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[学术文献 ] 中国农科院棉花研究所构建棉纤维伸长的基因调控网络 进入全文
Plant Communications
2024年9月9日，Plant Communications在线发表了由中国农业科学院棉花研究所分子遗传改良团队杨召恩课题组完成的“Regulatory Networks of Coresident Subgenomes during Rapid Fiber Cell Elongation in Upland Cotton”研究。该研究整合全基因组关联分析（GWAS）和表达数量性状位点（eGWAS）分析，构建了调控纤维伸长的共表达网络，挖掘出转录因子GhWRKY28调控反式基因GhTOL9的表达，并通过ESCRT途径影响棉纤维细胞伸长。棉纤维是重要的天然纤维来源，是重要的战略物资。陆地棉（Gossypium hirsutum L.）作为全球种植最为广泛的棉种，其纤维产量占全球总量的95%。纤维长度是决定其经济价值的主要因素，研究纤维的伸长机制对于增加纤维长度至关重要。然而，棉纤维的伸长受多基因共同调控，构建纤维伸长过程中的调控网络对于纤维改良具有重要价值。全基因组关联分析已经成为挖掘重要农艺性状调控因子的有效手段。本研究通过对421份陆地棉的基因组和纤维伸长期2个时间节点的1410份转录组数据进行联合分析，在两个时期分别鉴定到21,312和35,463个eQTLs，调控7551和11841个基因基因表达，其中超过70%的eQTLs为远程调控eQTLs（trans-eQTL)，这些位点为改良棉纤维品质提供了重要的遗传资源。研究人员在纤维发育快速伸长时期（开花后10天）鉴定到一个调控纤维发育的关键网络Hotspot456，该网络受D11染色体上的区段调控，与1877个基因的表达相关联。众所周知，转录因子参与基因的表达调控。有趣的是Hotspot456中包含94个转录因子，其中包含多个已报道的与棉纤维发育相关基因。研究表明trans-eQTLs相比于cis-eQTLs遗传效应更弱，但trans-eQTLs能够影响更为广泛的调控网络，因此，微效的trans-eQTLs对表型的影响更大。挖掘trans-eQTLs将有助于为培育优质、高产的棉花新品种提供更多的遗传位点。研究人员发现trans-eQTLs的靶基因的启动子区存在转录因子结合的motif序列，进一步分析发现trans-eQTLs区间内存在对应的转录因子，这暗示着trans-eQTLs可能通过转录因子调控靶基因的表达。通过双荧光素酶互补实验（LUC）、酵母单杂交实验（Y1H）和凝胶迁移实验（EMSA）证实了GhWRKY28对携带trans-eQTL的GhTOL9基因表达的调控作用。通过构建GhTOL9和GhWRKY28的转基因材料，发现转基因材料的纤维长度显著变化。研究人员提出了一个新的调控棉花纤维细胞伸长的模型：在正常情况下，低量表达水平的GhWRKY28可保证GhTOL9的正常转录。相反，过量表达GhWRKY28会促进其与靶基因GhTOL9启动子上W-BOX的结合，进而抑制GhTOL9的转录，从而阻碍质膜上泛素化蛋白通过ESCRT途径降解，抑制纤维伸长。
[学术文献 ] 韩国庆尚大学开发一种理想的双子叶植物PE编辑系统 进入全文
Nature Plants
2024年9月6日，韩国庆尚大学植物分子生物学与生物技术研究中心应用生命科学部Tien Van Vu等在Nature Plants上发表了一篇题为“Optimized dicot prime editing enables heritable desired edits in tomato and Arabidopsis”的研究性论文。研究人员结合PE复合体负载和PE反应的有利条件，采用改变的工程pegRNA (epegRNA)变体、PE蛋白组分的新组合、U6复合启动子过量生产pegRNA，双生病毒复制子来扩增PE系统和热处理等多种技术手段成功地克服了双子叶植物中PE系统应用的障碍，改进的PE系统提高了番茄和拟南芥的编辑和遗传继承性。该研究填补了PE在植物中的应用空白。研究发现PE蛋白组分的新组合增强了期望，PE工具对番茄的多个基因座均有较强的检测效果，热处理显著提高了PE活性、PE工具对番茄的多个基因座均有较强的检测效果，而且增强的PE工具并没有增加脱靶活动，配对的pegRNAs保证了番茄最高的PE效，RNA伴侣进一步提高了PE性能，采用多种方法优化形成新的PE工具，比期望编辑效率提高了600多倍。该研究还证明，理想的PE编辑应该是稳定遗传的，并在除草剂耐受性方面表现出很强的表型。该项研究对双科植物的PE工具进行了重大改进，提高了编辑效率和准确性，获得了无转基因植物和稳定的遗传编辑类型。这些进步对植物基因编辑的未来充满希望，可能实现更精确和有效的修改，即使在传统编辑工具不太有效的物种中也是如此。此外，还需要进一步的研究来验证这些工具在其他植物物种(包括单子叶植物) 中的有效性，并研究它们在各种农业和园艺环境中的适用性。
