編委推薦

Nature | 10+小麥基因組揭示全球小麥當代育種材料豐富的變異

基因組技術(shù)的發(fā)展加快了水稻(L.)、玉米(L.)等多種重要農(nóng)作物的改良進程，與其相比，普通小麥(L.)卻面臨著諸多挑戰(zhàn)。普通小麥作為多倍體，基因組龐大且復雜，序列組裝拼接困難，缺乏多小麥品系的基因組組裝數(shù)據(jù)為小麥改良提供參考。小麥10+基因組團隊基于飛速發(fā)展的基因組測序及組裝技術(shù)，由加拿大薩斯喀徹溫大學、瑞士蘇黎世大學Thomas Wicker、德國環(huán)境健康研究中心Manuel Spannagl和加拿大農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)食品部Curt A. McCartney等合作完成了15個六倍體小麥的基因組拼裝，其中10個達到染色體水平參考基因組的質(zhì)量，另外5個為scaffold水平的基因組，并探討了全球育種計劃中小麥品系的基因組多樣性(2020年11月25日在線發(fā)表，doi: 10.1038/s41586-020-2961-x)。通過比較分析組裝的10+六倍體小麥基因組序列，該研究分析了一些農(nóng)藝性狀相關(guān)基因家族在各個基因組中的分布，注釋了大量的NLR抗病基因；揭示了這些小麥品系中廣泛的結(jié)構(gòu)重排、野生近緣物種基因片段的導入以及復雜的育種歷史導致的基因含量差異；開發(fā)了單倍型可視化工具，快速鎖定了一個抗小麥橙色花蠓蟲(Géhin)的基因，該工具為農(nóng)藝性狀基因的篩選定位提供了極大的便利。10+小麥基因組這項工程將為小麥功能基因的發(fā)現(xiàn)和育種提供基礎(chǔ)，從而促進未來小麥新品種的培育。■推薦人：孔令讓

Developmental Cell | 時空各異的轉(zhuǎn)錄因子可組合發(fā)揮功能

盡管單個轉(zhuǎn)錄因子的表達和功能并非高度特異，但是通過多個轉(zhuǎn)錄因子的組合可以發(fā)揮細胞特異性功能。作為基因表達和命運決定的基本策略，該模式通常假定多個轉(zhuǎn)錄因子在同一細胞表達。以線蟲()左–右不對稱神經(jīng)元ASEL-ASER命運決定過程為模型，奧地利分子病理研究所Luisa Cochella團隊對該模型進行了拓展：一個早期轉(zhuǎn)錄因子的效應可通過有絲分裂隨細胞譜系傳遞，并與另一晚期轉(zhuǎn)錄因子的功能發(fā)生組合，實現(xiàn)特異性基因調(diào)控(2020年11月23日發(fā)表，doi: 10.1016/j.devcel.2020.09.002)。在胚胎發(fā)育早期，轉(zhuǎn)錄因子TBX-37/38在ABa譜系的祖細胞瞬時表達并預活化microRNA基因，該預活化狀態(tài)可隨ABa細胞譜系傳遞多代，后期，轉(zhuǎn)錄因子CHE-1“登場”并繼承TBX-37/38的“未盡事業(yè)”，特異性地在ABa譜系后代細胞ASEL中激活基因表達和細胞命運決定?！熬椅瓷?，盡管TBX-37/38和CHE-1從未碰面，但它們的功能卻可以經(jīng)過細胞譜系跨越時空疊加。該研究提示，在發(fā)育調(diào)控過程中，也許我們不應該忽略細胞在其發(fā)育歷史中所經(jīng)歷的一切。■推薦人：杜茁

Nature Microbiology | 在結(jié)核分支桿菌中開發(fā)基于轉(zhuǎn)錄因子誘導表型的藥物適應性體系

為破譯結(jié)核分枝桿菌()分子應激機制，鑒定特殊環(huán)境下其適應性，從而發(fā)現(xiàn)藥物靶標及增強治療的新策略，美國華盛頓大學David R. Sherman實驗室采用一種新型基于網(wǎng)絡(luò)遺傳篩選法——轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子誘導表型(transcriptional regulator-induced phenotype, TRIP)篩選法，與之前轉(zhuǎn)座子介導基因突變池篩選法有很大不同，其可量化與誘導每一個轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)演化的過程(2020年11月16日在線發(fā)表，doi:10.1038/s41564-020-00810-x)。他們用TRIP法鑒定對一線抗結(jié)核藥物異煙肼(isoniazid, INH)的網(wǎng)絡(luò)適應性，發(fā)現(xiàn)一種特殊調(diào)節(jié)器，當其被誘導時可增強INH的活性；并發(fā)現(xiàn)受抑制調(diào)節(jié)的(Rv1469)可能是INH的一個效應因子，當突變時，可增強s對INH的敏感性。TRIP篩選方法對網(wǎng)絡(luò)信息集成化分析，有助于深入了解在特殊生長條件下應急機制中更復雜的分子反應程序，而這一新方法亦可運用于其他生物體中的相關(guān)研究?！鐾扑]人：梁海華

Science Advances | 單細胞匹配的人工智能生物學新算法

不依賴標記基因注釋的細胞類型匹配算法，能夠根據(jù)單細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)識別單個細胞類型，對于探索復雜組織和器官的異質(zhì)性具有重要意義，是單細胞數(shù)據(jù)分析中的重大挑戰(zhàn)。已有算法準確性不高、穩(wěn)定性不足、難以發(fā)現(xiàn)新的細胞類型。同濟大學生命科學與技術(shù)學院劉琦教授團隊利用前沿人工智能生物學技術(shù)，設(shè)計了基于度量學習(metric learning)的單細胞匹配算法scLearn，從海量數(shù)據(jù)中學習定量的測度和參數(shù)，從而準確識別單細胞的類型(2020年10月30日在線發(fā)表，doi:10.1126/sciadv.abd0855)。通過比較，scLearn的準確性優(yōu)于同類算法，模型穩(wěn)定性大為提高，且能夠精準預測新的細胞類型。該研究為后續(xù)單細胞數(shù)據(jù)分析提供了全新的計算工具?！鐾扑]人：薛宇

