共检索到2304条,权限内显示50条;
[学术文献 ] 北京大学等成功绘制了六倍体小麦的端粒到端粒完整基因组图谱 进入全文
Nature Genetics
2025年4月7日，潍坊现代农业山东省实验室/北京大学现代农业研究院和小麦育种全国重点实验室邓兴旺、何航、李博生团队在国际顶尖期刊Nature Genetics上发表题为“A telomere-to-telomere genome assembly coupled with multi-omic data provides insights into the evolution of hexaploid bread wheat”的突破性成果：全球首次成功绘制了六倍体小麦的端粒到端粒（T2T）完整基因组图谱，实现了小麦基因组从“头”到“尾”无缺口的精确组装。这一在山东完成的成果，为我国主粮作物高水平科技自立自强、牢牢把握粮食安全主动权提供了重要支撑。研究团队利用PacBio HiFi高精度测序和ONT超长读长测序等前沿技术，结合多种算法，成功构建了六倍体小麦T2T基因组，命名为“CS-IAAS”版本1.0。该基因组总长度达14.51 Gb（约145亿个碱基），首次实现了42条小麦染色体从端粒到端粒的无缺口拼接。相比以往，这一图谱在完整性、连续性和准确性上实现了质的飞跃，为功能基因组学研究奠定了坚实基础。这一成果不仅展示了我国在农业基因组学研究领域的国际领先地位，还为粮食安全战略提供了强有力的科技支撑。借助完整基因组图谱，研究团队首次清晰解析了小麦基因组中着丝粒、端粒和核糖体DNA重复序列（rDNA阵列）等复杂区域。其中，着丝粒长度相比之前报道增加了47%，这一精确鉴定为小麦着丝粒功能和进化提供了新的视角。研究发现，着丝粒区域主要由大量重复的转座子序列构成，且A、B、D三个亚基因组的着丝粒独立进化，各有不同。并在小麦多倍体形成中，相对二倍体的着丝粒长度有了大幅增加。此外，D亚基因组中的Retand序列还“渗透”进了A和B亚基因组的着丝粒区域，揭示了亚基因组间的相互影响。端粒作为染色体的“保护帽”，在小麦中同时存在植物和脊椎动物两种风格的重复序列，这一现象在植物中极为罕见。rDNA阵列则被解析为核糖体RNA的重复基因簇，其周围主要由转座子序列构成，不同染色体间的这些区域在组成上存在差异。完整测出这些区域后，为研究这些复杂区域的进化提供了新线索。现代普通小麦是由三个祖先物种杂交形成的六倍体作物。研究团队利用T2T基因组图谱，揭示了小麦从四倍体演化为六倍体过程中发生的23处主要染色体片段倒位，总长度约5.18亿个碱基。这些倒位在现代小麦中全部保留，且断点处富含特殊短重复序列，推测对染色体折断和重新连接发挥了作用。小麦基因组中大量重复序列并非“冗余”，而是驱动其进化的重要力量。研究发现，转座子和片段重复对小麦基因组演化影响深远。两个近期大量扩增的转座子家族表明，这些“跳跃基因”在小麦演化晚近时期突然活跃。此外，长末端重复逆转座子（LTR-RT）在小麦进化关键节点出现两次“大爆发”，为基因组结构调整提供了原材料。片段重复则为基因创新提供了“备份”，使小麦在进化中积累了丰富的遗传变异，增强了环境适应力。这些发现改变了重复序列是“基因组垃圾”的传统认知，揭示了其在基因组扩张、基因复制和多样化中的创造性作用。高质量基因组图谱为基因注释提供了前所未有的精度。研究团队结合RNA测序和全长转录本信息，注释了141,035个高置信度蛋白编码基因，并鉴定出大量可变剪接形式。相比以往版本，新增了34,120个高置信度基因，其中包括许多NLR抗病基因，为抗病育种提供了新靶点。为确保注释准确性，研究团队还通过蛋白质组学手段验证了基因结构，进一步提高了注释可靠性。这份经过严格校准的基因目录将成为功能基因组学研究的宝贵资源。六倍体小麦端粒到端粒完整基因组图谱的发布，标志着小麦基因组研究进入新阶段。这一成果不仅深化了对小麦基因组结构和进化机制的理解，还为解析其他复杂多倍体作物基因组提供了范例。未来，依托这一高质量参考基因组，科学家将更精准地挖掘与产量、品质、抗病性相关的关键基因，为小麦品种改良带来革命性突破。
[学术文献 ] 暨南大学开发深度学习模型MIST赋能T细胞转录组和受体组库融合分析 进入全文
Science Advances
