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[学术文献 ] 南京农大利用窄谱资源利用菌增强群落稳定性 进入全文
Nature Communications
2025年7月2日，来自南京农业大学张瑞福、缪有志等研究团队在《Nature Communications》发表题为《Narrow-spectrum resource-utilizing bacteria drive the stability of synthetic communities through enhancing metabolic interactions》的研究论文，该研究通过整合表型微阵列、基因组尺度代谢模型（GMM）和代谢组学技术，筛选六种功能互补的植物根际促生菌（包括固氮菌Azospirillum brasilense K、解磷菌Pseudomonas fluorescens J等），构建稳定的合成群落（SynCom），发现窄谱资源利用菌（NSR，如Cellulosimicrobium cellulans E和Pseudomonas stutzeri G）通过降低代谢资源重叠（MRO）和提升代谢互作潜力（MIP）显著增强群落稳定性；代谢模型模拟显示NSR菌株资源利用宽度与MIP呈负相关（R²=0.4901）、与MRO呈正相关（R²=0.3465），实验验证其通过分泌天冬酰胺、维生素B12和异亮氨酸等关键代谢物形成互作网络，剔除NSR菌株导致群落丰度下降100-1000倍；最终构建的SynCom4（C. cellulans E, B. velezensis SQR9, P. fluorescens J, A. brasilense K）和SynCom5（C. cellulans E, P. stutzeri G, B. velezensis SQR9, A. brasilense K, B. megaterium L）在番茄根际维持高丰度（>10⁵ CFU/g），使植株干重增长85.6%和91.9%，为靶向设计农业功能菌群提供了"代谢互作驱动"的新策略。
[学术文献 ] 农科院蔬菜花卉所等合作发现同义突变通过表观转录调控机制决定生物性状 进入全文
Cell
2025年7月1日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所杨学勇研究员、中国农业科学院深圳农业基因组所黄三文研究员、和英国约翰英纳斯中心丁一倞研究员带领的团队在国际权威期刊Cell上在线发表了题为Recessive epistasis of a synonymous mutation confers cucumber domestication through epitranscriptomic regulation的研究论文，首次在遗传上证明了同义突变可通过改变m6A修饰和mRNA结构构象调控驯化的重要性状。黄瓜果实长度是重要的驯化性状，直接决定黄瓜产量。黄瓜在由野生种到栽培种的驯化过程中，果实长度增加了数倍，然而遗传驯化机理仍不清楚。实验室前期通过QTL定位发现了位于1号染色体，贡献率达30%的控制果长的数量性状基因座（QTL）FL1。为了克隆目的基因，团队利用野生黄瓜（hardwickii）和栽培黄瓜（新泰密刺）构建了近等基因系群体，发现FL1控制的短瓜性状实际是由两个紧密连锁的QTL（FL1.1和FL1.2）共同决定。出乎意料的是，当FL1.2为栽培等位基因时，无论FL1.1的基因型，果实始终是长瓜，因此发现了FL1.2对FL1.1位点的隐性上位性效应。通过固定FL1.2位点为野生等位基因，研究人员筛选了超过1万个重组单株，最终发现了在特定基因型背景下发挥作用的FL1.1的隐秘突变（cryptic variation）。进一步研究发现，FL1.2编码一个乙烯合成限速酶ACS2。