[学术文献 ] 军事医学研究院分离鉴定蜱虫病毒 进入全文
New England Journal of Medicine
2024年年9月4日，军事医学研究院刘玮研究员、黎浩研究员、李昌研究员在New England Journal of Medicine上发表了题为A New Orthonairovirus Associated with Human Febrile Illness的论文。该研究从蜱叮咬病人分离鉴定出一种新的蜱虫病毒—Wetland virus（WELV），并提示该病毒与我国东北地区的发热性疾病有关。研究人员首先对一名蜱叮咬后不明原因发热病人的血清进行高通量测序，发现该患者疑似感染了一种新的布尼亚病毒。随后，利用Vero细胞成功分离培养了该病毒，并通过RT-PCR、间接免疫荧光、荧光原位杂交和透射电镜观察进行了确认。基于全基因组序列比对与系统发育分析，发现该病毒的基因组特征与已知的布尼亚病毒目正内罗病毒属成员相近，但在系统进化树上形成了一个单独的分支。WELV的基因组包括L、M、S三个片段，与正内罗病毒属中Tofla virus核苷酸同源性最高，约为74%-81%，与Crimean–Congo hemorrhagic fever virus（CCHFV）核苷酸同源性约为66%-72%。通过在我国东北地区的多中心回顾性调查，研究者发现17名患者单独感染了WELV。其中，8名患者采集了急性期与恢复期血清样本，并检测到血清阳转或抗体滴度4倍升高，同时恢复期血清样本均检出中和抗体。临床资料分析显示，WELV感染与克里米亚-刚果出血热在临床表现和实验室检查特征上存在许多相似之处。WELV感染的主要临床表现包括发热、头晕、头痛、乏力、肌肉酸痛及胃肠道症状等，部分患者出现皮下淤血和局部淋巴结肿大，极少数患者出现神经系统症状。入院时常见的实验室检查异常结果，包括淋巴细胞减少、血小板减少、白细胞减少、以及高敏C反应蛋白、纤维蛋白原、D-二聚体、乳酸脱氢酶与肝功酶升高。WELV感染初期表现多为非特异性症状，因此需要与其他蜱传疾病（如发热伴血小板减少综合征、斑点热等）进行鉴别诊断。研究者在东北地区开展了广泛的蜱虫调查。对5种硬蜱的筛查结果显示，嗜群血蜱的WELV RNA检出率最高（6.4%），而日本血蜱、长角血蜱、全沟硬蜱、森林革蜱检出率较低，提示嗜群血蜱可能在WELV的循环传播中发挥作用。通过人工注射、实验室传播研究等手段，研究者证实嗜群血蜱可以经卵传递WELV，并将该病毒传播至被叮咬小鼠，导致小鼠感染死亡，进一步表明嗜群血蜱可能是WELV的重要传播媒介。研究者进一步调查了东北地区的宿主动物。在家养牲畜中，绵羊、马、猪血清中均检出WELV RNA，而犬与牛血清中未检出；在20多种小型野生哺乳动物中，仅从东北鼢鼠组织样本中检出WELV RNA。体外感染评估显示，WELV对多种不同宿主、不同组织来源的细胞系敏感；动物模型感染评估结果显示，小鼠的多个脏器、粪便与尿液均检出病毒。这些流行病学调查与实验室研究结果表明，WELV在自然疫源地的循环传播较为复杂，可能存在多种宿主动物与感染途径。基于上述研究发现，研究者认为，在我国嗜群血蜱主要分布地区，如辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古等，医护人员应警惕WELV临床感染的可能性；加强与扩大对正内罗病毒的监测和筛查，将有助于更好地了解这些病毒对人类健康的影响。
[学术文献 ] 清华大学揭示生物膜细菌抗噬菌体机制 进入全文
Science Advances
2024年9月4日，清华大学基础医学院刘锦涛课题组在Science Advances上发表了题为“噬菌体必要元件导致细菌群体抗性”（Essential phage component induces resistance of bacterial community）的论文。该研究对噬菌体侵染细菌生物被膜的动态过程进行了定量研究，发现细菌在被噬菌体裂解时释放出大量未组装至噬菌体的尾纤维蛋白，这些蛋白导致生物被膜对噬菌体产生抗性。研究者使用肺炎克雷伯菌的生物被膜作为模型系统，观察到在噬菌体感染的早期阶段，生物被膜的外层区域能够被噬菌体有效地分解。但是，在短短十个小时之后，生物被膜就发展出了对噬菌体的抵抗力，并且开始重新增长。当将新形成的细菌从生物被膜中分离出来进行测试时，发现它们仍然对噬菌体敏感，这表明生物被膜整体获得的抗性并不是由于细菌发生了常见的突变，而是生物被膜作为一个群体获得了抗性。研究者观察到，噬菌体的侵染会在生物被膜中形成一条明亮的带状区域，这条亮带会逐渐向生物被膜的内部推进。