2025年4月4日，暨南大学基础医学与公共卫生学院罗钧洪教授团队在 Science Advances期刊上发表题为MIST: an interpretable and flexible deep learning framework for single-T cell transcriptome and receptor analysis的研究论文。该研究基于变分自编码器（Variational Autoencoder）深度学习框架开发了人工智能模型MIST（Multi-Insight for T cell），针对scRNA-seq与scTCR-seq数据的联合分析，创新性地构建了跨组学数据深度融合、可解释性和适配性强的分析框架。MIST通过独立的转录组、TCR序列和联合潜变量空间三层嵌入，精准解析了T细胞的功能状态、克隆扩增模式及抗原特异性，克服了现有方法在组学数据整合和生物学可解释性方面的局限，为深入解析免疫系统提供了强大工具。研究团队利用MIST对多种T细胞数据集进行了分析，并在肿瘤免疫领域取得重要发现。特别是在肺癌抗PD-1治疗相关研究中，MIST成功解析了CXCL13+CD8+ T细胞的异质性及其动态变化，揭示该亚群在免疫治疗应答中的关键作用。MIST不仅能精准表征T细胞功能表型，还能用于探索免疫治疗的潜在生物学机制，有望为基础免疫学研究和临床免疫治疗优化提供有力支持。MIST的成功开发，为单细胞免疫组学研究提供了高效、灵活、可解释性强的计算工具和分析范式，为推动T细胞免疫学研究进入人工智能驱动的新阶段做出贡献。
[学术文献 ] 哥伦比亚大学等开发跨物种“基因-生态位”分析框架揭示肠道微生物定殖的保守遗传机制 进入全文
Cell
2025年4月4日，哥伦比亚大学Saeed Tavazoie课题组联合洛克菲勒大学Sohail Tavazoie实验室，在Cell杂志上发表了题为Conserved genetic basis for microbial colonization of the gut的长文。作者构建了一个覆盖“生命之树”的大规模“基因型-生态位”关联框架 （genotype-habitat association framework），系统性解析了肠道微生物定殖能力的遗传基础，研究通过大规模跨物种基因型与栖息地关联分析，鉴定出79个与肠道定殖相关的保守微生物基因模块，涵盖已知的自诱导因子（AI-2）合成途径及新型tRNA修饰和翻译过程。实验验证发现大肠杆菌中的YigZ（IMPACT家族）和TrhP（tRNA羟化蛋白）为关键定殖因子，过表达yigZ可使定殖能力低下的大肠杆菌MG1655株在小鼠肠道中的定殖效率提升超过100倍，且自然等位变异影响菌株间定殖效率。研究还构建了包含47个模块的定殖网络，发现部分模块与核糖体组装和翻译调控相关。通过分析113,103个代表性基因组，揭示了这些保守因子在不同门类肠道微生物中的分布规律及物种特异性适应机制。该研究不仅为理解肠道微生物群落动态提供了遗传学基础，还为开发针对肠道稳态失衡的治疗策略提供了潜在靶点。
[学术文献 ] 农科院深圳农业基因组研究所整合水稻种质资源 进入全文
Nature Communications
2025年4月3日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）联合山西农业大学、崖州湾国家实验室等单位在 Nature Communications上在线发表了题为"GWAS meta-analysis using a graph-based pan-genome enhanced gene mining efficiency for agronomic traits in rice"的研究论文。该研究通过整合7765份水稻种质资源，基于图形泛基因组的meta-GWAS分析，显著提高了水稻种质资源群体中挖掘产量相关基因的效率。这一成果不仅为大规模水稻种质资源利用提供了新的工具和思路，也为水稻高产分子设计育种提供了新的重要基因资源。丰富的水稻种质资源中积累了大量可以用来提高产量性状的优异自然变异。产量性状是复杂变异控制的复杂性状。目前对种质资源遗传变异尤其是复杂变异的解析尚不够深入，这一现状限制了产量性状相关基因的深入挖掘，进而影响了其在育种中的应用。围绕该科学问题，团队前期开展了深入系统的工作，包括：基于全球水稻核心种质资源，构建了基因组充分注释的水稻图形泛基因组和日本晴完整参考基因组，提高了复杂变异鉴定的准确度。