在野生和栽培黄瓜中ACS2存在3个同义突变，2个内含子突变和1个在5'UTR区的Indel变异。研究将目标变异锁定在第三个外显子的1287位C>T同义突变，该单个同义突变可改变ACS2的蛋白水平4-5倍。团队同时开发了适用于瓜类作物的单碱基编辑工具，将ACS2野生等位基因的1287位的C编辑为T，导致ACS2蛋白水平降低、黄瓜果实变长，从而直接证明了该同义突变的遗传功能。与FL1.2互作的基因FL1.1编码m6A阅读蛋白YTH1。研究揭示了ACS2和YTH1上位互作调控果长驯化的遗传机理：野生黄瓜中，ACS2的1287C同义突变形成了m6A motif（DRACH），增加了临近1286位A碱基上的m6A修饰水平和ACS2蛋白翻译效率；YTH1与ACS21287C的m6A修饰互作进一步增强了其翻译效率和乙烯剂量，抑制细胞分裂，导致果实变短。在栽培黄瓜中，ACS2的1287T同义突变则破坏了1286位A碱基上m6A修饰，导致ACS2蛋白水平和乙烯剂量降低，细胞分裂抑制解除，因此果实伸长。研究人员进一步解析了同义突变调控ACS2翻译效率的机制，发现m6A修饰和突变导致的mRNA结构变化决定了ACS2翻译效率的改变。通过在单分子水平分析ACS2的mRNA结构构象的多样性，发现相比ACS21287T，野生等位基因ACS21287C主要的mRNA构象在突变附近均为单链的较松散的状态；m6A修饰进一步使得其中相对最紧凑的结构构象向更松散的构象转变。因此m6A可能通过稳定并调节构象转换，维持整个mRNA的结构平衡。值得注意的是，最近Cell刊发的另一项研究发现，一类同义突变可以通过破坏m6A修饰从而促进肿瘤的发生。该研究则首次在机体水平证明了单个同义突变通过m6A修饰和mRNA结构调控驯化性状，暗示了同义突变长久以来被忽略的重要功能。在作物驯化过程中，同义突变可能因受到选择压力而被保留，通过改变转录后基因表达（如翻译效率）来发挥作用。该研究的结论挑战了传统认知，同时凸显出同义突变在作物改良策略中可能具有重要价值。未来深入研究同义突变在RNA修饰与结构调控中的功能，有望为作物改良开辟新的路径。
[学术文献 ] 杜伦大学等联合揭示铜结合肽POLARIS调控植物乙烯信号传导新机制 进入全文
Plant Communications
2025年6月25日，Plant Communications发表了英国杜伦大学Nigel J. Robinson和德国杜塞尔多夫大学Keith Lindsey课题组题为“POLARIS is a copper-binding peptide that interacts with ETR1 to negatively regulate ethylene signaling in Arabidopsis”的研究论文。该研究揭示了拟南芥中POLARIS（PLS）的铜结合肽如何通过调控乙烯受体ETR1的功能，影响植物的乙烯信号传导，为理解植物激素信号网络的复杂调控提供了新视角。乙烯是植物中一种重要的气体激素，广泛参与植物的生长发育、果实成熟、衰老以及逆境响应等过程。乙烯信号通路的调控机制一直是植物生物学研究的核心问题之一。乙烯受体（如拟南芥中的ETR1）位于内质网（ER）上，其活性依赖于铜离子（Cu(I)）的辅助，铜离子不仅参与乙烯的结合，还可能影响受体的构象和信号转导。然而，铜离子如何被精准递送至乙烯受体以及受体活性如何受到动态调控仍不清楚。转录组分析显示，pls突变体中乙烯响应基因（如ERF11、ERF19等）显著上调，而PLS过表达则使这些基因恢复至野生型水平。因此，PLS肽为乙烯调控幼苗生长所必需。接着，研究团队通过合成不同长度的PLS肽段，发现全长PLS（36个氨基酸）及其N端22个氨基酸片段（N1）能够有效挽救拟南芥pls突变体的短根表型。此外，与拟南芥亲缘关系较近的植物Camelina sativa的PLS肽（仅22个氨基酸）同样具有功能，表明其结构保守性。