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[学术文献 ] 河北大学公布全球首个燕麦多组学数据库 进入全文
Molecular Plant
2025年1月8日，河北大学杜会龙教授团队在国际权威期刊Molecular Plant上在线发表了题为A gap-free complete genome assembly of oat and OatOmics, a multi-omics database 的论文，公布了全球首个超过10 Gb的T2T（端粒到端粒）无间隙栽培六倍体燕麦的参考基因组，并整合基因组、群体变异组、转录组、表型组、重要农艺性状相关基因等信息建立了全球首个燕麦多组学综合数据库OatOmics，为燕麦功能基因组学等基础研究和分子育种等应用研究提供了全面的共享平台。燕麦（Avena sativa L.）是全球重要的优质饲草和粮食作物，因其营养价值与广泛用途备受关注。在“大食物观”背景下，燕麦在粮食安全与农业可持续发展中地位显著提升。然而，燕麦基因组研究面临重大挑战，其基因组超大（>10 Gb）、高重复和异源多倍体等特性导致解析难度极高。基于传统技术的组装结果普遍存在断裂与覆盖不足的问题。同时，尽管燕麦种质资源丰富，但群体水平的基因型、表型、多组学数据及数据库缺乏，极大地限制了燕麦功能基因组学研究和分子设计育种的推进。特别是，关键农艺性状的功能基因研究基础薄弱，使得高产、优质、抗病、耐逆等性状的改良难以实现规模化应用。新一代基因组学技术的进步，为燕麦完整基因组解析和高质量参考序列构建提供了新希望，而结合多组学数据的整合分析，有望系统地揭示燕麦关键功能基因及调控机制，加速分燕麦子辅助设计育种的实现。这不仅将推动燕麦在农业体系中的广泛应用，也为应对粮食安全和气候变化挑战提供了重要科学支撑。研究团队综合运用PacBio HiFi、ONT、Illumina和Hi-C等测序技术，成功构建了栽培燕麦完整的基因组图谱，其大小达10.99 Gb，该组装结果覆盖了所有21个着丝粒和42个端粒区域。后续质量评估显示，该基因组组装具有高连续性、完整性和准确性。该基因组组装不仅弥补了先前组装的空白，而且为揭示燕麦基因组的“暗物质”区域的进化和功能提供了前所未有的机会。在无间隙燕麦基因组组装基础上，研究者们可以更精确地定位和解析基因组中的功能性基因区域，包括与农艺性状相关的基因，为后续的基因功能研究和育种工作提供了坚实的基础。这一突破性的成果不仅为燕麦基因组学研究开辟了新天地，也为其他类似大规模、复杂基因组的组装提供了宝贵的参考。
[学术文献 ] 加州大学旧金山分校构建人类新皮层发育单细胞多组学图谱 进入全文
Nature
2025年1月8号，加州大学旧金山分校（UCSF）的Arnold Kriegstein研究组在Nature杂志发表了题为Molecular and cellular dynamics of the developing human neocortex的研究论文（王力博士[共同通讯]和王诚博士为文章的共同第一作者）。这项研究利用单细胞基因组和空间转录组技术，构建了一个涵盖多个年龄段和大脑区域的人类新皮层发育单细胞多组学图谱。通过在单细胞核水平上进行RNA-seq和ATAC-seq的同步分析，研究团队深入解析了新皮层发育过程中基因表达和染色质状态的协同变化。另外，空间转录组分析进一步确立了组织区域和细胞间通讯。基于这些丰富的数据，研究探索了人类新皮层发育的分子和细胞动态，发现了新的多潜能中间前体细胞及其细胞轨迹，并阐明了脑癌和其他脑疾病的潜在机制。
[学术文献 ] 哥伦比亚大学提出转录基础模型有助深入理解基因调控机制 进入全文
Nature