基于泛基因组并深入解析了转座子变异、倒位变异和着丝粒序列变异等复杂结构变异对产量相关基因的影响，挖掘到了qTGW1.2a等多个产量新基因，为水稻种质资源挖掘和功能基因组研究提供了新平台。同时，突破了二等位GWAS挖掘产量基因传统研究方法的局限性，基于复等位变异GWAS挖掘到产量新基因TRGW6，以遗传学实验证明了复等位变异对产量性状有独立于二等位变异的剂量调控效应，并实现了产量性状的精准个性化设计。未被充分挖掘的产量稀有变异可能携带独特的遗传信息，在水稻高产性状调控中发挥重要作用。常见变异仅能解释部分遗传力，稀有等位基因的协同作用可能成为找回“遗传力缺失”的关键。团队前期基于10548份水稻资源进行了包含结构变异的稀有变异挖掘，并深入挖掘了产量等性状多个基因的稀有优异等位基因型，为水稻高产优异自然变异挖掘提供了新的重要资源。在本研究中，为了进一步克服传统GWAS方法对群体结构和样本量的敏感性，以及在低频变异分析和微效基因挖掘方面的局限性，进而整合更多大规模数据资源，实现对超大规模群体的高效基因挖掘。研究团队采用meta-GWAS策略，整合来自6个不同种质资源群体的7765份水稻种质资源基因型和表型数据，挖掘产量相关新基因。基于图形泛基因组，共鉴定了6,604,898个单核苷酸多态性和42,879个结构变异。通过对6个群体开展独立GWAS分析，并进一步整合进行meta分析，共鉴定出156个与关键农艺性状相关的遗传位点，其中116个仅能通过meta-GWAS鉴定得到，显著提高了QTL的检测能力和遗传力的解释率。在此基础上，成功挖掘了水稻粒宽和粒长性状相关的新基因GW10.2和GL11，并通过分子遗传学实验进行了功能验证。本研究为水稻种质资源的高效深入挖掘和遗传改良提供了新的思路和工具，也为水稻高产分子设计育种提供了宝贵的基因资源。
[学术文献 ] 农科院蔬菜花卉所构建植物发育发芽时空转录组图谱 进入全文
Nature Plants
2025年4月1日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所杨学勇研究员团队，联合华大生命科学研究院等研究团队，在Nature Plants发表了题为“Developmental innovation of inferior ovaries and flower sex orchestrated by KNOX1 in cucurbits”的研究论文。该研究利用华大的空间转录组技术Stereo-seq，首次构建植物发育花芽时空转录组图谱并重建其细胞谱系，揭示了黄瓜花居间分生组织活性驱动了花托加速生长，进而决定雌花发育与下位子房形成；提出膨大花托是葫芦科单性花与下位子房形成的关键演化创新。团队通过系统发育分析发现，被子植物中，两性花和上位子房是祖先性状，而单性花和下位子房则是在演化过程中多次独立产生的创新结构。有趣的是，在葫芦科植物中，两性花和下位子房这两种性状同步出现，提示它们可能来源于一次共同的进化事件。通过组织切片发现，黄瓜雌花在早期发育阶段，花原基内陷并伴随着“外周组织”的快速生长，将萼片、花瓣和雄蕊被推升至花顶，而发育的心皮则保留在花托内部，最终形成下位子房。推测决定下位子房形成的“外周组织”可能属于膨大的花托。为了深入解析黄瓜下位子房发育的基因表达网络，研究团队对不同发育阶段（S1-S8）的花芽及开花当天的子房组织共52份高质量样本进行了空间转录组分析。成功鉴定并注释了41个来自不同发育阶段的细胞群（clusters），为揭示黄瓜下位子房的发育机制奠定了坚实的基础。在植物发育过程中，细胞命运的逐步分化决定了器官的最终形态。借鉴哺乳动物胚胎发育轨迹分析方法，成功构建了黄瓜器官发生轨迹（TOFO）分析方法，精准描绘了细胞命运分化的动态过程：其中花居间分生组织（FIM）分化为花托以及连接组织（花托和心皮的结合处）。结合全基因组联系分析，发现黄瓜果实的主要果肉组织并非来自心皮，而是由花托发育而成，这为黄瓜及其他葫芦科作物的果实改良提供了新的观点和育种策略。进一步证实，具有类分生组织活性的花托的快速生长是下位子房形成的关键。利用TOFO轨迹分析鉴定了花托增殖过程中关键的调控因子——KNAT2-like1。该转录因子不仅参与花托早期发育，还在后续细胞增殖过程中发挥重要作用。