摘要：

Molecular Plant | 发现生长素调控水稻粒型的新机制

水稻是世界重要的粮食作物，水稻的粒型是影响水稻产量的重要因素之一。到目前为止，已经分离出若干影响粒型的基因，而关于粒长和粒重的调控机制尚未完全清楚。中国农业科学院(深圳)农业基因组研究所钱前院士团队与浙江大学、内蒙古大学以及中国水稻研究所等多个团队合作，在9311和日本晴的重组自交系中鉴定出一个粒长和粒重数量性状位点qGL5，并将其精细定位到一个候选基因OsAUX3上(2021年6月27日在线发表，doi: 10.1016/j.molp.2021.06.023)。研究证明，生长素响应因子OsARF6直接与OsAUX3启动子上的生长素调控元件结合，通过改变颖壳细胞生长素的含量和分布，从而改变水稻的粒长和粒重。同时证明，OsARF6受到miR167a的抑制，且与生长素信号负调控因子OsIAA8/20互作。该研究揭示了通过生长素相关基因调控水稻粒长和粒重的新机制，为水稻粒长和粒重的分子调控提供了新的视角，为水稻产量乃至其他谷类作物的遗传改良提供了新的候选基因。■推荐人：王丽娜，陈德富

Nature Plants | 发现氧化还原依赖的植物耐冻新机制

低温会影响植物的正常生长发育，给农业生产带来损失。为应对低温胁迫，植物进化出了低温适应机制，即暴露在非冰点低温时，植物会通过细胞代谢的重编程和组织结构的重塑实现低温耐受性。低温响应转录因子CBF(C-repeat-binding transcrip­tion factor)是AP2/ERF转录因子家族中的一员，在低温适应中发挥重要作用。CBF的表达受到低温信号和激素信号等多方面的调控，在植物生长发育和低温适应中具有多种功能。植物需要精准调节CBF的活性以适应不同温度下生长发育与耐冷的平衡，但这一精准调控机制仍不清楚。韩国庆尚大学Sang Yeol Lee团队通过鉴定CBF的互作蛋白，发现h2型硫氧还原蛋白Trx-h2通过氧化还原反应诱导CBF蛋白的结构转换，激活CBF蛋白的活性从而增强植物抗冻性(2021年6月21日在线发表，doi: 10.1038/ s41477-021-00944-8)。在常温下，Trx-h2通过Gly2的肉豆蔻酰化作用锚定在细胞质膜上，经低温诱导后Trx-h2去肉豆蔻酰化并转移至细胞核，入核后的Trx-h2将CBF蛋白从失活的寡聚物结构还原为具有活性的单体结构，从而激活CBF下游基因的表达以增加植物抗冻性。该研究揭示了低温诱导的氧化还原变化调控CBF蛋白结构转换与活性的新机制，为后续植物耐低温机制的研究奠定了基础。■推荐人：于绪琛，许操

Science | 猪尾鼠具有回声定位能力

回声定位是利用反射的声音来感知环境特征。最近，中国科学院昆明动物研究所施鹏研究员课题组及其合作者，通过一系列强有力证据表明啮齿目猪尾鼠属(Typhlomys)是除已知的小蝙蝠和齿鲸外，一类全新的具有回声定位能力的哺乳动物(2021年6月18日在线发表，doi: 10.1126/science.aay1513)。该研究通过行为学实验、形态学解剖、进化基因组学和基因功能分析等多个证据链，发现猪尾鼠能通过听觉和超声波脉冲在黑暗中定位和躲避障碍物，形成与喉部回声定位蝙蝠相似的生理结构。而且，基因组水平的与听力相关基因和与回声定位相关的明星基因prestin在猪尾鼠和已知的回声定位哺乳动物之间发生了明显的趋同进化。该研究增加了对回声定位哺乳动物的新认识，同时也进一步说明了基因水平上的趋同进化是理解复杂生物学功能和表型等趋同特征的重要遗传学基础。■推荐人：于黎

