摘要：

Nature | 噬菌体衣壳蛋白直接激活细菌固有免疫

细菌–噬菌体之间的军备竞赛在不断共进化中。与真核细胞固有免疫系统通过致病菌相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)感知致病菌的方式相似，许多细菌的固有免疫系统需要噬菌体特异性分子的激发，才能够对噬菌体感染作出应答。但细菌的哪种分子负责侦测噬菌体的何种激发分子尚不清楚。2022年11月16日，美国麻省理工学院、比利时布鲁塞尔自由大学(Université libre de Bruxelles, ULB)Abel Garcia-Pino以及瑞典隆德大学(Lund University)Vasili Hauryliuk等合作在Nature发表了题为“Direct activation of a bacterial innate immune system by a viral capsid protein”的研究论文，报道了来自沙门氏菌温和噬菌体SJ46，在多个大肠杆菌中也保守的融合毒素–抗毒素系统CapRel^SJ46直接感知噬菌体中重要保守成分衣壳蛋白，保护大肠杆菌抗多种噬菌体感染的分子机制(doi：10.1038/s41586-022-05444-z)。这类抑制翻译的毒素得名源于其在蓝细菌、放线菌和动杆菌中分布较多，序列类似鸟苷四/五磷酸合成酶/水解酶Rel (Cyan­obacteria, Actinobacteria, and Proteobacteria and sequence similarity to the (p)ppGpp synthetase/ hydrolase Rel)。无噬菌体感染时，细菌的CapRel^SJ46是无活性的闭合构象，其C端抗毒素结构域自抑制N端毒素结构域。噬菌体感染后，噬菌体SECΦ27的主要衣壳蛋白Gp57结合CapRel^SJ46的C-端并直接激活细菌的CapRel^SJ46，随后CapRel^SJ46形成稳定、具有活性的开放状态。开放状态的CapRel^SJ46再焦磷酸化tRNA的嘌呤碱基、细菌的蛋白质翻译系统被抑制，阻止了产生成熟病毒粒子，导致噬菌体流产感染。这防止了噬菌体在细菌群体中传播。传统观点认为，抗毒素为蛋白质的细菌II型毒素–抗毒素系统的激活需要水解抗毒素蛋白质。该研究揭示了噬菌体主要蛋白激活II型毒素–抗毒素的新模式，开辟了是细菌–噬菌体攻防战研究的新方向。通过噬菌体感染激活宿主免疫系统，细菌免疫应答可能比限制–修饰系统或者CRISPR/Cas系统介导的更快。一些真核病毒的衣壳蛋白也可刺激哺乳动物的固有免疫通路。例如，HIV衣壳蛋白可以分别被宿主TRIM5或NONO在细胞质或细胞核中感知，从而激活固有免疫。这也表明细菌和真核生物的固有免疫在功能和分子基础上都保守。■推荐人：谢建平，申庆磊

Plant Biotechnology Journal | Nature Biote­chno­logy | Plant Communication | 单倍体育种技术可以大大缩短育种周期，提高育种效率

杂交小麦是今后全球小麦产量大幅提升的重要途径之一，但由于栽培小麦是异源六倍体，基因组复杂，杂种优势未能实现大面积利用，制种成本过高也严重制约了杂交小麦的产业化推广。目前，小麦双单倍体育种主要利用小麦×玉米诱导小麦单倍体植株，经加倍得到纯合的DH (doubled haploid)系。近年来研究发现，控制玉米单倍体诱导基因MTL/ZMPLA1和ZmDMP在不同物种中具有保守性，中国农业大学陈绍江团队通过基因编辑技术敲除小麦PLA基因成功实现了高效率的单倍体诱导(Plant Biotechnol J, 2020, 18: 316–318, doi: 10.1111/pbi. 13218)，展示了该技术在创建小麦单倍体快速育种新体系中的应用前景。着丝粒组蛋白编码基因Centromeric Histone3(CENH3)参与着丝粒复合蛋白的募集和稳定。突变拟南芥CENH3基因，可以诱导约30%的单倍体。先正达生物科技(中国)有限公司吕建团队研究发现(Nat Biotechnol, 2020, 38: 1397–1401, doi: 10.1038/s41587-020-0728-4)，六倍体面包小麦存在两个CENH3同源基因，TaCENH3α在子房和花粉中的表达高于TaCENH3β，通过基因编辑技术编辑小麦的着丝粒组蛋白TaCENH3α，筛选杂等位基因组合鉴定到小麦父本单倍体诱导系，其效率为7%，该研究将推进CENH3单倍体诱导技术的广泛应用。中国水稻研究所王克剑团队利用基因编辑技术在杂交水稻中同时敲除了4个水稻生殖相关基因(PAIR1、REC8、OSD1和MTL)，建立了水稻无融合生殖体系，得到了杂交稻的克隆种子，实现了杂合基因型的固定(Nat Biotechnol, 2019, 37: 283–286, doi: 10.1038/s41587-018-0003-0)。2022年，中国水稻研究所王克剑团队和南京农业大学张文利团队合作，进一步比较了前期获得的不同世代的人工无融合生殖材料的表型性状，从基因组、甲基化、转录组和亚基因组转录等层面，证实了无融合生殖杂交稻优异性状在不同世代间的遗传稳定性(Plant Commun, 2022年11月2日在线发表, doi: 10.1016/j.xplc.2022.100470)，为未来人工无融合生殖体系在作物中的应用奠定了理论基础。■推荐人：王秀娥

