編委推薦

Nature | 基于BR和GA激素平衡實(shí)現(xiàn)半矮稈小麥產(chǎn)量的提升

以半矮稈品種選育和利用為主要特征的“綠色革命”為解決世界糧食問(wèn)題做出了重要貢獻(xiàn)。在小麥中“綠色革命”的誕生在遺傳上則主要?dú)w功于依賴于赤霉素信號(hào)途徑的矮稈基因或的發(fā)現(xiàn)和利用。但后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，或在降低小麥株高的同時(shí)，對(duì)其粒重和氮素利用效率均具有不同程度的負(fù)效應(yīng)，限制了“綠色革命”之后小麥單產(chǎn)水平的進(jìn)一步提升。近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院小麥研究中心基于正向遺傳學(xué)研究策略，在小麥4B染色體短臂上鑒定到一個(gè)約500 kb的大片段缺失等位變異，該區(qū)段含有一個(gè)在降低小麥株高同時(shí)可協(xié)同提升小麥產(chǎn)量和氮素利用效率的新位點(diǎn)(2023年4月26日在線發(fā)表，doi: 10.1038/s41586- 023-06023-6)。該大片段缺失中含有和三個(gè)緊密連鎖的基因，缺失型等位變異命名為。與野生型相比，導(dǎo)致半矮桿表型外，其莖稈強(qiáng)度、耐密性、收獲指數(shù)、千粒重和產(chǎn)量等有顯著提升，在群體水平下缺失單倍型可使小麥增產(chǎn)10%左右。-編碼一個(gè)含有RING結(jié)構(gòu)域的E3泛素連接酶，通過(guò)26S蛋白酶體途徑特異性地介導(dǎo)油菜素內(nèi)酯(BR)信號(hào)的負(fù)調(diào)控因子TaBKI1在質(zhì)膜上的降解。ZnF功能喪失則導(dǎo)致TaBKI1蛋白在質(zhì)膜上的過(guò)量積累而使得BR信號(hào)通路受阻，進(jìn)而表現(xiàn)出矮稈表型。進(jìn)一步研究表明，缺失株高和產(chǎn)量等均顯著增加，但是的缺失沒(méi)有明顯的表型變化，說(shuō)明單倍型的表型效應(yīng)與/的缺失有關(guān)。通過(guò)標(biāo)記輔助選擇策略，選育出4個(gè)含有缺失單倍型的高產(chǎn)、半矮稈小麥苗頭品系，在群體條件下的產(chǎn)量較主栽品種高產(chǎn)品種良星99增產(chǎn)6.5%～15.2%。綜上，利用單倍型實(shí)現(xiàn)了赤霉素和油菜素內(nèi)酯平衡，為培育出矮桿抗倒、高產(chǎn)和氮高效小麥品種提供了新途徑?！鐾扑]人：宿振起

Cell | 發(fā)現(xiàn)DNA力學(xué)性能中柔性在抗體基因體細(xì)胞超突變中的功能

作為體液免疫的分子基礎(chǔ)，抗體基因DNA需要經(jīng)歷胞苷脫氨酶AID(activation-induced cytidine deaminase)起始的超突變過(guò)程，從而表達(dá)抗原特異的高親和力抗體。胞苷脫氨酶AID如何偏好性作用于抗體基因外顯子中互補(bǔ)決定區(qū)(complementarity- determining region，CDR)的編碼DNA并不清楚。中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心孟飛龍實(shí)驗(yàn)室和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院上海市免疫學(xué)研究所葉菱秀實(shí)驗(yàn)室，在合作團(tuán)隊(duì)的支持下通過(guò)研究CDR偏好性超突變生化機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了抗體基因編碼DNA序列柔性的重要生理作用(2023年4月24日在線發(fā)表，doi:10.1016/j.cell.2023.03.030)?？贵w基因CDR編碼區(qū)因?yàn)楦缓奏?嘧啶堿基序列而具有較高的柔性，更容易與AID表面正電荷片區(qū)結(jié)合，引起CDR編碼區(qū)的超高突變。這一機(jī)制在人類、猴子、小鼠、羊駝、兔子、狗甚至是鴨嘴獸中都普遍存在。將柔性序列插入小鼠抗體基因中，可以人工制造新的突變熱點(diǎn)。這項(xiàng)研究為DNA大分子力學(xué)性能調(diào)控細(xì)胞生命活動(dòng)提供了有力的實(shí)證，揭示了編碼氨基酸密碼子的非編碼功能，可為下一代抗體基因人源化動(dòng)物模型的設(shè)計(jì)提供底層理論?！鐾扑]人：張雷

