摘要：

Developmental Cell | 中胚层间充质-上皮转化中的多细胞玫瑰花结

上皮-间充质转化(EMT)与间充质-上皮转化(MET)是胚胎形态发生中的重要现象，在胚胎躯体图式形成和器官发生中发挥着至关重要的作用。胚胎发育，特别是器官形成，通常涉及连续的EMT和MET事件。通过EMT，上皮细胞丧失极性，获得了细胞运动所需的迁移表型。间充质细胞通过MET获得极性，并生成上皮细胞。MET也是体细胞重编程中建立多能性的关键步骤。尽管MET的重要性已广为人知，但对脊椎动物MET的可视化记录非常有限，人们对MET的发生机制了解也不多。2023年6月5日，Developmental Cell发表了两篇论文，分别研究了小鼠中轴中胚层原节与脊板形成过程中的MET (https://doi.org/10.1016/j.devcel.2023.03.018)和鸡胚侧板中胚层的MET(https://doi.org/10.1016/j.devcel. 2023.03.017)。这两项研究均发现中胚层的MET通过多细胞玫瑰花结的形成来进行。在小鼠原节与脊板形成过程中，实时成像和三维图像显示玫瑰花结在胚胎表面下方动态形成、扩张和合并，以多细胞单元的形式整合到表面上皮中。鸡胚侧板中胚层的玫瑰花结形成也呈现出沿前外-后内斜线轴的动态形成过程，过渡区的玫瑰花结表现出顶端-基底极性，其顶端具有紧密连接复合体和新表达的aPKC。这两篇文章都证明了Par3-aPKC在MET和多细胞玫瑰花结形成中的重要性。而鸡胚侧板中胚层的研究还揭示了玫瑰花结的起始依赖于细胞外基质(ECM)整合素信号，该信号通过粘着斑激酶(FAK)和Talin发挥作用。这两篇论文所描述的基于玫瑰花结的形态发生过程对于人们理解胚胎发育、癌症转移和组织再生过程中的MET具有重要意义。可以预计，接下来会有更多发育生物学研究关注到多细胞玫瑰花结这一结构。■推荐人：林古法

Science | 寒冷适应促进亚洲叶猴社会系统的演化

灵长类动物社会的演化和维持的生物学基础知之甚少，一直是灵长类和行为学领域的关键科学问题。西北大学金丝猴研究团队联合中国科学院昆明动物研究所等国内外12家单位，通过整合生态学、地质学、行为学、基因组学等多学科，发现寒冷适应可促进亚洲叶猴社会系统的演化，揭示了灵长类社会系统的演化机制。(2023年6月2日在线发表，doi:10.1126/science.abl8621)。通过系统发育分析和社会系统的祖先状态重建，发现亚洲叶猴中奇鼻猴类群的社会系统演化经历了两步式的聚合过程。生态学分析发现生活在寒冷环境中的物种倾向于形成较大的社群，且两次社会聚合都发生在历史寒冷时期以及气候寒冷的地区。在此过程中，与寒冷适应和神经激素相关的基因在奇鼻猴类群中受到正选择，这些基因在社会联系中起着关键作用。其中多巴胺和催产素通路相关基因的变化有利于延长寒冷地区奇鼻猴的抚育行为，增加婴儿的成活率，从而间接增加了个体的友好行为及容忍度，进而促进了单家庭群向重层社会的聚集。这一结果得到了体外细胞实验和行为学分析的验证。该研究首次全面从行为、生态、地质、化石、遗传等多个维度，完整解析了灵长类社会系统的起源和演化机制，为解析更多类群的复杂性状演化机制提供了参考。■推荐人：施鹏

Nature | 合成tRNA抑制细胞和体内的无义突变

大约11%与人类疾病相关的基因变异属于无义突变，在某些情况下，一些携带终止密码子(premature termination codon，PTC)的mRNAs可以逃脱无义介导的 mRNA 降解(nonsense-mediated mRNA decay，NMD)，翻译产生截短蛋白(该蛋白存在无功能、有功能增益效应或有显性负作用等可能)。因此，通过抑制无义突变所导致的翻译提前终止可以使致病基因得以通读，从而一定程度恢复蛋白质功能缺陷，被称为无义抑制治疗(亦称为翻译通读治疗)。近日，德国汉堡大学Zoya Ignatova研究组、美国Arcturus Therapeutics 的Pad Chivukula研究组与美国埃默里大学Eric J. Sorscher研究组合作通过脂质纳米粒(lipid nanoparticle, LNP)递送工程化tRNA，在细胞水平以及小鼠体内成功抑制了无义突变，且具有较高的安全性(2023年5月31日在线发表，doi: 10.1038/s41586-023-06133-1)。作者通过优化 anticodon-stem 和TΨC-stem区域的序列，增强了多个sup-tRNAs的功效，并将包含优化后sup-tRNAs的脂质纳米粒静脉注射(或气管内吸入)到小鼠体内，发现能够有效恢复功能蛋白的表达，而且优化的sup-tRNAs没有显著增强小鼠肺或肝脏中内源性天然终止密码子的通读，具有良好的分子安全性；此外，优化的sup-tRNAs在囊性纤维化模式细胞和患者来源的细胞中恢复了全长CFTR蛋白的表达和功能，以及气道体积稳态。总之，该研究证明了天然tRNAs可以通过人工修饰有效通读无义突变，从而为基于tRNA的PTC抑制剂开发提供了一个新的模式。■推荐人：李珊，谢小冬

