摘要：

Cell | 空间蛋白组学技术新突破——PLATO

近年来，空间组学技术已成为解析组织异质性和复杂细胞相互作用的重要工具，尤其是空间转录组学在胚胎发育、神经科学和疾病机制研究中展现了巨大潜力。然而，作为直接执行生物功能的核心分子，蛋白质的空间分布研究在技术上面临诸多挑战。现有空间蛋白质组学技术受限于质谱检测通量和高昂成本，难以兼顾高分辨率与大面积组织分析需求，限制了其在复杂组织研究中的广泛应用。2025年1月23日，中国科学院动物研究所的赵方庆团队在Cell发表了题为“High-resolution spatially resolved proteomics of complex tissues based on microfluidics and transfer learning”的研究论文(doi: 10.1016/j.cell. 2024.12.023)。该研究提出了全新的空间蛋白组学技术框架——PLATO，通过整合人工智能深度学习算法与微流控技术，实现了全组织切片水平的高分辨率空间蛋白质组检测(25 μm分辨率，数千个蛋白)，突破了高通量原位组学技术的瓶颈。PLATO以人工智能算法、微流控和质谱技术的深度融合，实现了空间组学技术的重要突破。随着技术迭代创新， PLATO有望成为推动生命科学研究的核心工具，并在疾病诊断、精准医学和农业生物技术等领域发挥重要作用。■推荐人：胡倍瑜，赵方庆

Cell | QT12基因的开关系统助力水稻在高温环境中实现优质高产

随着全球气候持续变暖，水稻等主粮作物在高温环境中面临产量下降与品质劣变的双重挑战。如何在高温环境下同时兼顾优质与高产，成为当前水稻育种的核心难题。近日，华中农业大学李一博教授团队在Cell发表了题为“A natural gene on-off system confers field thermotolerance for grain quality and yield in rice”研究论文，揭示了水稻应对高温胁迫的分子机制(2025年4月30日在线发表，doi: 10.1016/j.cell.2025.04.011)。研究团队构建了水稻大田高温筛选体系，并从耐热种质中克隆到主效基因QT12。研究发现，QT12基因启动子中存在一个关键的G/A自然变异，该变异影响其与NF-Ys转录因子复合体的结合能力，进而调控水稻对高温环境的响应。高温信号会削弱NF-Ys复合体亚基之间的互作，使NF-YA8得以释放并结合到QT12启动子中的G型变异位点，从而激活QT12表达，诱导内质网UPR反应，抑制储藏蛋白合成、促进淀粉合成，打破碳氮平衡，最终导致稻米品质下降。而当该位点为A型时，无法被NF-YA8识别，QT12表达保持较低水平，从而“锁住”响应开关，维持储藏物质稳态，实现对高温的有效抵御。大规模田间试验表明，低表达QT12在高温条件下表现出优异的抗性和稳定的增产性，稻米的外观与食味品质亦显著提升。该研究突破了“逆境下优质与高产难兼得”的长期技术瓶颈，为水稻品种改良和高温适应性育种提供了关键资源与策略，具有广阔的推广应用前景。■推荐人：王群，宋任涛

Nature | 印欧语系人群的遗传起源

颜那亚(Yamnaya)文化约在公元前3300年出现在黑海和里海以北的草原地区，在公元前3000年达到其最大范围，从匈牙利西部延伸到哈萨克斯坦东部。相关人群及其后裔对印欧语系的传播及欧洲和亚洲多地文化格局的形成具有关键作用。然而，其人群起源及印欧语系民族的起源仍不甚明晰。2025年2月20日，美国哈佛大学的David Reich教授团队在Nature上发表了题为“The genetic origin of the Indo-Europeans”的研究论文(doi: 10.1038/s41586-024-08531-5)，揭示了印欧语系人群遗传起源。该研究对黑海及里海周边区域的435个古代人样本(其中367个为新公布个体)开展古基因组研究，研究发现三个遗传渐变群：高加索-伏尔加河下游(CLV)渐变群、伏尔加(Volga)渐变群和第聂伯罗(Dnipro)渐变群。研究表明颜那亚人群的祖先群体形成于约公元前4000年，并在公元前3750~3350年快速增长，高加索-伏尔加河下游渐变群为其贡献了约4/5的祖先成分。该研究提出“原始印欧-安纳托利亚语”在公元前4400~4000年的高加索-伏尔加河下游渐变群中出现。这些发现为理解颜那亚文化人群及印欧语系的起源及传播历史提供了丰富的古基因组证据。■推荐人：张明，付巧妹

