編委推薦

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Nature | 基于BR和GA激素平衡實現(xiàn)半矮稈小麥產(chǎn)量的提升

以半矮稈品種選育和利用為主要特征的“綠色革命”為解決世界糧食問題做出了重要貢獻。在小麥中“綠色革命”的誕生在遺傳上則主要歸功于依賴于赤霉素信號途徑的矮稈基因或的發(fā)現(xiàn)和利用。但后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，或在降低小麥株高的同時，對其粒重和氮素利用效率均具有不同程度的負效應(yīng)，限制了“綠色革命”之后小麥單產(chǎn)水平的進一步提升。近日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院小麥研究中心基于正向遺傳學(xué)研究策略，在小麥4B染色體短臂上鑒定到一個約500 kb的大片段缺失等位變異，該區(qū)段含有一個在降低小麥株高同時可協(xié)同提升小麥產(chǎn)量和氮素利用效率的新位點(2023年4月26日在線發(fā)表，doi: 10.1038/s41586- 023-06023-6)。該大片段缺失中含有和三個緊密連鎖的基因，缺失型等位變異命名為。與野生型相比，導(dǎo)致半矮桿表型外，其莖稈強度、耐密性、收獲指數(shù)、千粒重和產(chǎn)量等有顯著提升，在群體水平下缺失單倍型可使小麥增產(chǎn)10%左右。-編碼一個含有RING結(jié)構(gòu)域的E3泛素連接酶，通過26S蛋白酶體途徑特異性地介導(dǎo)油菜素內(nèi)酯(BR)信號的負調(diào)控因子TaBKI1在質(zhì)膜上的降解。ZnF功能喪失則導(dǎo)致TaBKI1蛋白在質(zhì)膜上的過量積累而使得BR信號通路受阻，進而表現(xiàn)出矮稈表型。進一步研究表明，缺失株高和產(chǎn)量等均顯著增加，但是的缺失沒有明顯的表型變化，說明單倍型的表型效應(yīng)與/的缺失有關(guān)。通過標記輔助選擇策略，選育出4個含有缺失單倍型的高產(chǎn)、半矮稈小麥苗頭品系，在群體條件下的產(chǎn)量較主栽品種高產(chǎn)品種良星99增產(chǎn)6.5%～15.2%。綜上，利用單倍型實現(xiàn)了赤霉素和油菜素內(nèi)酯平衡，為培育出矮桿抗倒、高產(chǎn)和氮高效小麥品種提供了新途徑?！鐾扑]人：宿振起

Cell | 發(fā)現(xiàn)DNA力學(xué)性能中柔性在抗體基因體細胞超突變中的功能

作為體液免疫的分子基礎(chǔ)，抗體基因DNA需要經(jīng)歷胞苷脫氨酶AID(activation-induced cytidine deaminase)起始的超突變過程，從而表達抗原特異的高親和力抗體。胞苷脫氨酶AID如何偏好性作用于抗體基因外顯子中互補決定區(qū)(complementarity- determining region，CDR)的編碼DNA并不清楚。中國科學(xué)院分子細胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心孟飛龍實驗室和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院上海市免疫學(xué)研究所葉菱秀實驗室，在合作團隊的支持下通過研究CDR偏好性超突變生化機制，發(fā)現(xiàn)了抗體基因編碼DNA序列柔性的重要生理作用(2023年4月24日在線發(fā)表，doi:10.1016/j.cell.2023.03.030)?？贵w基因CDR編碼區(qū)因為富含嘧啶-嘧啶堿基序列而具有較高的柔性，更容易與AID表面正電荷片區(qū)結(jié)合，引起CDR編碼區(qū)的超高突變。這一機制在人類、猴子、小鼠、羊駝、兔子、狗甚至是鴨嘴獸中都普遍存在。將柔性序列插入小鼠抗體基因中，可以人工制造新的突變熱點。這項研究為DNA大分子力學(xué)性能調(diào)控細胞生命活動提供了有力的實證，揭示了編碼氨基酸密碼子的非編碼功能，可為下一代抗體基因人源化動物模型的設(shè)計提供底層理論。■推薦人：張雷

