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[学术文献 ] 德国衰老生物学研究所揭示核苷酸代谢失衡致细胞衰老机制 进入全文
Nature
2025年9月24日，来自德国马克斯·普朗克衰老生物学研究所、哥德堡大学、剑桥大学等多个机构的Thomas Langer研究团队在《Nature》杂志发表题为《Ribonucleotide incorporation into mitochondrial DNA drives inflammation》的研究论文。该研究揭示了核苷酸代谢失衡导致核糖核苷酸错误掺入线粒体DNA，进而引发线粒体DNA释放至胞质、激活cGAS–STING通路并促进炎症反应的分子机制。研究人员发现，在缺乏线粒体核酸外切酶MGME1的小鼠肾脏中，随着年龄增长，dNTP水平下降，rNTP/dNTP比率升高，导致mtDNA中核糖核苷酸掺入增加，mtDNA稳定性下降，片段化并释放至胞质，激活cGAS–STING依赖的干扰素刺激基因表达和肾脏炎症。类似现象也出现在YME1L缺陷细胞、化疗药物处理细胞以及衰老细胞中。研究进一步证实，在衰老细胞中，细胞周期停滞导致RRM2表达下降，dNTP合成减少，rNTP掺入mtDNA增加，驱动衰老相关分泌表型的形成，而外源性补充脱氧核苷酸可逆转这一过程。此外，老年小鼠多个组织中均检测到mtDNA核糖核苷酸含量升高。该研究揭示了mtDNA对核苷酸代谢失衡的高度敏感性，阐明了其在年龄相关炎症、细胞衰老及疾病中的作用机制。
[学术文献 ] 多国联合揭示大麦驯化并非“单一起源” 进入全文
Nature
2025年9月24日，来自德国、以色列、美国、瑞士等多国研究团队在《Nature》杂志发表题为《A haplotype-based evolutionary history of barley domestication》的研究论文。该研究通过单倍型分析方法重建了大麦的驯化历史，基于682份基因库样本和23份古代样本的全基因组数据，揭示了大麦驯化并非单一起源，而是由多个野生种群共同贡献的“马赛克”基因组结构。研究将野生大麦分为五个地理种群（南部黎凡特、北部黎凡特、叙利亚沙漠、北部美索不达米亚和中亚），并发现驯化大麦中约55.9%的单倍型可在野生样本中找到对应，且不同野生种群对驯化大麦的贡献比例各异。关键驯化基因（如Btr1/Btr2、Vrs1和Nud）的单倍型起源分散，支持多中心驯化模型。古代DNA分析证实了现代大麦的单倍型结构在数千年前已形成，并揭示了驯化后基因流动的影响。研究还指出，大麦种群间高度的单倍型分化给适应性位点定位带来挑战，强调未来育种研究需考虑这种复杂的基因组遗产。
[学术文献 ] 法国多家机构发现植物跨代遗传新机制 进入全文
Science
2025年9月18日，Science在线发表了来自法国多家科研机构（通讯作者为Vincent Colot）题为“Transposable elements are vectors of recurrent transgenerational epigenetic inheritance”的研究论文。该研究揭示了在模式植物拟南芥中，由同源转座子产生的小RNA是制约转座子低甲基化状态跨代稳定遗传的关键因素，并发现自然界中存在大量此类可遗传的表观等位基因（epialleles）。这项研究意义重大，它首次系统地揭示了植物中转座子介导的表观遗传继承（TEI）的分子决定因素及其广泛性，证实了表观遗传变异是自然群体中可遗传表型变异的一个重要来源。转座子（TEs）通常被DNA甲基化所沉默。在植物中，这种沉默状态的丧失（低甲基化）不仅可能激活转座子，还能影响邻近基因的表达，并且由于植物在繁殖过程中不会完全重置DNA甲基化，这种变异可以独立于DNA序列变化而遗传给后代，形成表观等位基因。此前的研究已发现少数人工诱导的表观等位基因能对开花时间等重要性状产生巨大影响，但人们对这类表观遗传继承在自然界中如何发生、有多普遍以及其生物学意义知之甚少。该研究首先通过分析120个表观重组自交系（epiRILs）的甲基化组数据，发现绝大多数由ddm1突变诱导的转座子低甲基化区域（TE-DMRs）在后代中会发生不同程度地向高甲基化状态的“逆转”，但其逆转频率存在巨大差异。然后，研究者进一步通过小RNA测序分析发现，这种逆转是由RNA介导的DNA甲基化（RdDM）途径驱动的，并且起主要作用的是能匹配多个基因组位点的“多重比对”小RNA（而非唯一比对的小RNA），它们来源于基因组中其他未发生甲基化缺失的同源转座子拷贝。最终，通过数量性状表观位点（QTLepi）作图，研究证实了这些在“反式”起作用的同源转座子基因座是驱动家族范围内表观状态逆转的主要遗传因子，说明了一个由小RNA介导的、广泛的表观监视机制的存在。
