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Nature Genetics | 新一代測(cè)序技術(shù)助力小麥基因組測(cè)序和抗病基因的克隆

小麥?zhǔn)钱愒戳扼w作物，不但基因組龐大、重復(fù)序列多，且不同種質(zhì)間普遍存在大量染色體的結(jié)構(gòu)重組和外源染色體片段的滲入等現(xiàn)象。因此，在小麥中直接進(jìn)行重要性狀基因克隆的難度較大。條銹病(Strip/Yellow rust)是影響小麥生產(chǎn)的重要病害，雖然在小麥及其近緣種基因庫(kù)中已定位了83個(gè)條銹抗病基因，但只有9個(gè)被成功克隆。近日，沙特阿拉伯阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)Simon與CenGen有限公司Renée兩個(gè)?研究組合作，通過HiFi測(cè)序技術(shù)對(duì)南非普通小麥品種Kariega基因組進(jìn)行了測(cè)序和組裝，并成功克隆了小麥條銹抗病基因(2022年3月14日發(fā)表，doi:10.1038/s41588-022-01022-1)。該研究通過對(duì)抗病品種Kariega進(jìn)行高保真長(zhǎng)讀長(zhǎng)并利用光學(xué)圖譜和染色體構(gòu)象捕獲等技術(shù)，組裝并獲得了該品種14.66 Gb高質(zhì)量基因組序列圖，并對(duì)其約11.7萬(wàn)個(gè)高置信基因進(jìn)行了注釋。在重測(cè)序的基礎(chǔ)上，利用作圖群體、EMS誘變、VIGS等方法克隆了2B染色體上的抗病主效。根據(jù)已有條銹病抗病基因定位和基因序列信息可知，為已命名的條銹抗病基因。序列分析發(fā)現(xiàn)，為典型的NBS-LRR抗病基因，與已克隆的葉銹抗性基因?yàn)榈任换?。雖然和在蛋白序列上具有97.3%的相似性，但其對(duì)小麥銹病的抗性類型則不相同。該研究結(jié)果表明，隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展和成本的降低，新一代測(cè)序技術(shù)的應(yīng)用可極大提高小麥基因克隆的進(jìn)程。此外，的克隆表明抗病等位基因關(guān)鍵序列的變異導(dǎo)致了抗病等位基因?qū)Σ≡剐缘牟町?，為今后抗病基因的分子設(shè)計(jì)和定向創(chuàng)制提供重要參考。■推薦人：張福萍，宿振起

Nature Communications | 腸道微生物在自閉癥譜系障礙中調(diào)控神經(jīng)活動(dòng)的新機(jī)制

自閉癥譜系障礙(autism spectrum disorder, ASD)是一類由遺傳因素和環(huán)境因素共同作用導(dǎo)致的神經(jīng)發(fā)育疾病，其患者的核心癥狀表現(xiàn)為社交障礙以及重復(fù)刻板行為。近年來(lái)，越來(lái)越多的證據(jù)表明腸道微生物能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)活動(dòng)并且影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的行為。但是，腸道微生物及其代謝產(chǎn)物如何調(diào)節(jié)與ASD相關(guān)的神經(jīng)活動(dòng)仍然知之甚少。此外，能否通過腸道干預(yù)來(lái)治療ASD目前仍然缺乏足夠的證據(jù)。近日，中國(guó)科學(xué)院北京生命科學(xué)研究院趙方慶團(tuán)隊(duì)從解析ASD動(dòng)物模型在神經(jīng)系統(tǒng)和腸道的表型入手，在此基礎(chǔ)上引入了菌群定植實(shí)驗(yàn)和藥物干預(yù)實(shí)驗(yàn)，開展了腸道微生物對(duì)ASD中神經(jīng)活動(dòng)調(diào)控機(jī)制的研究(2022年3月3日在線發(fā)表，doi:10.1038/ s41467-022-28746-2)。研究首次闡明了氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體在腸道微生物調(diào)節(jié)與ASD相關(guān)的神經(jīng)活動(dòng)中的作用，發(fā)現(xiàn)腸道微生物和腸道氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體抑制劑能夠糾正ASD相關(guān)的行為，提示腸道干預(yù)有可能作為ASD臨床治療的有效手段?！鐾扑]人：趙方慶

