編委推薦

Cell |發(fā)現(xiàn)新型冠狀病毒抑制宿主防御的新機(jī)制

近一年來，新型冠狀病毒SARS-CoV-2在全球肆虐，引起的新冠肺炎已達(dá)3615萬(wàn)例，患者死亡已超過105萬(wàn)例。盡管疫情緊迫，但人們對(duì)SARS-CoV-2的致病機(jī)制仍知之甚少。美國(guó)加州理工大學(xué)Guttman及南加州大學(xué)Majumdar團(tuán)隊(duì)通過綜合研究SARS-CoV-2的病毒蛋白與人類RNA之間的相互作用，發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2可破壞宿主細(xì)胞mRNA的剪接加工、蛋白質(zhì)翻譯及蛋白質(zhì)運(yùn)輸?shù)冗^程，從而抑制宿主防御(2020年10月8日在線發(fā)表，doi: 10.1016/j.cell.2020.10.004)。具體來說，發(fā)生SARS-CoV-2感染后，病毒NSP16蛋白可結(jié)合U1和U2 snRNA的mRNA識(shí)別域，從而在轉(zhuǎn)錄組層面影響宿主細(xì)胞的mRNA剪接加工；病毒NSP1蛋白在核糖體的mRNA進(jìn)入通道中與18S rRNA結(jié)合，從而引起蛋白質(zhì)翻譯的全面抑制；并且，病毒NSP8和NSP9蛋白與信號(hào)識(shí)別顆粒中的7SL RNA結(jié)合，從而干擾蛋白質(zhì)向細(xì)胞膜的運(yùn)輸。這些基本生命活動(dòng)的破壞抑制了細(xì)胞對(duì)病毒感染的干擾素反應(yīng)。該研究揭示了SARS-COV-2通過全面抑制細(xì)胞基本生命過程來拮抗宿主防御的策略。■推薦人：宋旭

Molecular Plant |獨(dú)腳金內(nèi)酯和脫落酸協(xié)同調(diào)控水稻分蘗

獨(dú)腳金內(nèi)酯(strigolactone, SL)是一種新型植物激素，通過抑制側(cè)芽伸長(zhǎng)負(fù)調(diào)控水稻分蘗數(shù)目。脫落酸(abscisic acid, ABA)是另一種重要植物激素，在植物響應(yīng)生物和非生物脅迫過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，同時(shí)能夠抑制種子萌發(fā)以及側(cè)枝生長(zhǎng)。SL和ABA合成均起源于類胡蘿卜素合成途徑，但SL與ABA間是否存在協(xié)同調(diào)控尚不清楚。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士團(tuán)隊(duì)近期研究發(fā)現(xiàn)，SL和ABA分別負(fù)責(zé)在不同部位調(diào)控水稻分蘗，SL主要抑制水稻莖基部分蘗的形成，而ABA對(duì)水稻高節(jié)位分蘗有抑制作用。類胡蘿卜素合成途徑的關(guān)鍵酶15-cis-ζ-carotene isomerase參與了SL和ABA合成的協(xié)同調(diào)控(2020年10月6日在線發(fā)表，doi: 10.1016/j.molp.2020. 10.001)。在水稻生產(chǎn)中，通過曬田等方式促進(jìn)ABA產(chǎn)生，能有效減少高節(jié)位無(wú)效分蘗，提高水稻產(chǎn)量。因此，該研究發(fā)現(xiàn)的SL與ABA合成及信號(hào)途徑緊密偶聯(lián)進(jìn)而協(xié)同調(diào)控水稻分蘗發(fā)育的分子機(jī)制，對(duì)培育高產(chǎn)耐逆水稻具有重要的指導(dǎo)意義?！鐾扑]人：儲(chǔ)成才