然而，缺失两个半胱氨酸（C6和C17）的突变肽或仅含单个半胱氨酸的截短肽（如N2、C1、C2）均无法恢复突变体表型，暗示这两个半胱氨酸是PLS功能的核心。通过荧光标记技术，研究人员发现PLS-GFP融合蛋白主要定位于内质网（ER），与ER标记物ER-Tracker和RFP-HDEL共定位。进一步实验表明，PLS位于ER的胞质侧，且与乙烯受体ETR1的跨膜结构域（TMD）直接结合。这种结合在铜离子存在时增强3倍，而铜螯合剂EDTA或竞争性添加合成PLS肽会显著抑制互作，证实了铜依赖的PLS-ETR1相互作用。通过光谱分析，团队发现PLS以2:1的化学计量比结合Cu(I)，形成稳定的Cu(I):PLS2复合物，其结合亲和力高达3.79×1019 M-2。突变实验显示，C6和C17的替换完全破坏了PLS的铜结合能力。此外，PLS的铜结合亲和力远高于已知的铜伴侣蛋白ATX1，表明PLS不太可能作为细胞质中的铜伴侣，而是通过铜依赖的方式调控ETR1的活性。综上所述，研究团队提出了PLS调控乙烯信号的模型。在高生长素组织中，PLS表达上调并与ETR1结合，通过铜依赖的相互作用稳定ETR1的活性构象，从而抑制乙烯信号并促进组织生长；而在高乙烯环境中，PLS表达被抑制，ETR1活性降低，乙烯信号增强。这一机制为植物协调生长与胁迫响应提供了精细调控的分子基础。
[学术文献 ] 南方科技大学绘制果蝇发育3D全景图谱 进入全文
Cell
2025年6月26日，南方科技大学胡宇慧教授、胡琪楠教授，华大生命科学研究院徐讯研究员、刘龙奇研究员，在Cell上发表了文章A Drosophila single-cell 3D spatiotemporal multi-omics atlas unveils panoramic key regulators of cell-type differentiation。研究团队通过华大时空组学技术Stereo-seq及多种单细胞组学测序技术，开创性地创建了一个解码动物发育过程的多模态数据集，生成了果蝇全发育周期的3D单细胞时空多组学图谱。该研究成果系统解析了果蝇细胞类型分化的时空动态与核心调控网络，为发育生物学研究提供了前所未有的分子层面参考，并为发育缺陷及相关疾病机制研究奠定了重要基础。研究团队基于华大自主研发的时空组学技术Stereo-seq，搭配单细胞组学技术scRNA-seq和scATAC-seq，对果蝇胚胎每0.5-2小时、幼虫及蛹期的各个关键阶段进行采样，生成超过380万个空间分辨的单细胞转录组，并利用Spateo算法重建出高精度3D模型，精准解析组织形态与基因表达的空间动态。就像用一台超级“生命照相机”，给果蝇的整个发育过程拍摄了一部分辨率极高的3D电影，能够清楚地看到每个细胞在何时何地开启了哪些基因。在这场果蝇发育的“生命舞台剧”中，细胞如何决定自己变成神经细胞还是肌肉细胞？研究团队通过整合数据，构建了果蝇胚胎发育的“分化轨迹地图”，解析了细胞命运决定的关键分子机制。通过追踪“演员”的走位，研究发现不同胚层的细胞会沿着特定路径分化，而转录因子就像“导演”，通过激活或抑制基因，指挥细胞扮演特定角色。比如，研究发现多个此前未被鉴定的转录因子，在神经、肠道及内分泌系统中可能起关键作用。这就像在剧本里发现了隐藏的重要情节，拓展了我们对发育调控的认知。
[学术文献 ] 北京大学开发一种RNA密码子扩展(RCE)策略 进入全文
Nature