Molecular Cell | 食物中的必需氨基酸所介導(dǎo)的泛素化能減輕脂肪肝癥狀

非酒精型脂肪肝是全球性的健康問題，目前還沒有批準(zhǔn)的有效治療藥物。高蛋白飲食是目前較為有效的緩解方式，但高蛋白飲食緩解非酒精型脂肪肝的作用機(jī)制尚不清楚。北京大學(xué)朱健實(shí)驗(yàn)室建立了非酒精型脂肪肝的果蠅模型，發(fā)現(xiàn)了食物中必需氨基酸所介導(dǎo)的泛素化減輕脂肪肝癥狀的機(jī)制(2022年3月3日在線發(fā)表，doi: 10.1016/j.molcel. 2022.01.021)。食物中必需氨基酸，尤其是亮氨酸和異亮氨酸，能夠激活E3連接酶UBR1。被激活的E3連接酶UBR1進(jìn)一步結(jié)合胞質(zhì)脂滴結(jié)合蛋白Plin2，并促進(jìn)蛋白Plin2的泛素化和降解，從而緩解脂肪肝的癥狀。研究人員發(fā)現(xiàn)在肥胖和高脂肪飲食引起的患有脂肪肝的小鼠體內(nèi)表達(dá)持續(xù)激活的UBR2 (UBR1家族成員)能夠顯著地減緩脂肪肝的癥狀，因此該研究揭示激活UBR1家族蛋白是治療非酒精型脂肪肝的有效方法?！鐾扑]人：王瀅，閻言。

Science | 通過博物學(xué)驅(qū)動(dòng)的組學(xué)分析揭示植物對(duì)小葉蟬的化學(xué)防御機(jī)制

多食性農(nóng)業(yè)害蟲小葉蟬(leafhopper)通過與植物接觸，激活植物的茉莉酸合成與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，然后探測(cè)植物的茉莉酸信號(hào)響應(yīng)水平，特異性地選擇防御響應(yīng)水平更低的植物進(jìn)行取食。然而，植物對(duì)小葉蟬進(jìn)行防御響應(yīng)的茉莉酸信號(hào)下游組分和代謝物仍不清楚。中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心李大鵬團(tuán)隊(duì)和德國(guó)馬克斯普朗克化學(xué)生態(tài)所Ian T. Baldwin團(tuán)隊(duì)通過博物學(xué)驅(qū)動(dòng)的多組學(xué)分析鑒定到在植物對(duì)小葉蟬的化學(xué)防御中發(fā)揮直接抗性的新型化合物CPH，并解析了其生物合成途徑，成功應(yīng)用于抗蟲作物設(shè)計(jì)(2022年2月4日在線發(fā)表，doi: 10.1126/science.abm2948)。該研究通過自然環(huán)境下與溫室內(nèi)的正反向遺傳學(xué)篩選，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)與非靶向結(jié)構(gòu)代謝組學(xué)的聯(lián)合分析，鑒定到了植物對(duì)小葉蟬產(chǎn)生非寄主抗性的關(guān)鍵化合物并將其命名為CPH，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)CPH是由酰基轉(zhuǎn)移酶AT1、多酚氧化酶PPO1/PPO2以及小檗堿橋酶BBL2共同催化合成。利用合成生物學(xué)技術(shù)在番茄()和蠶豆()中對(duì)CPH代謝途徑進(jìn)行重建，成功培育出具有小葉蟬抗性的作物。該研究通過多組學(xué)分析鑒定到一個(gè)新的化合物CPH并解析了其完整合成途徑，并成功應(yīng)用于抗蟲作物設(shè)計(jì)，為從多組學(xué)角度研究植物與食草動(dòng)物的互作提供了新的范例，并為農(nóng)業(yè)害蟲的綠色精準(zhǔn)防控提供了可行方案?！鐾扑]人：于緒琛，許操