2025年1月8日，哥伦比亚大学Raul Rabadan、傅熙，卡内基美隆大学Eric P. Xing和清华大学的研究人员合作在Nature发表题为“A foundation model of transcription across human cell types”研究论文，文章介绍了一个名为GET（general expression transformer）的可解释基础模型，旨在揭示人类213种胎儿和成体细胞类型中的调控语法。GET仅依赖于染色质可及性数据和序列信息，就能以实验级别的准确性预测基因表达，即使在之前未见过的细胞类型中也能做到。GET在新的测序平台和实验方法上表现出色，能够跨广泛的细胞类型和条件进行调控推断，并揭示了普遍和细胞类型特异性的转录因子相互作用网络。在胎儿红细胞中，GET识别出了之前模型遗漏的远距离（超过1Mbp）调控区域，而在B细胞中，它识别出了一种淋巴细胞特异性的转录因子-转录因子相互作用，解释了一个导致白血病风险增加的生殖系突变的功能意义。总的来说，GET提供了一个具有泛化性和准确性的转录模型，以及具有细胞类型特异性的基因调控和转录因子相互作用的目录。
[学术文献 ] 德国马普研究所通过嫁接获得CRISPR编辑的植物 进入全文
Nature Biotechnology
2025年1月2日，Nature Biotechnology杂志在线发表了来自德国马普研究所Friedrich Kragler课题组题为“Heritable transgene-free genome editing in plants by grafting of wild-type shoots to transgenic donor rootstocks”的研究论文。该研究介绍了一种CRISPR递送方法，该方法使用砧木嫁接将移动CRISPR RNA从转基因供体植物转移到兼容的野生型受体植物，从而能够在第一代育种中创建无转基因的纯合的编辑植物。由于基因组学研究和基因改造新工具的成熟，植物工程和育种正在进入一个快速发展的时代.这些工具中最重要的是CRISPR基因组编辑，它可以实现精确的遗传变化以改善作物表型。目前，将CRISPR酶和引导RNA递送到植物中的最常见方法依赖于质粒和农杆菌介导的转化或电子枪。这些方法需要耗时且复杂的植物组织培养和再生过程，以及广泛的杂交以去除CRISPR转基因。去除CRISPR组分通常是必要的，因为它们的长时间表达可能会导致不良的脱靶效应，并引起世界各国的监管问题。生产无转基因基因组编辑植物的更直接方法是以mRNA或核糖核蛋白复合物的形式递送CRISPR组分。使用mRNA或核糖核蛋白生物递送的基因组编辑幼苗的生成已在小麦和玉米中得到证实。尽管这些方法避免了从编辑过的植物中去除CRISPR DNA的需要，但它们仍然需要长时间的组织培养，并且仍然难以将它们应用于许多抵抗遗传转化和再生的物种，包括豆科植物（如大豆）和大多数果树。少数研究成功地免除了冗长的植物组织培养。通过将基因组编辑试剂和发育调节因子的组合递送到本氏烟草体细胞中，已经产生了编辑的幼苗，但生成的突变体仍然是转基因的。另一种无培养方法——生物轰击介导的将CRISPR核糖核蛋白直接递送到枝尖分生组织中——产生了无转基因基因组编辑的小麦。不幸的是，这些嵌合植物的遗传编辑是不可遗传的。HI-Edit方法还能够在小麦，玉米和拟南芥中产生无转基因基因组编辑，但需要单倍体诱导系。最近，植物RNA病毒被用于将CRISPR试剂递送到植物体内种系细胞中，无需组织培养即可产生无转基因基因组编辑的植物;然而，由于病毒包装能力小或无法转导分生细胞，这种方法受到严重限制。该研究在很大程度上克服了这些困难。他们的方法使用表达移动CRISPR RNA的转基因砧木，在其上移植接收移动RNA的兼容野生型植物。首先，研究产生了稳定的转基因拟南芥植物，表达Cas9 mRNA和gRNA融合到促进长距离RNA转运的tRNA样序列（TLS）基序。然后将这些转基因砧木嫁接野生型拟南芥植物。通过RT-PCR在嫁接的野生型枝条中检测Cas9-TLS和一对gRNA-TLS转录本，Cas9-TLS递送频率范围为1/1000至4/1000。