2025年6月25日，北京大学陈鹏、伊成器共同通讯在Nature在线发表题为“RNA codon expansion via programmable pseudouridine editing and decoding”的研究论文，该研究开发了一种RNA密码子扩展(RCE)策略，该策略在特定的mRNA转录物上引入并解码生物正交可分配的假尿苷(ψ)密码子(ψGA，ψAA或ψAG ),以在哺乳动物细胞中掺入ncAAs。RCE策略包括可编程指导RNA4、工程解码器tRNA和氨酰tRNA合成酶。首先开发了RCE(ψGA)系统，该系统通过ψGA密码子将功能性ncAAs整合到蛋白质中，与遗传密码扩展系统相比，证明了更高的翻译组范围和蛋白质组特异性。进一步扩展了该策略，产生了RCE(ψAA)和RCE(ψAG)系统，所有三个ψ密码子:(ψ密码子)-tRNAPyl对都表现出相互正交性。此外，证明了RCE系统与双重ncAA编码的遗传密码扩展策略相容地合作。总之，RCE方法利用ψ作为转录后“letter”来编码和解码特定mRNA转录物中的RNA密码子，为遗传字母表扩展和真核细胞中位点特异性ncAA掺入开辟了新的途径。
[学术文献 ] 苏黎世大学等揭示TTYH2与APOE相互作用促进内体脂质转移 进入全文
Nature
2025年6月25日，苏黎世大学生物化学系和奥地利应用科学上奥地利大学等机构的研究团队在《Nature》上发表题为“Interactions between TTYH2 and APOE facilitate endosomal lipid transfer”的研究论文该研究揭示了Tweety同源蛋白2（TTYH2）与载脂蛋白E（APOE）之间的相互作用能够促进内体中的脂质转移为理解脂质在细胞内的运输机制提供了新的视角背景知识TTYH家族是一类真核生物膜蛋白其结构特征表明可能参与脂质在可溶性载体和细胞膜之间的转移但此前缺乏实验证据支持这一功能载脂蛋白E（APOE）是一种在脂质运输中起关键作用的蛋白质尤其在大脑中它负责在星形胶质细胞和神经元之间转运磷脂和胆固醇APOE有三种亚型（APOE2、APOE3和APOE4）其中APOE4是阿尔茨海默病遗传易感性的主要决定因素研究方法研究者通过筛选合成纳米抗体（sybodies）库成功筛选出两种能够特异性结合人类TTYH2的纳米抗体Sb1和Sb2利用冷冻电镜（cryo-EM）技术解析了TTYH2与Sb1或Sb2复合物的结构揭示了TTYH2在细胞膜中的二聚体结构以及与纳米抗体的结合位点进一步通过免疫共沉淀实验发现APOE是TTYH2的相互作用伙伴并且两者在内体中共同定位通过亚细胞分离实验和免疫细胞化学实验研究者证实了TTYH2和APOE在内体中的共定位关系实验结果表明在HEK293细胞和小鼠神经母细胞瘤（N2A）细胞中TTYH2和APOE在内体分数中共同定位通过免疫荧光显微镜观察到TTYH2在细胞内的斑点状分布与内吞的APOE和内体标记物RAB9重叠进一步证实了TTYH2在内体中的定位研究者还通过单分子力谱（SMFS）技术直接测量了TTYH2与APOE之间的相互作用力发现两者之间的解离速率常数（koff）约为1 s−1表明它们之间的结合相对稳定结构研究方面研究者解析了TTYH2与去脂化APOE复合物的冷冻电镜结构揭示了APOE与TTYH2相互作用的位点位于TTYH2的胞外域这一位点面向内体腔室进一步解析了TTYH2与APOE脂蛋白颗粒复合物的结构发现脂蛋白颗粒与TTYH2的胞外域结合并且其脂质部分与TTYH2的疏水腔室相邻这一结构特征有利于脂质从脂蛋白颗粒向细胞膜的转移功能验证方面研究者通过体外脂质转移实验发现TTYH2能够显著加速脂质从APOE脂蛋白颗粒向细胞膜的转移在含有85%二棕榈酰-sn-甘油-3-磷酰胆碱（DPPC）的脂质体系统中TTYH2介导的脂质转移速率比空脂质体提高了14倍而TTYH3的这种加速作用则相对较弱这些结果表明TTYH2在促进脂质从APOE脂蛋白颗粒向细胞膜转移过程中发挥着重要作用讨论该研究首次揭示了TTYH2与APOE之间的相互作用及其在内体脂质转移中的功能这一发现不仅为理解脂质在细胞内的运输机制提供了新的视角而且可能对大脑中脂质代谢和神经退行性疾病的研究具有重要意义尽管APOE在脂质运输中的作用已被广泛研究但其在细胞内特别是内体中的具体机制尚不清楚本研究通过多种实验方法揭示了TTYH2与APOE之间的相互作用以及TTYH2在脂质转移中的催化作用为未来相关领域的研究提供了新的方向和思路。