[学术文献 ] 美国佐治亚大学和四川农业大学合作揭示跨物种单细胞染色质可及性图谱揭示草类植物顺式调控元件的进化机制 进入全文
Nature Plants
2025年9月17日，美国佐治亚大学Robert J. Schmitz教授和四川农业大学草业科技学院严海东教授领衔的国际研究团队，在Nature Plants上发表题为《A single-cell rice atlas integrates multi-species data to reveal cis-regulatory evolution》的研究论文。本研究整合了水稻、玉米、高粱、野糜子和尾稃草属植物五种禾本科植物叶片的单细胞ATAC-seq数据，描绘了草类植物细胞类型特异性CREs的进化格局。结果表明，约15–35%的开放染色质区域（ACRs）具有细胞类型特异性，但其中仅有极少数在物种间完全保守，大部分呈现出高度的物种特异性。尤其是表皮细胞的ACRs进化速率最快，与表皮相关的基因如角质层形成基因显著富集于物种特异性ACRs附近，提示其在环境适应中发挥关键作用。转录因子motif分析揭示了HDG、WRKY、HD-ZIP等在表皮细胞中的保守调控模式，同时发现DOF家族在C4植物维管束鞘细胞中的特异性富集，反映了其在光合途径进化中的功能关联。此外，研究发现大量ACRs与保守非编码序列和H3K27me3修饰区域显著重叠，鉴定出一类富含Polycomb响应元件的“沉默子”调控区。功能验证表明，这些元件可通过H3K27me3介导的转录抑制精细调控基因表达。整体而言，该研究揭示了禾本科植物调控元件在不同层次上的保守性与可塑性，提出了细胞类型特异性CREs快速进化和功能切换的模式，并鉴定了潜在的“沉默子”元件，为理解植物表观调控进化机制提供了新视角，也为分子设计育种和基因编辑提供了重要的理论依据与靶点。
[学术文献 ] 康奈尔大学揭示苹果果实酸度与色泽协同调控的新分子机制 进入全文
Plant Biotechnology Journal
2025年9月16日《Plant Biotechnology Journal》杂志在线发表了由美国康奈尔大学程来亮教授课题组完成的“Overexpression of a Tonoplast Malate Transporter Gene Leads to Enhanced Anthocyanin Biosynthesis in Apple”研究论文。该工作系统的解析了，在苹果中过量表达液泡膜苹果酸转运蛋白基因Ma1的编码序列会通过反馈抑制机制下调转录因子MdMYB73的表达。MdMYB73不仅能正向调控果实酸度相关基因（如Ma1），其下调同时解除了其对花青素合成最后一步关键酶基因MdUFGT的转录抑制。此外，MdMYB73与花青素正向调控因子MdMYB1竞争性结合MdUFGT启动子上的相同MYB位点。因此，cMa1-OE通过降低MdMYB73水平，间接促进MdUFGT表达及MdMYB1的结合效率，最终显著增强果皮花青素生物合成，揭示了果实酸度与色泽协同调控的新分子机制。1.过表达cMa1增加苹果果皮中花青素的生物合成研究者通过在‘皇家嘎啦’苹果中稳定过表达Ma1基因编码序列（cMa1-OE），在转基因株系L6、L14和L16果实中观察到果皮红色的深度和着色范围显著高于野生型，初步表明cMa1-OE可能促进花青素生物合成。为进一步验证，研究团队在果实着色关键发育阶段（采收前50天、25天、10天及采收时）系统取样分析，发现cMa1-OE系果实果皮中的花青素含量在各时期均显著高于野生型，且采收时红色果面占比更大。为明确Ma1不同转录本的功能，研究者利用对光敏感的品种‘Zestar’苹果进行瞬时表达实验。结果表明，过表达Ma1α、Ma1β或基因组Ma1（gMa1）均显著促进果皮红色和花青素积累，而RNA干扰抑制Ma1则出现相反表型。同时，基因表达分析发现过表达Ma1可特异性上调花青素通路下游关键基因MdUFGT、MdDFR和MdANS的表达，抑制Ma1则下调这些基因，但上游基因MdCHS、MdCHI和MdF3H未受影响，说明Ma1通过调控花青素合成下游路径影响色泽。2.MdMYB73负调控苹果皮花青素生物合成研究者为阐明Ma1过表达促进花青素合成的分子机制，首先分析了花青素生物合成通路中多个关键结构基因在果实发育过程中的表达模式。他们发现，在cMa1-OE株系中，MdDFR、MdANS和MdUFGT等下游基因在采收期仍保持显著高表达，同时关键转录激活因子MdMYB1的表达也明显上调。值得注意的是，研究团队发现Ma1的已知上游调控因子MdMYB73在cMa1-OE果实中的表达显著下调，这表明其中可能存在反馈调控回路。通过瞬时过表达和RNAi实验，研究者证实Ma1与MdMYB73表达水平呈负相关。