǎn)生了琳瑯滿目的“主觀”、“任性”和“離散式”的細(xì)胞分類圖譜。也許研究人員是時候自省，需要繼續(xù)無止境地產(chǎn)生五花八門的細(xì)胞分類“參考圖譜”？還是應(yīng)當(dāng)建立一種統(tǒng)一、普適、可整合、可拓展的細(xì)胞注釋系統(tǒng)，更理性地定義和命名細(xì)胞類群/類型？2023年3月16日，美國華盛頓大學(xué)基因組科學(xué)系Jay Shendure團隊在雜志的前沿視角專欄(doi: 10.1016/j.cell.2023.02.016)提出了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的、基于樹形結(jié)構(gòu)的細(xì)胞歸并和注釋系統(tǒng)。作者提議構(gòu)建一個“一致性個體發(fā)生系統(tǒng)”(consensus ontogeny)用于歸并細(xì)胞，以細(xì)胞的分子和發(fā)育特征為首要分類原則，結(jié)合多個發(fā)育階段的譜系追蹤、單細(xì)胞多組學(xué)數(shù)據(jù)及計算推斷，構(gòu)建一個主干穩(wěn)定、涵括細(xì)胞發(fā)育歷史和關(guān)聯(lián)、跨越特定物種個體發(fā)育全生命周期的一致性細(xì)胞樹。分子狀態(tài)和譜系歷史相似的細(xì)胞亞群構(gòu)成樹的某一區(qū)段或分支，每個分支段可展示豐富、連續(xù)、異質(zhì)性的分子和調(diào)控信息。在此基礎(chǔ)上，推薦利用細(xì)胞常規(guī)的功能、發(fā)育起源、調(diào)控狀態(tài)或關(guān)鍵因子等信息命名細(xì)胞。上述策略提供了一個細(xì)胞類型的歸并、關(guān)聯(lián)、定義及命名框架，有助于單細(xì)胞生物學(xué)信息的精準(zhǔn)傳播、整合與持續(xù)發(fā)展。我們認(rèn)為，無論該文提出的觀點是應(yīng)當(dāng)被批判、追隨、或改進，都應(yīng)引發(fā)人們思考單細(xì)胞生物學(xué)研究的現(xiàn)狀與未來?！鐾扑]人：楊淼泠，杜茁