Nature | 發(fā)現(xiàn)TERRA lncRNA被招募到端粒的新機制

端粒介導基因組穩(wěn)定并與細胞壽命密切相關(guān)。TERRA (telomeric-repeat-containing RNA)是染色體末端轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的長鏈非編碼RNA (long noncoding RNA, lncRNA)，是端粒酶的RNA組分。然而TERRA RNA被招募到染色體末端的機制尚不清楚。瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院Lingner實驗室利用PP7-GFP報告系統(tǒng)，在哺乳動物細胞中發(fā)現(xiàn)重復序列UUAGGG對TERRA靶向定位到染色體末端至關(guān)重要(2020年10月14日在線發(fā)表，doi: 10.1038/s41586-020-2815-6)。作者隨后利用siRNA文庫篩選與TERRA及端粒相關(guān)的蛋白質(zhì)編碼基因，發(fā)現(xiàn)敲低RNaseH1可以顯著增加TERRA在端粒的招募，暗示TERRA在端粒上反式形成R-loop。進一步研究確定這一現(xiàn)象依賴于DNA同源重組修復蛋白RAD51，其通過促進R-loop的產(chǎn)生而招募TERRA。TERRA可能作為一個支架引導調(diào)節(jié)端粒R-loop的生成，而端粒R-loop的生成對于端粒穩(wěn)態(tài)十分重要。該研究對于其他lncRNA的細胞核內(nèi)定位機制也具有重要借鑒意義?！鐾扑]人：單革

Science | 新型冠狀病毒重癥感染相關(guān)遺傳因素的新證據(jù)

2019年底以來，新型冠狀病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2)感染所致的新冠肺炎在全球流行，嚴重威脅人類的生命健康。然而，個體感染SARS-CoV-2后，會發(fā)生顯著不同的病程轉(zhuǎn)歸，可表現(xiàn)為單純性感染、輕型肺炎、普通型肺炎、重型肺炎和危重型肺炎。先前發(fā)表于《新英格蘭醫(yī)學雜志》的研究表明，個體的重癥感染可能與遺傳變異有關(guān)，但人們對重癥新冠肺炎的遺傳貢獻和相關(guān)機制仍然了解較少。近日，美國洛克菲勒大學Jean-Laurent Casanova團隊通過對1193例新冠肺炎患者進行基因組檢測，發(fā)現(xiàn)其中的重癥患者攜帶有害的罕見變異(2020年9月24日在線發(fā)表，doi: 10.1126/science.abd4570)。這些突變來自于13個基因座位，相關(guān)基因富集于TLR3/IRF7依賴的I型干擾素通路。對這13個基因座位上的全部118個非同義突變進行進一步的功能研究，發(fā)現(xiàn)攜帶這些突變的細胞對SARS-CoV-2易感性更高。該研究表明，參與雙鏈RNA感應的TLR3/IRF7依賴的I型干擾素免疫可能在控制SARS-CoV-2中發(fā)揮重要作用，而這些免疫相關(guān)基因的遺傳缺陷可能是部分個體發(fā)展為重癥新冠肺炎的原因?！鐾扑]人：周鋼橋

Nature | 三萬例精子基因組解析人類減數(shù)分裂重組變異規(guī)律

遺傳重組是有性生殖的重要概念，測定重組率、進行單倍型分析也是遺傳分析的主要手段。那么每次減數(shù)分裂會發(fā)生多少次重組，在不同個體的不同染色體上的分布規(guī)律又如何？這個老問題需要獲得更精確和更細節(jié)的解答。美國Broad研究所Steven A. McCarroll和Avery Davis Bell團隊對20個健康精子捐獻者的31,228個配子基因組進行了平均0.01×的低深度單細胞測序，鑒定出813,122個染色體重組和787個非整倍染色體交換(2020年6月3日發(fā)表，doi: 10.1038/s41586-020-2347-0)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在個體間和細胞間，其重組率和變異率的變化比較大。不同捐獻者的每個精子平均重組次數(shù)在22.2~28.1之間分布，集中發(fā)生在遠著絲粒區(qū)以及距離適度的近著絲粒區(qū)，特別是第一次重組更容易發(fā)生在遠著絲粒區(qū)。染色體重組發(fā)生的函數(shù)是沿減數(shù)分裂聯(lián)會復合體的物理長度發(fā)生，而不是基因組的堿基距離。卵母細胞比精母細胞具有更長的聯(lián)會復合體，因此也會發(fā)生更多的交換重組。不同精母細胞的染色體物理長度反映了它們之前的差異高達兩倍，意味著染色體更緊密的精母細胞會有較少交換重組。此外，捐贈者的精子非整倍體發(fā)生率差異更大，從1.0%~ 4.6%不等，發(fā)生染色體丟失是染色體獲得的2.4倍。性染色體的非整倍體發(fā)生率最高，并更可能在減數(shù)分裂I期發(fā)生，常染色體則相反。該研究通過大規(guī)模單細胞測序分析揭示了減數(shù)分裂染色體的可變物理壓縮可能決定了個體間和個體內(nèi)的變異。這種細胞生物學和人類生物學變異之間的相似性，原則上可用于多種環(huán)境下的生物學問題分析?！鐾扑]人：姜雨