基于花青素积累与MdMYB73表达呈负相关的关系，研究团队推测MdMYB73可能作为花青素合成的抑制因子。为验证这一假设，他们构建了MdMYB73-RNAi稳定转化株系（Z3、Z7、Z8），并观察到抑制MdMYB73不仅降低了其自身和Ma1的表达，还特异性上调了花青素下游基因MdDFR、MdANS和MdUFGT的表达，最终导致果皮花青素含量显著增加。研究团队进一步通过VIGS和病毒介导的基因表达技术验证了MdMYB73的功能，发现抑制MdMYB73能促进花青素合成，而过表达则抑制花青素积累。这些结果一致证实MdMYB73是花青素生物合成的关键负调控因子。3. MdMYB73结合MdUFGT启动子并抑制其表达研究者为探究MdMYB73是否通过直接调控MdUFGT影响花青素合成，首先通过生物信息学分析在其启动子区鉴定出7个潜在MYB结合位点（U1-U7）。随后通过酵母单杂交实验证实MdMYB73能够与MdUFGT启动子特异性结合。为验证体内结合情况，研究者利用ChIP-PCR技术，在表达MdMYB73-GFP的苹果愈伤组织中检测到MdUFGT启动子中四个关键区域（U1+U2、U3+U4、U5+U6及U7）均出现显著富集。进一步通过EMSA实验，研究者证实MdMYB73能够与所有7个MYB位点特异性结合，且该结合可被未标记冷探针竞争性抑制。为明确转录调控方向，研究团队在本氏烟草叶片中进行双荧光素酶报告基因实验，发现MdMYB73显著抑制MdUFGT启动子活性。上述体内外实验一致证明MdMYB73通过直接结合MdUFGT启动子并抑制其转录。此外，通过ChIP-PCR分析，研究者排除了MdMYB73直接调控MdDFR和MdANS的可能性，表明其对花青素通路的调控具有基因特异性。4. MdMYB73通过抑制MdUFGT表达负调控苹果花青素合成研究者为验证MdMYB73是否通过调控MdUFGT表达来影响花青素合成，在采收期‘Zestar’苹果果皮中进行了VIGS实验。研究团队将携带RNAi-MdMYB73和RNAi-MdUFGT载体的农杆菌单独或共同浸润果皮，并以空载载体作为对照。实验结果表明，抑制MdMYB73表达可促进花青素积累与果皮红化，而抑制MdUFGT则显著抑制红色着色；更重要的是，共抑制MdUFGT完全阻断了MdMYB73-RNAi所引发的增色效应。RT-qPCR分析显示，MdMYB73-RNAi不仅降低其自身及Ma1的表达，还显著上调MdUFGT转录水平；而当MdUFGT被同时抑制时，该上调效应被消除。这些结果证明MdUFGT是MdMYB73的直接下游靶标，MdMYB73通过抑制MdUFGT表达负调控花青素合成。研究者还发现MdMYB1表达在MdMYB73抑制时上升、在MdUFGT抑制时下降，且在MdUFGT过表达时增强，表明MdMYB1可能受MdUFGT反馈调控，而Ma1的表达不受MdUFGT影响。
[学术文献 ] 美国杜克大学揭示转座元件作为机械响应增强子调控人类胚胎干细胞机制 进入全文
Nature Cell Biology
2025年9月17日，来自美国杜克大学医学中心细胞生物学系的Yarui Diao研究团队在《Nature Cell Biology》发表了题为“A subset of transposable elements as mechano-response enhancer elements in controlling human embryonic stem cell fate”的研究论文，该研究首次揭示了转座元件（TEs）作为机械响应增强子元件（MREEs）在人类胚胎干细胞（hESCs）命运决定中的关键作用。研究人员发现，多种TE家族（尤其是LTR7）在响应基质机械硬度变化时，其转录组、表观遗传状态和三维基因组结构均发生显著改变。在硬基质条件下，机械感应效应因子YAP/TEAD1被激活并进入细胞核，通过与BRD4和CTCF的相互作用，调控LTR7的表观遗传活性和其与远端基因启动子之间的染色质环化作用，从而增强目标基因表达。特别地，研究鉴定出一个名为FAM-LTR7的元件作为FAM189A2基因的远端增强子，其激活可抑制hESCs向定型内胚层（DE）分化，而在软基质或YAP缺失条件下，该增强子沉默，促进DE分化。此外，研究还发现YAP与CTCF之间存在物理相互作用，并共同调控TE与基因之间的远程染色质互作。这一机制不仅在hESCs中存在，在卵巢癌和乳腺癌细胞中同样观察到TE家族（如HERVH-int）对机械硬度的响应，表明机械调控TE活性是一种跨细胞类型和生物背景的普遍机制。该研究填补了机械信号如何通过非编码基因组元件调控基因表达和细胞命运的空白，为理解机械生物学在发育和疾病中的作用提供了新视角，并为针对机械敏感元件的治疗策略提供了潜在靶点。