Nature | 發(fā)現(xiàn)維持植物根系生長(zhǎng)平衡的關(guān)鍵細(xì)菌

生長(zhǎng)素(auxins)能夠顯著促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)，但尚不清楚植物在自然環(huán)境中如何維持根系的生長(zhǎng)平衡。美國(guó)(北卡羅萊納)大學(xué)的Jeffery Dangl實(shí)驗(yàn)室通過建立植物–微生物–環(huán)境互作模型，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌能夠通過調(diào)節(jié)生長(zhǎng)素的濃度控制植物根系的生長(zhǎng)平衡(2020年9月30日在線發(fā)表，doi:doi.org/10. 1038/s41586-020-2778-7)。用合成菌群接種擬南芥種子，通過觀察菌株定植以及生根情況，將合成菌群分成了4個(gè)模塊。其中模塊C和D顯著抑制根系的生長(zhǎng)，而模塊A能夠消除或減弱這種抑制效果。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在模塊A中的細(xì)菌是維持根系生長(zhǎng)平衡的關(guān)鍵。屬細(xì)菌基因組都存在一個(gè)保守的生長(zhǎng)素降解操縱子(Operon)，該操縱子能夠調(diào)節(jié)生長(zhǎng)素的產(chǎn)生水平，從而維持自然生態(tài)環(huán)境中植物根系生長(zhǎng)平衡。該工作顯示通過微生物調(diào)節(jié)植物根系生長(zhǎng)平衡是改善生態(tài)環(huán)境的良好策略?！鐾扑]人：劉鋼

Nature Biotechnology |發(fā)現(xiàn)prime editor的編輯活性規(guī)律，開發(fā)靶點(diǎn)設(shè)計(jì)工具

作為基因編輯領(lǐng)域突破性的工具，先導(dǎo)編輯(prime editor，PE)可以精確地引入堿基插入、缺失以及12種所有可能的堿基變化。自報(bào)道以來，它的優(yōu)化及應(yīng)用一直備受關(guān)注，然而它在不同靶點(diǎn)、不同物種的靶點(diǎn)效率差異極大。因此，系統(tǒng)地評(píng)價(jià)靶點(diǎn)及pegRNA的序列特性對(duì)PE效率的影響, 找到其編輯規(guī)律，開發(fā)設(shè)計(jì)高效pegRNA的工具對(duì)其廣泛應(yīng)用極其重要。為了解決這個(gè)問題，韓國(guó)延世大學(xué)醫(yī)學(xué)院Hyongbum Henry Kim實(shí)驗(yàn)室通過評(píng)價(jià)54,836靶點(diǎn)及pegRNAs不同設(shè)計(jì)對(duì)編輯活性的影響，找到了設(shè)計(jì)高效靶點(diǎn)的規(guī)律(2020年9月21日在線發(fā)表，doi: 10.1038/s41587-020-0677-y)。首先，發(fā)現(xiàn)pegRNAs的活性與其對(duì)應(yīng)的Cas9中sgRNA活性高度相關(guān)；另外，通過Tree SHAP算法進(jìn)一步對(duì)其他影響PE效率的因素，如PBS中的GC數(shù)量、Tm值等進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估并分級(jí)。發(fā)現(xiàn)編輯效率一般為堿基插入>堿基刪除>堿基替換；編輯類型C-to-T效率最高，T-to-G的效率最低；編輯位置在+5與+6位置(相對(duì)于Cas9切口位置)效率最高，+3效率最低。最后，開發(fā)了用于預(yù)測(cè)pegRNAs效率的網(wǎng)站http://deepcrispr.info/ DeepPE，它可提供pegRNAs的設(shè)計(jì)3個(gè)參數(shù)DeepPE、PE_type 和 PE_position，對(duì)設(shè)計(jì)的pegRNAs進(jìn)行評(píng)分排序，為今后PE的廣泛應(yīng)用提供了幫助?！鐾扑]人：李大力

Science |飲食通過翻譯后修飾腸道菌群蛋白組調(diào)節(jié)腎臟功能

高含硫氨基酸飲食常常被推薦為慢性腎臟疾病(chronic kidney disease, CKD)患者的飲食療法，但其改善腎臟功能的機(jī)制并不完全請(qǐng)楚。美國(guó)哈佛大學(xué)Wendy Garrett 實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)飲食中的硫可以巰基化修飾腸道菌的色氨酸酶，從而抑制吲哚和吲哚酚硫酸鹽的產(chǎn)生，進(jìn)而改善腎臟的功能(2020年9月18日在線發(fā)表，doi: 10.1126/science.abb3763)。通過高含硫氨基酸飲食和低含硫氨基酸飲食的處理，發(fā)現(xiàn)富含硫的飲食可以改善CKD的進(jìn)展，無(wú)菌小鼠的使用證明腸道菌群確實(shí)參與了這一過程。進(jìn)一步通過建立巰基化修飾蛋白組學(xué)，篩選到腸道微生物的色氨酸酶可以被高度巰基化修飾，色氨酸酶是合成尿毒癥毒素成分——吲哚和吲哚酚硫酸鹽的關(guān)鍵酶，對(duì)色氨酸酶的巰基化修飾可以抑制其活性，從而減少尿毒素的生成，改善CKD的進(jìn)展。該工作表明通過調(diào)節(jié)微生物的功能而非組成也是調(diào)節(jié)腸道微生物和宿主相互作用的良好策略?！鐾扑]人：姜長(zhǎng)濤