Nature Genetics | 小鼠发育过程中肾脏基因表达和调控的性别差异

肾脏相关疾病的发生率和严重程度存在明显性别差异，但分子机制尚不明确。2025年4月21日，美国华盛顿大学医学院Chen Feng团队和Ding Li团队合作在Nature Genetics发表了题为“Multi-omic and spatial analysis of mouse kidneys highlights sex-specific differences in gene regulation across the lifespan”的研究论文，利用多组学技术对不同发育阶段雌性和雄性小鼠的肾脏组织进行了全面分析，揭示出肾脏基因表达和调控的性别差异(doi: 10.1038/s41588-025-02161-x )。研究发现，肾脏近端小管(PT)细胞在性别差异上最为显著，其中PT(S3)细胞具有更多的性别偏向表达基因，且此类基因大多在3~12周之间显现。同时，该研究还鉴定出之前被忽视的性别偏向基因，如Socs2和Akr1c21。通过转录因子活性分析发现，PT(S3)中的调控子大部分具有显著的性别偏向性。由此，研究人员提出了PT(S3)中催乳素介导的JAK2/STAT5激活机制及STAT5/BCL6在启动子区域的竞争性结合机制对雌性特异表达基因的潜在调控作用，阐述了肾脏性别差异基因表达的重要分子机制。此外，该研究还结合高分辨率空间组学与组织学特征，将肾脏分为4个区域，其中皮质和外髓层外带(OSOM)表现出显著的性别偏倚空间模式。基于人类肾脏样本的分析表明，PT细胞同样表现出最为显著的性别差异，87%的雌性特异表达基因和82%的雄性特异表达基因在人类和小鼠之间具有一致的表达趋势。综上，该研究揭示了肾脏性别二态性的潜在分子调控机制，为理解肾病、癌症和老龄化过程中性别差异的生物学机制提供了新视角和数据资源。■推荐人：杨新童，李明洲

Science | TRIM25对外源RNA的监控与mRNA疫苗开发

当前mRNA疫苗和药物迅速发展，但其在体内的稳定性和蛋白表达效率仍受制于细胞天然免疫监视系统，成为递送系统和剂量降低的主要瓶颈。2025年4月4日，韩国首尔国立大学Kim V. Narry教授团队在Science期刊发文，首次系统揭示了LNP递送mRNA在胞质中内源性抑制机制(doi: 10.1126/science.ads4539 )。研究利用全基因组基因编辑敲除文库，对2万多候选基因逐一敲除，将编码EGFP的mRNA引入编辑后细胞，筛选兴趣基因，结果显示质子感应型E3泛素连接酶TRIM25在内涵体酸化破裂后被激活，协同内切酶N4BP1、KHNYN和ZAP降解外源mRNA；而N1-甲基假尿苷(m1Ψ)修饰能显著削弱TRIM25对外源mRNA的识别和结合，从而增强蛋白表达。此外，还发现HSPG和V-ATPase在LNP介导的RNA摄取与释放过程中的关键作用。该研究为LNP-mRNA疫苗与药物开发提供了新的理论支撑，具有重要的理论与应用价值。■推荐人：王添翼，卢大儒

Science | 谷氨酰胺代谢转换在红细胞发育与疾病中的关键作用

红细胞是人体最丰富的细胞类型，数量约为20~30万亿，约占细胞总数的80%，其定向分化和成熟受到一系列代谢通路的精细调控，以支持其快速增殖和血红蛋白大量合成，并满足机体对气体运输和能量代谢的需求。然而，红细胞发育过程中的代谢调控机制及其在疾病状态下的重编程仍不完全清楚。美国圣裘德儿童医院徐剑课题组在Science的研究发现，谷氨酰胺代谢转换对红细胞分化成熟发挥重要调控作用(2024年11月15日在线发表，doi: 10.1126/science.adh9215)。通过多组学分析，研究团队系统解析了红细胞定向分化和成熟过程中的代谢调控网络，揭示谷氨酰胺合成酶(glutamine synthe¬tase，GS)介导的谷氨酰胺分解到合成的代谢转换对红细胞成熟至关重要，阐明其功能在于催化谷氨酸生成谷氨酰胺的同时能有效清除血红素合成过程中释放的毒性铵离子。进一步研究表明，β-地中海贫血中氧化应激引发GS活性位点的氧化损伤和催化功能受损，导致谷氨酸和铵离子的异常积累，造成谷氨酰胺/谷氨酸比值下降等代谢紊乱。GS过表达或抗氧化剂处理可有效恢复代谢稳态，并改善小鼠的病理表型。此外，谷氨酰胺/谷氨酸比值在小鼠模型和临床样本中亦表现出良好的敏感性与特异性，有望作为红细胞发育状态及治疗反应的代谢标志物。该研究首次明确了GS介导的铵离子解毒是红细胞成熟过程中不可或缺的代谢适应机制，并为β-地中海贫血等红细胞疾病的代谢干预治疗提供了新的潜在策略。■推荐人：吕军华，王璐