Nature | 通过考古文物获取DNA探究古代人类遗传学信息

由石头、骨头和牙齿制造的文物(人工制品)是人们理解更新世时期人类生存策略、行为和文化的基础。虽然这些资源非常丰富，但是除从非常罕见的该时期墓葬中出土外，研究人员较难将这些文物与具有形态或基因特征的特定人类个体联系起来。最新研究表明，从沉积物中提取人类DNA并进行分析，可将人工制品与遗传群体联系起来，这个研究思路同现代法医学调查中物品制造者或使用者的鉴定相通。近日，Nature杂志报道了一项由德国马克斯·普朗克进化人类学研究所、美国旧金山州立大学、莱比锡大学等多家单位合作开发的一种非破坏性DNA提取方法(2023年5月3日在线发表，doi:10.1038/s41586-023-06035-2)。该方法可逐渐释放古代骨骼和牙齿人工制品中DNA，不仅能区分在制造或使用过程中深入到物体中的DNA和可能来自周围沉积物的DNA，还能保持文物的完整性。将该方法应用于来自俄罗斯丹尼索瓦洞穴的旧石器时代晚期鹿牙吊坠，成功恢复了古人类和鹿的线粒体基因组，并估计该吊坠的出现时间约为19,000~25,000年前。核DNA分析表明，吊坠制造者或佩戴者是一名女性，与一群大约生活在同一时期的古代北欧亚人有很近的遗传亲缘关系。该DNA提取方法结合考古学与遗传学分析，为远古时期处理、携带或佩戴这些人工制品的人的生物学性别和祖先鉴识提供新策略，重新定义了文化记录和基因印迹在史前考古中的相互联系。■推荐人：朱波峰

Nature Plants | 利用单细胞和空间转录组技术挖掘根瘤发育和固氮调控的分子机制

豆科植物与根瘤菌共生形成根瘤组织。在根瘤内部，根瘤菌分化成为类菌体，将气态的氮转化为植物可以直接吸收利用的铵。根瘤中根瘤菌被植物的膜结构包裹形成特殊的亚细胞结构，同时根瘤组织中的细胞特异分化，为维持根瘤菌的固氮和生存提供适应的环境和充足的营养，因此较其他植物组织，根瘤组织的细胞类型更为复杂，而如何解析根瘤不同细胞类型中的基因结构和基因表达状态也成为共生研究领域的一个挑战。中国农业科学院作物科学研究所邱丽娟课题组阎哲研究员与南方科技大学翟继先课题组合作，通过整合单细胞测序技术和空间转录组技术对大豆根瘤发育进行解析，成功揭示了这一复杂组织单个细胞的基因结构和基因表达状态，构建了大豆根瘤的单细胞转录图谱，并鉴定到了一系列调控根瘤发育的关键基因(2023年4月13日在线发表，doi: 10.1038/s41477-023-01387-z)。研究人员利用单细胞和空间转录组技术不仅成功鉴定了根瘤侵染区中侵染细胞(IC)和非侵染细胞(UC)的基因表达状态，同时结合拟时序分析，成功探索了大豆根瘤UC的分化过程和细胞状态转换轨迹，揭示了大豆UC中不同细胞亚型的不同功能角色，尤其在固氮产物的吸收利用过程中，不同亚型细胞分别参与固定氮素产物的酰脲合成、酰脲运输以及为根瘤菌提供能量。另外，之前人们多把IC看成是同一的细胞状态，但研究人员通过对IC单细胞基因表达状态进行分析，在IC中成功鉴定出一组特异的细胞亚型，该亚型细胞仅存在于未成熟根瘤的发育过程中，且这一亚型细胞中的特异基因大多也同时参与了根瘤菌侵染根毛的生物过程。利用分子生物学手段对该细胞亚型基因进行功能分析，证明了该细胞亚型中的基因在根瘤菌定殖以及调控根瘤固氮酶活性中扮演重要角色。同时该研究建立的大豆根瘤单细胞基因图谱公共网站(https://zhailab.bio.sustech.edu.cn/single_cell_soybean)，也为后续该领域的相关研究提供了重要的数据支持。■推荐人：孔凡江