Cell Research |家雞的中國(guó)和東南亞起源和馴化

家雞是全球人工飼養(yǎng)最多的動(dòng)物，雞肉和雞蛋對(duì)改善人們的營(yíng)養(yǎng)水平起了至關(guān)重要的作用，然而其馴化的時(shí)間和地點(diǎn)在國(guó)際上依然存在很大爭(zhēng)議。中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物所張亞平課題組、吳東東課題組和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所韓建林課題組，通過分析全部5個(gè)紅原雞亞種，以及世界范圍內(nèi)各個(gè)地區(qū)家雞的全基因組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)生活在現(xiàn)中國(guó)西南部和東南亞的人類，早在公元前7500年即已經(jīng)開始馴化紅原雞(2020年6月25日正式發(fā)表，doi: 10.1038/s41422-020-0349-y)。并發(fā)現(xiàn)家雞是由紅原雞的滇南亞種馴化而來。通過研究家雞基因組中受人工選擇作用的基因，發(fā)現(xiàn)大量受選擇的基因與家雞的繁殖行為相關(guān)。該工作顯示了中國(guó)西南和東南亞很可能是家雞的馴化中心?！鐾扑]人：李海鵬

Nature |人類群體基因組結(jié)構(gòu)變異圖譜

不同種族、不同個(gè)體之間的差異不局限于外貌，更源于DNA水平的遺傳多樣性。gnomAD等人群遺傳多樣性數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)收錄了豐富的單核苷酸變異(SNV)數(shù)據(jù)，但是尚缺少對(duì)基因組結(jié)構(gòu)變異(structural variants)的大樣本、高精度解析。近日，美國(guó)Broad研究所基于人群基因組測(cè)序數(shù)據(jù)構(gòu)建了新的人類基因組結(jié)構(gòu)變異圖譜(2020年5月28日發(fā)表，doi:10.1038/s41586-020-2287-8)。這一國(guó)際協(xié)作研究對(duì)源自全球不同人群的14891例個(gè)體基因組測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了433371個(gè)結(jié)構(gòu)變異。其中，3.9%的個(gè)體樣本攜帶有長(zhǎng)度超過1Mb的罕見結(jié)構(gòu)變異。這些大樣本、高精度的結(jié)構(gòu)變異數(shù)據(jù)已經(jīng)被收錄于新版的gnomAD公共數(shù)據(jù)庫(kù)，可用于群體遺傳學(xué)和醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)的基礎(chǔ)研究，也將促進(jìn)結(jié)構(gòu)變異相關(guān)疾病的分子診斷和遺傳篩查。■推薦人：張鋒

Cell |首次鑒定出胰島成體干細(xì)胞

糖尿病主要是胰島β細(xì)胞功能失常導(dǎo)致的胰島素分泌不足引起的，由于缺乏足夠的供體胰島進(jìn)行移植治療，許多患者需要終生使用胰島素維持健康。若可體外培養(yǎng)獲取移植用胰島β細(xì)胞，將給糖尿病患者帶來巨大福音。中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心曾藝課題組通過對(duì)成年小鼠胰島進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，成功找到了胰島中特異表達(dá)Procr的成體干細(xì)胞，這類Procr+細(xì)胞可以在體外培養(yǎng)獲得有功能的胰島類器官(2020年3月19日在線發(fā)表，doi:10.1016/j.cell.2020.02.048)。研究人員通過譜系示蹤發(fā)現(xiàn)這類Procr+細(xì)胞可以在正常生理?xiàng)l件下分化出胰島中所有的細(xì)胞類型，包括Alpha、Beta、Delta和PP 細(xì)胞。同時(shí)，他們通過3D培養(yǎng)體系成功建立了在體外能夠迅速地響應(yīng)糖刺激、分泌胰島素的有功能的胰島類器官。并且，這些胰島類器官移植到糖尿病小鼠體內(nèi)能夠挽救小鼠的糖尿病表型。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均展示了Procr+細(xì)胞的干細(xì)胞性質(zhì)，為未來糖尿病的治療提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。■推薦人：趙冰