Cell | 从鼻到脑的肽能神经通路介导喷嚏反射

打喷嚏是一个重要的呼吸反射，有利于清除呼吸道中有害的环境刺激物和病原体，对机体健康有利。一次喷嚏可产生4万个带有病毒的液滴，并可在周围7~8 m范围内悬浮长达10 min。打喷嚏常与过敏性鼻炎或病毒性的呼吸道感染相关，是包括新冠肺炎病毒SARS-CoV-2和中东呼吸综合征病毒MERS-CoV在内的呼吸道病毒传播的重要途径。虽然在猫和人的脑干三叉神经脊腹内侧核中发现了可激发喷嚏的区域，但是其确切的神经调控环路并不清楚。近日，美国圣路易斯华盛顿大学刘琴实验室基于新构建的小鼠模型，深入探究喷嚏反射的发生机制，首次描绘了从鼻感觉神经元到呼吸中枢神经元介导喷嚏反射的肽能神经通路(2021年6月15日在线发表，doi: 10.1016/j.cell.2021.05.017)。研究人员首先应用两步反向的筛选策略，确定打喷嚏的信号分子及喷嚏诱发区域中必须的神经元群，分别是NMB (neuromedin B)神经肽和Trpv1⁺小直径感觉神经元。随后，应用神经元追踪、电生理记录和行为研究等策略对喷嚏诱发区域的投射目标进行探索，并锁定了尾腹侧呼吸核团(caudal ventral respiratory group, cVRG)为直接投射目标，进而驱动喷嚏的发生。这一新通路的发现促进了对由化学和过敏刺激介导的喷嚏反射背后神经机制的深入理解，对病理性喷嚏的临床治疗具有指导意义。此外，研究人员也提出了一些问题，如Trpv1⁺/NMB⁺鼻感觉神经元中专一介导喷嚏反射的子神经元集未被确定；对于其他类型的喷嚏反射，如机械刺激、强光、冷空气和病毒感染等，是否由相同的肽能神经通路介导，仍需更进一步的研究。■推荐人：朱波峰

Briefings in Bioinformatics | 一种利用共突变模块分析新冠病毒进化和传播模式的分子遗传学新方法

新冠病毒(SARS-CoV-2)已在全球范围人群中广泛传播和大流行，产生了大量的病毒变异体和高度的遗传多样性，这对病毒的感染性和致病性产生了不同程度的影响，并可影响到疫苗的保护效率，精确的新冠病毒变异体分类是了解其进化和传播模式的关键。既往基于病毒分离株和突变数量、病毒株的时空分布变化、病毒种群遗传热点等进行系统发育树的划分和推断方法具有较多的不确定性，因而难以确定不同亚型之间的系统发育关系。中国医学科学院系统医学研究中心蒋太交课题组提出了一种更有效的新冠病毒分类的新方法(2021年6月14日在线发表，doi:10.1093/bib/bbab222)。该课题组基于包含至少两个新冠病毒共替代突变核苷酸(co- substitued nucleotide)组成的共突变模块(co-mutation modules)，对新冠病毒种群进行分组，并根据共突变模块的数量进一步确定了病毒种群之间的系统发育。该方法可更为准确地揭示病毒种群之间的进化关系，可通过时空分析显示不同流行时期特定的共循环病毒群体，在有优势病毒株群体存在情况下，能区分多个平行进化的病毒亚群，无需构建复杂的系统发育树也能基于已识别的共突变模块对新冠病毒的传播进行追踪。此外，课题组还开发了一个网络服务器，用于对新冠病毒的基因组进行分组及时空分布的可视化分析。这一方法能有效捕捉新冠病毒的进化和传播模式，有助于指导对新冠病毒大流行的预防和控制。■推荐人：杨昭庆