该研究观察到对应于编辑的nia1基因的预期表型，表明Cas9-TLS和gRNA-TLS转录本都已成功转运到接穗中。此外，RT-PCR分析和基因分型表明，转运的转录本和基因组编辑存在于嫁接植物花朵中，这意味着融合转录本在生殖组织中是活跃的。来自嫁接野生型拟南芥植物的后代有纯合nia1突变体，频率为每1000粒种子1.17-1.41，表明这种无组织培养和转基因的递送方法可以在拟南芥中产生可遗传的编辑。此外，该研究还在芸苔属植物中测试了该方法，得到了同样的结果。植物遗传转化、组织培养和转基因分离的挑战是加速作物育种和基础植物研究的CRISPR基因组编辑的主要障碍。与传统方法相比，该研究具有两个突出的优点。首先，这种转化方法绕过了基于组织培养的再生需求，这对于再生难治的物种是有利的。其次，该方法避免了杂交和自交的需要，因为无转基因基因组编辑的植物是在一代中获得的。这些进展对于幼年期长的植物（如某些果树）具有相当重要的意义。
[学术文献 ] 美国Lieber脑发育研究所开发了一种深度学习模型INTERACT 进入全文
Science Advances
2025年1月1日，Science Advances 发表了美国Lieber脑发育研究所（Lieber Institute for Brain Development）的研究，团队开发了一种深度学习模型INTERACT，利用人类大脑的单细胞DNAm数据预测特定细胞类型的DNAm调控变异：Deep learning predicts DNA methylation regulatoryvariants in specific brain cell types and enhances finemapping for brain disorders。研究表明，INTERACT模型在预测细胞类型特异性DNAm模式方面具有高准确性，并识别出可能驱动这些模式的DNA序列和转录因子。INTERACT预测的遗传变异能够反映细胞类型特异性，并在相关细胞类型中显著富集与大脑相关性状的遗传力。研究团队通过整合预测的遗传变异效应，显著提高了精神分裂症、抑郁症和阿尔茨海默病风险位点的精细定位能力，并将潜在致病基因定位至特定细胞类型。“这一研究的创新在于，我们能够使用人工智能深入揭示大脑细胞类型层面的基因调控机制，并精确预测哪些遗传变异具有关键功能意义，这种精确性为我们识别复杂疾病的关键基因和细胞类型提供了全新可能，”论文通讯作者、Lieber脑发育研究所首席研究员、约翰霍普金斯大学副教授韩士忠博士（Shizhong Han, Ph.D.）表示。对于患有阿尔茨海默病、精神分裂症和其他脑部疾病的患者，这些发现可能为确定全新的药物靶点铺平道路，这项研究突显了人工智能在揭示此前难以解析的遗传调控机制中的巨大潜力。
[学术文献 ] 清华大学揭示群体特异性死亡促进细菌扩张机制 进入全文
Nature Chemical Biology
2025年1月2日，清华大学刘锦涛团队在Nature Chemical Biology（IF=13）在线发表题为“Community-specific cell death sustains bacterial expansion under phosphorus starvation”的研究论文，该研究发现细菌在磷供给缺乏时触发群体特异性死亡，并通过回收含磷分子以维持群体扩张，展现了一种独特的适应机制。在这里，研究人员发现大肠杆菌生物膜可以在严重的磷限制下长时间保持稳定的扩张。生物膜内活性氧介导的细胞死亡支持了这种扩张。细胞死亡在空间上与生长区域分离，导致来自溶解细菌的磷的跨区域再循环。细胞死亡的增加和除磷后的稳定生长是群落特异性的，在浮游细菌中没有观察到。最后，磷在细胞死亡介导的营养再循环中具有独特的作用，因为上述现象在碳或氮饥饿下没有观察到。该工作揭示了细菌群落如何利用空间协调代谢来应对磷限制，这促进了细菌在波动环境中的强劲扩张。