此外，空间共表达模块分析发现KNAT2-like1、CRC和ER形成紧密的调控网络，促进细胞增殖并驱动花托的快速生长。在黄瓜中敲除该基因会导致大量雌花发生转变：花托发育停滞，并产生具有类似番茄上位子房的两性花。这表明该基因是花托发育的关键调控因子。进一步的遗传功能验证支持KNAT2-like1–CRC–ER调控模块在性别决定及下位子房形成中的协同作用。综上所述，本研究首次解析了包括新型KNOX1转录因子在内的关键基因在花托发育中的功能，证明其通过调控分生组织活性在性别决定与下位子房形成中发挥核心作用，并提出下位子房和花性别可能通过同一进化事件共同起源于葫芦科植物。这一发现不仅深化了对被子植物生殖器官演化的理解，也为未来的分子育种和作物改良提供了新方向。
[学术文献 ] 清华大学发现一种全新概念的染色质状态“转录阻抗” 进入全文
Nature Plants
2025年3月31日，清华大学生命学院孙前文实验室在Nature Plants发表题为“H3K36 methylation stamps transcription resistive to preserve development in plants”的研究论文，该研究发现一种全新概念的染色质状态——“转录阻抗”。与学界普遍认知的转录激活及转录沉默现象不同，转录阻抗位点具有与转录激活区域相似的染色质环境，包括富集了RNA聚合酶II（Pol II），组蛋白修饰H3K36me3和高度开放、松散的染色质状态，但其转录水平与转录沉默位点一致——几乎检测不到新生转录本(nascent transcripts)，综合呈现出一种“抵抗转录”的特征。该研究起始于分析拟南芥中不同H3K36甲基转移酶催化H3K36甲基化的差异。研究人员对不同的甲基转移酶突变体进行了H3K36me3的ChIP-seq分析，并意外发现与野生型Col-0相比，突变体sdg8中编码基因上的H3K36me3水平显著增加。随后根据突变体sdg8中H3K36me3水平的变化模式，研究人员对编码基因进行了分类，其中SDG8基因突变会导致C3类别的基因位点（约占总基因数的40%）表现出显著升高的H3K36me3水平，表明甲基转移酶SDG8存在抑制H3K36me3积累的功能。为了探究sdg8突变体中H3K36me3水平升高基因（C3基因）的转录状态，研究人员进行了新生转录本测序(NET-seq)。结果表明，无论在野生型还是sdg8突变体中，C3基因位点处几乎检测不到转录活性，这一结果与现有的H3K36me3增强转录延伸观点相悖。我们已知转录激活(Transcription Active，TA)区域为具有Pol II结合以及开放染色质状态（高信号的ATAC-seq）且转录水平较高的区域。与之相对应，研究人员将有Pol Ⅱ结合(Pol II ChIP-seq)和开放染色质状态(ATAC-seq)但Pol II转录信号极低（Pol Ⅱ Ser2P NET-seq水平）的区域定义为“转录阻抗”(Transcription Resistive，TR)区域。根据这一定义，研究人员在拟南芥基因组中鉴定到了4375个TA基因和12911个TR基因。TR和TA基因均与转录抑制性染色质标记（如H3K9me2、H3K27me1、H3K27me3等）呈负相关，但与转录活跃型染色质标记（如H3K4me3、H3K36me3等）呈正相关。有趣的是，TR基因相较于TA基因有更富集的H3K36me修饰，尤其是H3K36me3修饰。据统计，TR基因占拟南芥基因组中编码基因总数的47.5%，表现出类似于TA基因的活跃染色质状态，却只有极低水平的转录活性。研究人员还发现拟南芥中大量的“必需基因(essential genes)”处于转录阻抗状态，并且这种转录阻抗状态在拟南芥已知的5种H3K36me3甲基转移酶协同作用中维持平衡。进一步对单子叶植物水稻和哺乳动物小鼠的培养细胞进行类似的染色质状态分析发现，转录阻抗现象可能普遍存在于真核生物基因组中。此研究提出的“转录阻抗(Transcription Resistive)”概念突破了领域内长久以来形成的关于染色质状态“非活跃即沉默”的二元认知范式，鉴定出具有独特表观遗传标记与功能特性的第三类转录状态。这种处于“活跃”和“沉默”之间的中间态不仅重构了染色质功能分区理论，更揭示了基因表达调控网络的层级性，对染色质修饰的功能和基因组转录的状态进行了重新定义，开启了全新研究领域的序幕。