Nature | 衰老相關(guān)的Pol II延伸速度變化影響壽命

衰老對(duì)于人類而言是一個(gè)永恒的話題。衰老會(huì)損害廣泛的細(xì)胞過(guò)程，其中許多過(guò)程會(huì)影響蛋白質(zhì)的合成。其中，轉(zhuǎn)錄調(diào)控是影響蛋白質(zhì)表達(dá)水平的重要環(huán)節(jié)。由于pre-mRNA加工步驟(如剪接、編輯和3′端形成)的共轉(zhuǎn)錄性質(zhì)，轉(zhuǎn)錄延伸對(duì)mRNA的正確合成至關(guān)重要。轉(zhuǎn)錄延伸的失調(diào)會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤轉(zhuǎn)錄物的形成，進(jìn)而導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生。在衰老過(guò)程中，動(dòng)物轉(zhuǎn)錄組經(jīng)歷了廣泛的重塑，轉(zhuǎn)錄物的表達(dá)發(fā)生了大規(guī)模變化，涉及信號(hào)傳導(dǎo)、DNA損傷修復(fù)、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)、免疫應(yīng)答和干細(xì)胞可塑性等。此外，一些研究還發(fā)現(xiàn)，與衰老相關(guān)的遺傳變異和基因表達(dá)錯(cuò)誤的發(fā)生概率會(huì)隨年齡的增加而增加。然而，目前尚不清楚轉(zhuǎn)錄過(guò)程本身是否或多大程度上影響衰老。近日，德國(guó)科隆大學(xué)、馬克斯普朗克衰老生物學(xué)研究所的研究團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了RNA聚合酶II (Pol II)的延伸速度在衰老過(guò)程中的重要作用(2023年4月12日在線發(fā)表，doi: 10.1038/s41586-023- 05922-y)。隨著年齡的增長(zhǎng)，基因的轉(zhuǎn)錄速度增加，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄保真度喪失，從而影響基因產(chǎn)物的質(zhì)量。然而，限制飲食和抑制胰島素信號(hào)可以逆轉(zhuǎn)大部分與衰老相關(guān)的變化，減緩基因的轉(zhuǎn)錄速度。該研究團(tuán)隊(duì)分析了線蟲、果蠅、小鼠、大鼠和人類的轉(zhuǎn)錄過(guò)程中與衰老相關(guān)的全基因組變化。研究發(fā)現(xiàn)這5個(gè)物種中，Pol II伸長(zhǎng)速度隨著年齡的增長(zhǎng)而增加，在延長(zhǎng)線蟲、果蠅和小鼠壽命的條件下Pol II延伸速度降低。研究人員在果蠅和蠕蟲體內(nèi)的Pol II蛋白上，利用基因編輯技術(shù)對(duì)Pol II突變改造，使得突變后的Pol II轉(zhuǎn)錄速度減緩。他們發(fā)現(xiàn)帶有這些突變的動(dòng)物壽命較對(duì)照組增加了10%～20%。類似地，通過(guò)過(guò)表達(dá)組蛋白成分降低Pol II的速度，以對(duì)抗與年齡相關(guān)的核小體定位變化，也延長(zhǎng)了果蠅的壽命以及人類肺細(xì)胞和臍靜脈細(xì)胞的分裂潛力?？偠灾?，該項(xiàng)研究揭示了Pol II的延伸速度對(duì)壽命的重要影響，表明Pol II可能是開(kāi)發(fā)減緩甚至逆轉(zhuǎn)衰老藥物的潛在靶點(diǎn)。■推薦人：許鑫璘，李珊珊