Nature | 衰老相關(guān)的Pol II延伸速度變化影響壽命

衰老對于人類而言是一個永恒的話題。衰老會損害廣泛的細胞過程，其中許多過程會影響蛋白質(zhì)的合成。其中，轉(zhuǎn)錄調(diào)控是影響蛋白質(zhì)表達水平的重要環(huán)節(jié)。由于pre-mRNA加工步驟(如剪接、編輯和3′端形成)的共轉(zhuǎn)錄性質(zhì)，轉(zhuǎn)錄延伸對mRNA的正確合成至關(guān)重要。轉(zhuǎn)錄延伸的失調(diào)會導(dǎo)致錯誤轉(zhuǎn)錄物的形成，進而導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生。在衰老過程中，動物轉(zhuǎn)錄組經(jīng)歷了廣泛的重塑，轉(zhuǎn)錄物的表達發(fā)生了大規(guī)模變化，涉及信號傳導(dǎo)、DNA損傷修復(fù)、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)、免疫應(yīng)答和干細胞可塑性等。此外，一些研究還發(fā)現(xiàn)，與衰老相關(guān)的遺傳變異和基因表達錯誤的發(fā)生概率會隨年齡的增加而增加。然而，目前尚不清楚轉(zhuǎn)錄過程本身是否或多大程度上影響衰老。近日，德國科隆大學(xué)、馬克斯普朗克衰老生物學(xué)研究所的研究團隊首次報道了RNA聚合酶II (Pol II)的延伸速度在衰老過程中的重要作用(2023年4月12日在線發(fā)表，doi: 10.1038/s41586-023- 05922-y)。隨著年齡的增長，基因的轉(zhuǎn)錄速度增加，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄保真度喪失，從而影響基因產(chǎn)物的質(zhì)量。然而，限制飲食和抑制胰島素信號可以逆轉(zhuǎn)大部分與衰老相關(guān)的變化，減緩基因的轉(zhuǎn)錄速度。該研究團隊分析了線蟲、果蠅、小鼠、大鼠和人類的轉(zhuǎn)錄過程中與衰老相關(guān)的全基因組變化。研究發(fā)現(xiàn)這5個物種中，Pol II伸長速度隨著年齡的增長而增加，在延長線蟲、果蠅和小鼠壽命的條件下Pol II延伸速度降低。研究人員在果蠅和蠕蟲體內(nèi)的Pol II蛋白上，利用基因編輯技術(shù)對Pol II突變改造，使得突變后的Pol II轉(zhuǎn)錄速度減緩。他們發(fā)現(xiàn)帶有這些突變的動物壽命較對照組增加了10%～20%。類似地，通過過表達組蛋白成分降低Pol II的速度，以對抗與年齡相關(guān)的核小體定位變化，也延長了果蠅的壽命以及人類肺細胞和臍靜脈細胞的分裂潛力?？偠灾?，該項研究揭示了Pol II的延伸速度對壽命的重要影響，表明Pol II可能是開發(fā)減緩甚至逆轉(zhuǎn)衰老藥物的潛在靶點。■推薦人：許鑫璘，李珊珊