Cell | EMSY抑制同源重組修復(fù)和干擾素反應(yīng)，促進(jìn)肺癌免疫逃逸

免疫檢查點(diǎn)阻斷(immune checkpoint blockade, ICB)作為一種新型免疫療法已被應(yīng)用于多種癌癥的治療。其中，非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)具有高腫瘤突變負(fù)荷(tumor mutational burden, TMB)特征，可能對(duì)ICB治療敏感；但是，KEAP1 (the Kelch-like ECH-associated protein)發(fā)生突變的NSCLC患者通常會(huì)對(duì)ICB產(chǎn)生抗性，具體分子機(jī)制尚不完全清楚。近日，美國(guó)紐約大學(xué)格羅斯曼醫(yī)學(xué)院的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，KEAP1通過靶向EMSY，介導(dǎo)其泛素化降解，進(jìn)而調(diào)節(jié)同源重組修復(fù)(homologous reco-mbination repair, HRR)過程和抗腫瘤免疫反應(yīng)(2021年12月27日在線發(fā)表，doi: 10.1016/j.cell.2021.12. 005)。該研究發(fā)現(xiàn)，缺失的NSCLC中，EMSY穩(wěn)定表達(dá)，導(dǎo)致BRCAness表型(HRR缺陷和對(duì)PARP抑制劑敏感)。并且，EMSY可抑制I型干擾素應(yīng)答和先天免疫信號(hào)，促進(jìn)腫瘤免疫逃逸。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，采用STING激動(dòng)劑激活腫瘤微環(huán)境中的I型干擾素反應(yīng)可激活先天和獲得性免疫信號(hào)，抑制突變型腫瘤的生長(zhǎng)?？傊撗芯刻崾?，單獨(dú)或聯(lián)合靶向PARP和STING通路是一種新的治療突變的NSCLC患者的策略?！鐾扑]人：馮嵐，曹鵬博，周鋼橋

Nature Microbiology | 環(huán)境轉(zhuǎn)化測(cè)序(ET-seq)與DNA編輯一體式RNA介導(dǎo)的CRISPR-Cas轉(zhuǎn)座酶(DART)系統(tǒng)相結(jié)合是一種編輯微生物群落中特定菌種基因組特定位點(diǎn)的通用新策略

傳統(tǒng)微生物遺傳研究流程是分離純化、培養(yǎng)菌種，尋找理想的轉(zhuǎn)化方式，進(jìn)行遺傳操作，例如靶向編輯。這一過程可能歷經(jīng)數(shù)年也未必能成功。然而，絕大多數(shù)細(xì)菌和古細(xì)菌仍未能分離培養(yǎng)出來(lái)，因此傳統(tǒng)的遺傳操作方法無(wú)法很好地應(yīng)用于這些生物自身及其與其他生物相互作用研究。近日，美國(guó)加州大學(xué) Jillian F. Banfield和Jennifer A. Doudna團(tuán)隊(duì)表征并驗(yàn)證了一種編輯微生物群落中特定生物基因組的通用新策略(2021年12月6日在線發(fā)表，doi:10.1038/s41564-021-01014-7)。該策略包括環(huán)境轉(zhuǎn)化測(cè)序(environmental transformation sequencing, ET-seq)和DNA編輯一體式RNA引導(dǎo)的CRISPR-Cas轉(zhuǎn)座酶(DNA-editing all-in-one RNA-guided CRISPR- Cas transposase, DART)系統(tǒng)。ET-seq可在非靶向的轉(zhuǎn)座子傳遞到微生物群落后，對(duì)其插入位點(diǎn)進(jìn)行基因組做圖和量化，用以識(shí)別出可跟蹤的生物。利用ET-seq鑒定出菌群落中可跟蹤的生物后，可用DART系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行靶向DNA插入，在群落環(huán)境中實(shí)現(xiàn)特定菌種、特定基因組位點(diǎn)的遺傳操作。作者在土壤和嬰兒腸道微群落中組合使用ET-seq和DART，對(duì)幾種細(xì)菌進(jìn)行菌種和位點(diǎn)特異性編輯，測(cè)量了一種非模式細(xì)菌和豐富目標(biāo)菌種的基因適合度(gene fitness)以及用于分離特定細(xì)菌等。這些工具可以把傳統(tǒng)微生物遺傳研究流程縮短到數(shù)周之內(nèi)，使分離菌株不再是遺傳研究的必要條件，同時(shí)為原位()遺傳學(xué)這一新的領(lǐng)域提供了必需的技術(shù)。 ■推薦人：張?zhí)煊?/p>