Nature | 宿主通过泛素化修饰细菌脂多糖抗击细菌感染

经典的泛素化涉及E3泛素连接酶和蛋白质底物。宿主抗击细菌(如沙门氏菌)感染的过程涉及对细菌和宿主蛋白质的泛素化。近日，英国剑桥大学Felix Randow实验室首次报道了细菌脂多糖可以被泛素化，宿主利用特殊的酶泛素化脂多糖，抗击细菌感染(2021年5月19日在线发表，doi: 10.1038/s41586- 021-03566-4)。研究人员利用脂多糖合成缺陷的沙门氏菌突变体和超分辨率成像(super-resolution imaging)技术分析了从人细胞分离的不同感染阶段的泛素化，发现脂多糖被泛素化。进一步通过遗传学、生物化学等手段，利用从人细胞提取物作为泛素化酶、细菌类脂A或者各种截短的脂多糖，构建了体外泛素化系统，排除了蛋白质的氨基被泛素化的可能性，确证泛素化的底物是脂多糖，而且是脂多糖的类脂A，泛素化可能发生在类脂A的羟基或者磷酸基团。接着，通过一系列的蛋白纯化，鉴定了宿主负责泛素化脂多糖的酶是RNF213。该酶与罕见病—烟雾病(moyamoya)有关。烟雾病的特征是双侧颈内动脉末端及大脑前动脉、大脑中动脉起始部慢性进行性狭窄或闭塞，并继发颅底异常血管网形成的一种脑血管疾病，其颅底异常血管网在脑血管造影图像上形似“烟雾”，因而称为“烟雾病”。RNF213的动力蛋白样AAA+功能域(dynein like AAA+ domain)负责泛素化脂多糖，而不是传统E3连接酶的RING功能域(RING domain)。RNF213的4个半胱氨酸和2个组氨酸组成的CHC₃H模体(motif)非常关键，负责招募线性泛素化组装复合体LUBAC，激活免疫反应，并招募自噬受体(autophagy receptor)蛋白，促进自噬体(autophagosome)形成。这是首次报道脂类被泛素化修饰。该研究也提出了更多新问题，如RNF213如何识别脂多糖，其动力蛋白样AAA⁺功能域如何发挥功能？同时也提示泛素系统还有许多未解之谜，包括可能还存在RNF213之外的其他泛素化机制，泛素化底物也不仅仅是蛋白质和脂类。■推荐人：谢建平

Plant Cell | 锌指结构B-box蛋白作为植物生物钟新组分调控近日节律

植物生物钟由核心振荡子(Core oscillators)构成多重转录–翻译反馈环路，精细调控着分子、生化、生理及动物行为上的近24小时节律，与环境授时因子信号的周期性变化的保持同步，维持机体的环境适应能力。拟南芥生物钟组分PSEUDO-RESPONSE REGULATORs (PRR)家族中的PRR9,7,5,3,1基因从清晨到夜间时序性达到转录高峰；目前研究表明PRRs与PIFs和TOPLESS家族互作，共同抑制清晨相位的CCA1等表达，但有关PRRs抑制靶基因转录的作用机理仍不清楚。河南大学作物逆境适应与改良国家重点实验室徐小冬教授、谢启光教授与中国科学院植物研究所王雷研究员合作完成了题为 “BBX19 fine-tunes the circadian rhythm by interacting with PSEUDO-RESPONSE REGULATOR proteins to facilitate their repressive effect on morning-phased clock genes” 的研究论文(2021年5月14日在线发表，doi:10.1093/plcell/koab133)。该研究发现锌指结构转录因子BBX18和BBX19从清晨到傍晚次序招募PRR9、PRR7和PRR5蛋白，在白天形成BBX19- PRRs转录复合体，直接抑制CCA1和RVE8等生物钟核心基因的表达进而维持近日节律。该研究成果揭示出植物生物钟转录-翻译反馈环路中新的运行机制。该课题得到国家自然科学基金委、河北省自然科学基金重点项目及中国科学院战略先导研究计划项目的支持。■推荐人：徐璎

Science | 发现心肌细胞增殖与去分化的关键因子

成年哺乳动物的心肌细胞再生能力非常有限，如何提高心肌细胞的再生能力，促进损伤心脏的修复，是目前心血管疾病面临的重要问题。斑马鱼与哺乳动物不同，其心脏受损后可以有效地进行再生，这一过程需要成熟心肌细胞去分化和增殖，但这种机制尚不清楚。澳大利亚张任谦心脏研究所Kazu Kikuchi研究组通过构建条件性klf1基因表达品系斑马鱼，发现Klf1基因作为一种遗传开关，在心脏损伤后启动心肌细胞增殖，进而修复受损心脏(2021年4月9日发表，doi: 10.1126/science.abe2762)。Klf1是红细胞特异性转录因子，研究组通过构建klf1基因心脏特异性敲除、条件性过表达和雌激素受体调节品系，发现斑马鱼心脏再生需要心肌klf1，其仅在心脏损伤后才会开启，改变未受损心肌细胞代谢途径，使其继续分裂形成新的心肌细胞，进而修复心脏。该研究确定Klf1是一种有效的心肌细胞再生调节因子，为修复再生不良的人类心脏提供了可能的治疗策略。■推荐人：张岩