Cell | 耦聯(lián)翻譯的核糖體影響細菌轉(zhuǎn)錄——犧牲精度以提高速度

為了滿足快速生長的需要，原核生物的核糖體通常會結(jié)合到仍處于轉(zhuǎn)錄中的mRNA上開始翻譯過程。這一機制極大提高蛋白合成效率但同時也存在影響轉(zhuǎn)錄的可能。近日，美國加州大學(xué)伯克利分校Carlos J. Bustamante團隊和勞倫斯國家實驗室的Eva Nogales等報道了利用人工構(gòu)建的大腸桿菌轉(zhuǎn)錄翻譯耦聯(lián)系統(tǒng)對此問題的研究成果(2023年3月16日發(fā)表，doi: 10.1016/j.cell.2023.02.008)，發(fā)現(xiàn)翻譯中的核糖體不但可以有效防止RNA聚合酶的停頓和轉(zhuǎn)錄終止，而且能夠成倍提高轉(zhuǎn)錄的速率。基于大腸桿菌元件，該項研究構(gòu)建了能夠在mRNA水平上形成特定結(jié)構(gòu)特征的無細胞轉(zhuǎn)錄翻譯系統(tǒng)，通過測量與核糖體耦聯(lián)的單個RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄的速率和準確度，比較得出耦聯(lián)核糖體促進聚合酶轉(zhuǎn)錄效率的結(jié)果，且揭示整個體系的運轉(zhuǎn)完全依賴于蛋白和核酸的作用力，無需額外輔助。研究人員還利用冷凍電鏡觀察了聚合酶轉(zhuǎn)錄含有末端錯配序列時耦聯(lián)核糖體的作用，發(fā)現(xiàn)偶聯(lián)核糖體能夠引導(dǎo)聚合酶變構(gòu)，從而可以通過錯配序列?；诖?，研究者指出對細菌而言聚合酶在轉(zhuǎn)錄過程中的停頓構(gòu)成嚴重生存威脅，需要耦聯(lián)的核糖體才能夠得以解除。■推薦人：高海春

Science | 提出利用動物抗體人工設(shè)計NLR蛋白用于提高植物免疫的新策略

植物固有免疫由于其識別專一性，常常不能迅速變化以識別多變的病原物效應(yīng)蛋白。而由動物適應(yīng)性免疫系統(tǒng)所產(chǎn)生的抗體卻可以針對病原體做出快速且特異的響應(yīng)。英國東英吉利大學(xué)塞恩斯伯里實驗室 Sophien Kamoun團隊在發(fā)表題為NLR immune receptor–nanobody fusions confer plant disease resistance的研究性論文。研究者提出通過駝類動物免疫體系純化抗體，人工設(shè)計植物免疫蛋白，從而賦予植物一種基于動物抗體的病原物特異性防御(2023年3月2日在線發(fā)表，doi:10.1126/science. abn4116)。該研究利用前人報道的可識別熒光蛋白GFP和mCherry的納米抗體替換到水稻免疫受體NLR蛋白(Pikm)的整合結(jié)構(gòu)域上，從而人工設(shè)計出新的免疫受體Pikobody。在煙草體系中共表達攜帶GFP或mCherry的馬鈴薯病毒載體及識別相應(yīng)熒光蛋白的Pikobody能夠引發(fā)細胞死亡，從而抑制病毒增殖數(shù)量。多個Pikobody共表達還能夠增加蛋白的識別范圍。這項工作揭示了人工設(shè)計免疫受體有潛力成為一個快速且特異性的抗病蟲策略?！鐾扑]人：程航遠，魯非

Science | 人類卵母細胞非中心體紡錘體組裝的新機制

紡錘體的正確組裝是生殖細胞確保染色體的正確分離，減數(shù)分裂順利進行的重要事件。體細胞的紡錘體組裝一般由中心體介導(dǎo)，而人卵母細胞一直認為不存在中心粒微管組織中心aMTOCs，那么人類卵母細胞紡錘體究竟是如何形成的？這一科學(xué)問題的答案尚未可知。2022年11月18日，復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院王磊團隊等在雜志上發(fā)文揭示了人類卵母細胞非中心體紡錘體組裝的機制，人卵母細胞中存在獨特全新的微管組織中心huoMTOC (human oocyte microtubule organizing center)，形成于卵母細胞皮質(zhì)區(qū)，最后在動粒附近起始紡錘體微管處聚集和生長(doi: 10.1126/science. abq7361)。在MI人卵母細胞中，有4個蛋白CCP110、CKAP5、DISC1和TACC3蛋白同時定位huoMTOC。此后，他們在1400余名卵母細胞成熟障礙患者的全外顯子測序數(shù)據(jù)中進行突變篩查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩位患者攜帶TACC3的復(fù)雜合致病突變，且GV期huoMTOC結(jié)構(gòu)均被破壞，MI期卵母細胞中無紡錘體形成。該研究從生理病理角度揭示了人卵母細胞紡錘體組裝新機制。■推薦人：廖凱，盧大儒