Cell | 耦聯(lián)翻譯的核糖體影響細(xì)菌轉(zhuǎn)錄——犧牲精度以提高速度

為了滿足快速生長(zhǎng)的需要，原核生物的核糖體通常會(huì)結(jié)合到仍處于轉(zhuǎn)錄中的mRNA上開(kāi)始翻譯過(guò)程。這一機(jī)制極大提高蛋白合成效率但同時(shí)也存在影響轉(zhuǎn)錄的可能。近日，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校Carlos J. Bustamante團(tuán)隊(duì)和勞倫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Eva Nogales等報(bào)道了利用人工構(gòu)建的大腸桿菌轉(zhuǎn)錄翻譯耦聯(lián)系統(tǒng)對(duì)此問(wèn)題的研究成果(2023年3月16日發(fā)表，doi: 10.1016/j.cell.2023.02.008)，發(fā)現(xiàn)翻譯中的核糖體不但可以有效防止RNA聚合酶的停頓和轉(zhuǎn)錄終止，而且能夠成倍提高轉(zhuǎn)錄的速率?；诖竽c桿菌元件，該項(xiàng)研究構(gòu)建了能夠在mRNA水平上形成特定結(jié)構(gòu)特征的無(wú)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄翻譯系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)量與核糖體耦聯(lián)的單個(gè)RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄的速率和準(zhǔn)確度，比較得出耦聯(lián)核糖體促進(jìn)聚合酶轉(zhuǎn)錄效率的結(jié)果，且揭示整個(gè)體系的運(yùn)轉(zhuǎn)完全依賴于蛋白和核酸的作用力，無(wú)需額外輔助。研究人員還利用冷凍電鏡觀察了聚合酶轉(zhuǎn)錄含有末端錯(cuò)配序列時(shí)耦聯(lián)核糖體的作用，發(fā)現(xiàn)偶聯(lián)核糖體能夠引導(dǎo)聚合酶變構(gòu)，從而可以通過(guò)錯(cuò)配序列?；诖耍芯空咧赋鰧?duì)細(xì)菌而言聚合酶在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的停頓構(gòu)成嚴(yán)重生存威脅，需要耦聯(lián)的核糖體才能夠得以解除。■推薦人：高海春

Science | 提出利用動(dòng)物抗體人工設(shè)計(jì)NLR蛋白用于提高植物免疫的新策略

植物固有免疫由于其識(shí)別專一性，常常不能迅速變化以識(shí)別多變的病原物效應(yīng)蛋白。而由動(dòng)物適應(yīng)性免疫系統(tǒng)所產(chǎn)生的抗體卻可以針對(duì)病原體做出快速且特異的響應(yīng)。英國(guó)東英吉利大學(xué)塞恩斯伯里實(shí)驗(yàn)室 Sophien Kamoun團(tuán)隊(duì)在發(fā)表題為NLR immune receptor–nanobody fusions confer plant disease resistance的研究性論文。研究者提出通過(guò)駝?lì)悇?dòng)物免疫體系純化抗體，人工設(shè)計(jì)植物免疫蛋白，從而賦予植物一種基于動(dòng)物抗體的病原物特異性防御(2023年3月2日在線發(fā)表，doi:10.1126/science. abn4116)。該研究利用前人報(bào)道的可識(shí)別熒光蛋白GFP和mCherry的納米抗體替換到水稻免疫受體NLR蛋白(Pikm)的整合結(jié)構(gòu)域上，從而人工設(shè)計(jì)出新的免疫受體Pikobody。在煙草體系中共表達(dá)攜帶GFP或mCherry的馬鈴薯病毒載體及識(shí)別相應(yīng)熒光蛋白的Pikobody能夠引發(fā)細(xì)胞死亡，從而抑制病毒增殖數(shù)量。多個(gè)Pikobody共表達(dá)還能夠增加蛋白的識(shí)別范圍。這項(xiàng)工作揭示了人工設(shè)計(jì)免疫受體有潛力成為一個(gè)快速且特異性的抗病蟲策略?！鐾扑]人：程航遠(yuǎn)，魯非

Science | 人類卵母細(xì)胞非中心體紡錘體組裝的新機(jī)制

紡錘體的正確組裝是生殖細(xì)胞確保染色體的正確分離，減數(shù)分裂順利進(jìn)行的重要事件。體細(xì)胞的紡錘體組裝一般由中心體介導(dǎo)，而人卵母細(xì)胞一直認(rèn)為不存在中心粒微管組織中心aMTOCs，那么人類卵母細(xì)胞紡錘體究竟是如何形成的？這一科學(xué)問(wèn)題的答案尚未可知。2022年11月18日，復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院王磊團(tuán)隊(duì)等在雜志上發(fā)文揭示了人類卵母細(xì)胞非中心體紡錘體組裝的機(jī)制，人卵母細(xì)胞中存在獨(dú)特全新的微管組織中心huoMTOC (human oocyte microtubule organizing center)，形成于卵母細(xì)胞皮質(zhì)區(qū)，最后在動(dòng)粒附近起始紡錘體微管處聚集和生長(zhǎng)(doi: 10.1126/science. abq7361)。在MI人卵母細(xì)胞中，有4個(gè)蛋白CCP110、CKAP5、DISC1和TACC3蛋白同時(shí)定位huoMTOC。此后，他們?cè)?400余名卵母細(xì)胞成熟障礙患者的全外顯子測(cè)序數(shù)據(jù)中進(jìn)行突變篩查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩位患者攜帶TACC3的復(fù)雜合致病突變，且GV期huoMTOC結(jié)構(gòu)均被破壞，MI期卵母細(xì)胞中無(wú)紡錘體形成。該研究從生理病理角度揭示了人卵母細(xì)胞紡錘體組裝新機(jī)制?！鐾扑]人：廖凱，盧大儒