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[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。
[学术文献 ] 美麻省理工大学改造CRISPR-Cas9系统开发新型先导编辑器 进入全文
Nature
2025年9月17日，来自美国麻省理工学院科赫综合癌症研究所和生物学系的Vikash P. Chauhan、Phillip A. Sharp和Robert Langer研究团队在《Nature》上发表题为“Engineered prime editors with minimal genomic errors”的研究论文。该研究通过工程化改造CRISPR-Cas9系统，开发出一种新型先导编辑器（prime editor），显著降低了基因组编辑过程中产生的插入/缺失（indel）错误。研究团队发现，通过引入特定突变（如R780A、K848A、H982A等）松弛Cas9切口酶（nickase）的切口定位，可促进竞争性5'链的降解，从而减少其与编辑后的3'新链之间的竞争，提高编辑准确性。他们首先构建了精确先导编辑器（pPE），进一步通过效率优化突变（如R221K、N1317R）开发出超精确先导编辑器（xPE），最终结合RNA稳定性策略（使用La蛋白）构建出极精确先导编辑器（vPE）。在多种细胞系（如HEK293T、A549、HeLa及小鼠胚胎干细胞）和多个基因组位点上的实验表明，vPE在保持高编辑效率的同时，将indel错误率降低至最高60倍，编辑与错误比例可达543:1，且脱靶编辑显著减少。该研究为高精度基因组编辑提供了新工具，尤其适用于需要低错误率的基因治疗和多基因编辑应用。
[学术文献 ] 临港实验室与上交合作开发新型蛋白质组学方法APPLE-MS 进入全文
Cell Reports Methods
2025年9月15日，临港实验室江何伟团队与上海交通大学系统生物医学研究院陶生策团队合作，在Cell Reports Methods杂志上发表了题为Sensitive and specific affinity purification-mass spectrometry assistedby PafA-mediated proximity labeling的研究论文。该研究开发了一种新型蛋白质组学方法——APPLE-MS（Affinity Purification coupled Proximity LabEling-Mass Spectrometry），成功将Twin-Strep标签的高特异性富集能力与PafA介导的邻近标记技术相结合，实现在同一流程中高效、高灵敏度地捕获稳定及瞬时的蛋白质相互作用。APPLE-MS巧妙地利用了原核泛素样蛋白（Pup）标记系统中的PafA酶。该酶能够催化PupE共价标记邻近蛋白质。随后该技术通过Twin-Strep标签与链霉亲和素之间的高亲和力进行高效富集，实现在单一流程中完成PPIs的捕获与质谱鉴定。该方法不仅操作简便，还能在天然细胞环境下有效捕获传统AP-MS方法难以检测的弱相互作用（结合强度可达76μM）和膜蛋白复合物，其模块化设计允许在严格洗涤条件下通过共价连接稳定捕获瞬态互作，同时最小化对“bait”蛋白功能的干扰，显著提升了数据的可重复性和信噪比。研究团队通过多个模型系统验证了APPLE-MS的优越性能。在针对SARS-CoV-2 ORF9b蛋白的互作组的研究中，APPLE-MS成功鉴定出138个高置信度的相互作用蛋白，数量是传统AP-MS方法的4.07倍，并显著提高了信噪比。进一步的时间分辨分析揭示了ORF9B在抗病毒应答过程中动态调控线粒体代谢和免疫通路的作用机制，包括与RIG-I/MAVS信号通路关键组分（如RNF123和TUFM）的互作变化，以及该蛋白在不同感染阶段通过靶向TCA循环和氧化磷酸化复合物以重编程宿主代谢的策略，这些发现深入揭示了ORF9b作为多功能毒力枢纽的分子机制。此外，团队还利用CRISPR-Cas9技术在内源性PIN1蛋白中引入Twin-Strep标签，发现了PIN1在DNA复制和非编码RNA加工中的新功能，包括与MCM复合物和RFC1等复制体成分的相互作用。这些结果拓展了人们对PIN1在维持基因组稳定性和细胞周期调控中功能的认知，也展现了APPLE-MS在生理相关条件下研究内源性蛋白互作的能力。尤其值得关注的是，APPLE-MS成功应用于研究膜蛋白GLP-1受体的互作。通过在细胞表面原位进行邻近标记，该方法无需细胞裂解即可在天然膜环境下捕获互作事件。研究人员在INS-1E细胞中鉴定出301个潜在互作蛋白，包括多个已知和新型的共受体与信号组件，如ATP酶亚基和转运蛋白复合物。这些发现为理解GLP-1的血糖调控和其他生理功能中的作用提供了新视角，并展现出APPLE-MS在GPCR信号网络研究中的广泛应用潜力。综上所述，APPLE-MS技术兼具AP-MS的高特异性和邻近标记技术的高灵敏度，尤其适用于研究膜相关复合物和动态互作网络的研究。其小尺寸标签设计和通用酶系统使其可广泛应用于多种细胞类型，同时支持内源性标记和多重分析策略。该技术为疾病机制解析和新药靶点发现提供了强大工具，未来有望在更多生物学场景中发挥重要作用。
[学术文献 ] 北京大学发现AMPainter显著提高各种肽段的抗菌效力 进入全文
Advanced Science
2025年9月12日，北京大学宋晨独立通讯在Advanced Science在线发表题为“Painting Peptides With Antimicrobial Potency Through Deep Reinforcement Learning”的研究论文。该研究提出了一种名为 AMPainter 的新型 AMP 设计模型。AMPainter 基于深度强化学习，将优化和生成任务集成在一个统一的框架中。AMPainter 适用于三种类型的肽，包括已知 AMPs、信号肽 (SPs) 和随机序列。AMPainter 在增强已知 AMPs 的活性、预测抗菌效力和多样性方面优于十种相关模型。一些 AMPs 的实际最低抑菌浓度 (MICs) 降低了 128 倍。AMPainter 能够从膜活性 SPs 进化出有效的 AMPs，实验成功率高达 80%。在生成方面，从无活性随机序列重新设计的AMP对四种细菌的平均MIC达到2.88 µM。沿虚拟进化路径构建的肽段体外MICs与预测值相符。因此，AMPainter可以显著提高各种肽段的抗菌效力，拓展AMP序列空间，并发现新型抗菌药物。
[学术文献 ] 美国洛克菲勒大学开发土壤宏基因组长读长测序方法发现新型抗生素 进入全文
Nature Biotechnology
2025年9月12日，来自美国洛克菲勒大学遗传编码小分子实验室的Sean F. Brady研究团队在《Nature Biotechnology》上发表题为《Bioactive molecules unearthed by terabase-scale long-read sequencing of a soil metagenome》的研究论文。该研究开发了一种从土壤中提取高质量大片段宏基因组DNA并结合纳米孔长读长测序技术的方法，成功从一个森林土壤样本中获得了2.5 Tbp的长读长序列数据，组装出数百个完整或近乎完整的环状宏基因组基因组，其中包括许多以往难以获取的未培养细菌类群。通过生物信息学预测与化学合成相结合的策略，研究人员将预测出的非核糖体肽合成酶基因簇（NRPS BGCs）转化为55种合成生物信息学天然产物（synBNPs），并从中发现两种新型抗生素：erutacidin是一种广谱抗生素，通过结合心磷脂破坏细菌膜结构，对多种耐药菌有效且不易引发耐药性；trigintamicin则靶向ClpX蛋白酶，对金黄色葡萄球菌具有强效抑制作用。该方法推进了对未培养细菌中巨大遗传多样性的宏基因组学获取，并提供了一种将其转化为生物活性分子的手段。