哺乳动物卵母细胞在生长阶段会通过激活转录积累大量的mRNA；卵母细胞生长到后期转录停滞，受精后才恢复转录，在此期间，卵母细胞和早期胚胎只能利用前期积累的mRNA合成新的蛋白质。然而，哺乳动物卵母细胞在何处以及如何储存mRNA仍然是未知。德国马克斯普朗克研究所Melina Schuh实验室的最新研究发现，小鼠卵母细胞中5个高表达的RNA结合蛋白(ZAR1、YBX2、DDX6、LSM14B和4E-T)会特异地聚集在线粒体周围，作者将此无膜结构区域命名为MAROD(mitochondria-associated ribonucleoprotein domain) (2022年10月21在线发表，doi: 10.1126/science.abq4835)。通过检查几个mRNA，发现卵母细胞mRNA储存在MAROD中。MAROD也存在于包括人类在内的其他哺乳动物的卵母细胞中。MAROD组装与卵母细胞生长过程中线粒体膜电位升高及线粒体活性的增强密切相关。ZAR1蛋白的N端无序结构对MAROD的组装及定位于线粒体周边至关重要。MAROD中的mRNA的翻译是被抑制的。ZAR1会在减数分裂过程中被蛋白酶体降解从而驱动MAROD在成熟卵子中解体，从而与后续母本mRNA的翻译和降解耦联。该研究发现了一个新的无膜结构，能够调节哺乳动物卵母细胞中母本mRNA的储存、翻译和降解，为该领域的进一步研究提供了新的视角。■推荐人：单革，刘旭

Molecular Cell | CBP/p300通过不依赖于酶活性的机制帮助PcG蛋白结合染色质

众所周知，polycomb家族(PcG)蛋白和Trx家族(TrxG)蛋白是果蝇和哺乳动物中的关键表观遗传调节因子。PcG蛋白通过压缩染色质发挥转录抑制功能，但是如何在致密的染色质区域接近DNA尚不清楚。TrxG蛋白通过招募组蛋白乙酰转移酶(HAT)——CBP以及类似物p300来催化组蛋白乙酰

化以拮抗PcG蛋白的转录抑制作用，但是令人意外的是，果蝇CBP也结合于polycomb响应元件(PRE)，让人们不禁思考CBP是否在PRE区域发挥了不同于HAT的功能。2022年10月6日，瑞典斯德哥尔摩大学的Mattias Mannervik课题组在Molecular Cell发表的文章对此做出了很好的解释，并提出了一个新的模型(doi: 10.1016/j.molcel.2022.09.005)。他们发现在果蝇和哺乳动物细胞中，一部分CBP与PcG蛋白共定位在PRE区域，CBP通过独立于HAT催化活性的功能调控RNA pol Ⅱ的招募与暂停，使PRE处于核小体缺失状态，便于PcG蛋白结合；并且CBP介导短RNA的产生以形成R-loop，从而稳定PcG蛋白在PREs的富集。当短暂缺失p300/CBP而不是酶活性丧失时，PcG蛋白在PRE区域结合显著性降低，从而导致PcG下游靶基因可能异常激活。该研究对PcG蛋白结合染色质的机制注入了新的理解。■推荐人：孙朝冉，吴旭东

造血干细胞/祖细胞是一种数量稀少的成体干细胞，它来源于胚胎期，可以维持机体的终生造血。然而，血液系统中造血干细胞/祖细胞的来源并不清楚。2022年9月14日，Nature在线发表了日本熊本大学Toshio Suda实验室对于造血干细胞/祖细胞起源研究的创新性成果(doi: 10.1038/s41586-022- 05203-0)。通过遗传学技术示踪小鼠体内造血干细胞和造血祖细胞的形成，研究人员发现胎儿肝脏中多数HLF(hepatic leukaemia factor)阳性的造血祖细胞独立于造血干细胞产生。随后，他们鉴定了由动脉内皮细胞到造血细胞群体的中间过渡细胞类型及其特异性表达基因EVI1。使用EVI1-GFP报告小鼠分析发现，EVI1在造血前体细胞群体中异质性表达，遗传操纵EVI1表达水平能够改变体内的造血干细胞和造血祖细胞的命运。细胞谱系示踪实验进一步证实在妊娠前期，胎儿的血细胞均由造血祖细胞维持，而在妊娠后期造血干细胞才发挥作用。这些数据表明，在出生前，造血干细胞对于胎儿功能性血细胞的贡献较少，这种干细胞非依赖的血细胞产生方式为组织的快速发育提供了有效策略。■推荐人：夏均，刘峰