进一步的研究表明，这条亮带的形成与噬菌体的尾丝蛋白有关。这种蛋白能特异性地识别并降解细菌表面的荚膜多糖。值得注意的是，这一过程涉及的蛋白会导致生物被膜对噬菌体产生抗性。研究者提出了如下机制：最初，噬菌体会感染生物被膜的外部区域，并裂解这些外部的细菌。除了释放新复制的噬菌体之外，被裂解的细菌还会释放出未装配到噬菌体上的尾纤维蛋白。这些游离的尾纤维蛋白能够比噬菌体更快地扩散到生物被膜的内部，并在此过程中降解细菌表面的荚膜多糖。因为荚膜多糖通常是噬菌体感染细菌所需的受体之一，所以这一降解过程导致生物被膜对噬菌体产生了抗性。进一步的研究证实，通过调整尾纤维蛋白或是荚膜多糖的表达水平，可以调控生物被膜对噬菌体的抗性程度。研究表明，细菌被裂解后释放的物质对噬菌体感染细菌群体有着重要影响，这一领域值得进一步深入研究。研究还指出，尽管噬菌体尾纤维蛋白导致生物被膜产生抗性，但它同时也暴露了生物被膜的新弱点。生物被膜之所以具有较高的耐药性，部分原因在于它形成了一个阻止药物和其他分子渗透的屏障。而尾纤维蛋白通过降解细菌的荚膜，使得大分子物质更容易渗透进入生物被膜内部，这一发现为设计新的噬菌体治疗策略开辟了可能性。
[学术文献 ] 清华大学等阐述从结构到功能研究植物中生物大分子凝聚体的观点 进入全文
Molecular Plant
2024年9月3日，清华大学方晓峰联合新加坡南洋理工大学缪岩松和阿卜杜拉国王科技大学Monika Chodasiewica共同在Molecular Plant发表题为“Navigating biomolecular condensates in plants from patterns to functions”的观点文章，重点指出了研究生物分子凝聚体在植物生物学中的功能时需要考虑的主要因素，并植物中分子凝聚体的研究提供了未来的发展方向。文章首先阐释了植物生物分子凝聚体的可视化的方法和面临的问题与挑战，包括使用荧光蛋白（FP）标记目标蛋白需要注意的问题，并讨论了超分辨率显微镜在揭示凝聚体真实尺寸方面的关键作用，未来多维超分辨方法在植物中的应用为理解纳米尺度的凝聚体结构和形成机制提供了新的可能性。文章提出了多种策略来解析相分离在植物细胞中的功能，包括基因编辑技术（例如通过删除、替换或突变编码内在无序区域IDR的DNA片段）和用邻近性标记等方法确定凝聚体的成分。确定功能成分后，结合体外凝聚体功能的重建和计算机模拟，分析凝聚的功能。作者进一步归纳总结了包括生物物理线索、化学线索、凝聚体功能的转化在植物科学中的应用，展望了生物分子凝聚体在作物研究和改良中的潜在应用。了解哪些类型的植物性状可以被相分离原理严格控制将是非常重要的，这篇论文为我们理解植物细胞内的复杂相互作用提供了新的视角，并为未来的作物改良开辟了新的道路。
[学术文献 ] 新加坡国立大学与清华大学合作推出单细胞RNA测序数据分析新方法 进入全文
PNAS
2024年9月3日，清华大学丘成桐数学科学中心丘成桐团队与新加坡国立大学统计与数据科学系姚志刚团队合作在PNAS发表题为Single-Cell Analysis via Manifold Fitting: A Framework for RNA Clustering and Beyond研究论文。研究团队针对现有方法的局限性，单细胞数据分析方法，包括深度学习算法，往往难以准确捕捉数据中的非线性结构和细微变化，导致重要的生物学信息可能被忽视或误解。特别是在发现罕见的细胞类型、了解细胞如何变化以及绘制完整的“细胞地图”等重要任务中局限性日益凸显。提出了一种名为scAMF（Single-Cell Analysis via Manifold Fitting）的创新算法。该算法通过流形拟合进行单细胞分析，旨在从根本上改变分析和理解单细胞数据的方式。scAMF把复杂的单细胞数据看作是由两部分组成的。一部分是有意义的信息结构（低维流形结构），另一部分是无用的干扰信息（环境噪声）。通过流形拟合，scAMF能够有效地提取出潜在的流形结构，保留关键的生物学信息。该方法首先对原始数据进行多种转换，然后利用共享最近邻度量和局部几何结构，自适应地拟合空间结构不同的流形，从而有效处理细胞类型间的复杂非线性关系。经过流形拟合之后，scAMF只需使用简单的聚类方法就可以获得高精度聚类结果。在处理复杂单细胞数据时，scAMF表现优异，在细胞识别的准确性、细胞可视化等方面均优于现有的单细胞分析方法，包括基于图的算法以及深度学习算法。研究团队已经在25个复杂的单细胞数据集上测试了scAMF方法。这些数据集包括人脑细胞的详细信息、胚胎如何随时间发育的数据以及研究癌症多样性的数据等。研究表明，scAMF不仅能够更准确地识别已知细胞类型，还能够提供容易理解且有明确生物学意义的可视化结果。这些发现为理解复杂生命系统的组成和功能提供了新的见解。
