摘要：

American Journal of Human Genetics | 长读长测序技术提高单基因罕见病的诊断率

单基因罕见病的诊断面临巨大挑战，约超过50%的患者在应用短读长测序(short-read sequencing，SRS)策略后仍无法确诊。尽管长读长测序(long-read sequencing，LRS)已经展现出许多优势，但在分析方案和碱基判定准确性方面仍有较多局限性，目前大多LRS研究仅局限用于靶向基因组测序或分析少量样本。美国加州大学Benedict Paten和法国图卢兹大学Jean Monlong实验室联合对LRS的临床诊断价值进行了系统评估(2025年2月6日在线发表，doi: 10.1016/j.ajhg.2025.01.002)。该研究对41个罕见病家庭的98个样本进行了基于纳米孔技术的长读长测序(平均N50为32 kb)。长读长测序展现了比短读长测序更高的基因组覆盖度，检测到更多功能注释变异、新生(de novo)变异、嵌合体和大片段结变异等，尤其在高度重复和复杂区域优势明显，还能同时检测到甲基化修饰。该研究证明LRS不仅可提高罕见病的诊断率，还可为罕见病的基因组学研究和表观遗传机制研究提供新的视角，有望成为快速、经济、高效的罕见病诊断标准方法，推动精准医学的发展。■推荐人：边成，杨昭庆

Cell | 发现植物激素独脚金内酯的信号感知机制

独脚金内酯(Strigolactones，SLs)作为一种近年来新发现的重要植物激素，在植物的生长发育和环境响应中发挥着重要作用。然而，独脚金内酯感知的机制及其对植物形态和环境响应的影响仍不清楚。2024年11月4日，中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士课题组王冰研究员作为通讯作者，在Cell上在线发表了题为“Regulatory mechanisms of strigolactone perception in rice”研究论文(doi: 10.1016/j.cell.2024.10.009)。该研究揭示了独脚金内酯信号感知机制及其在氮素响应中的作用。研究表明，AtD14-D3-ASK1复合物界面上的关键残基对于激活SL感知至关重要。D3-CTH基序的过表达负向调节SL感知，从而促进水稻分蘖。该研究还揭示了磷酸化和N端无序(NTD)结构域在调控D14泛素化和降解中的关键作用。低氮条件促进了D14的磷酸化，并减弱了其泛素化程度，从而抑制了水稻的分蘖。这些发现为理解SL感知的激活、终止和调控机制提供了全面视角，这些机制对于植物适应氮素可利用性变化至关重要。■推荐人：孙虎威，储成才

Nature | 工程化染色体外癌基因扩增促进肿瘤发生的在体研究证据

在细胞和模型生物中构建癌症相关的基因变异对明确它们在肿瘤发生中的作用以及开发准确的人类癌症临床前模型均十分重要，然而焦点基因扩增作为人类癌症中常见的致癌基因激活机制，至今仍难以在原代细胞或体内进行建模。2024年12月18日，来自美国纪念斯隆凯特琳癌症中心的Andrea Ventura团队在Nature上发表了题为“Engineered extrachromosomal oncogene amplifications promote tumorigenesis”的论文(doi: 10.1038/s41586-024-08318-8)。该研究介绍了一种通用策略，能够以时空可控的方式，在细胞和小鼠中利用外染色体DNA，实现大规模焦点基因扩增(focal gene amplifications)。焦点基因扩增是指在特定基因区域内发生的基因拷贝数异常增加，基因表达水平随着扩增显著提升，是癌症中常见的基因改变之一。这种扩增可以发生在染色体上或以非染色体形式出现，例如染色体外DNA(ecDNA)。作者利用Cre酶介导两个loxP位点间重组的能力，将位点间所夹带的基因组区域环化，得到了可以稳定表达H2B-GFP基因的环形ecDNA。同时，作者利用第二荧光标记元件mScarlet，设计了双标记系统，可以追踪含有ecDNA的细胞的动态变化。此外，该系统还利用潮霉素抗性元件，探究人工选择压力导致的ecDNA的积累。随后，作者应用该方法在小鼠体内生成了Cre诱导的，可以表达Myc和Mdm2基因的ecDNA，并证明了携带Mdm2基因的ecDNA在原位肝细胞癌小鼠模型中能够促进肿瘤的形成。该项研究推进了人们对癌症中ecDNA的理解，具有潜在的临床意义，靶向它们的治疗可能成为新的策略。此外，了解它们的形成可以在早期癌症发展中提供预防措施。不仅如此，该研究还为科研人员提供了新的工具，对于开发携带特定焦点基因扩增的小鼠模型以及更有效地建模具有重要价值。■推荐人：杨静韵，李大力

Nature Cell Biology | Rpl12——核糖体自噬中的关键保守受体

核糖体是细胞内的重要细胞器，其组分在快速生长的细胞中占比较高，核糖体稳态对细胞功能至关重要。在营养充足时，核糖体促进蛋白质合成以支持细胞生长，而在营养缺乏时，细胞通过自噬降解核糖体并回收资源以维持生存。核糖体自噬(ribophagy)是一种选择性自噬过程，通过降解核糖体来维持细胞内的蛋白质稳态。尽管此前已发现NUFIP1作为哺乳动物中的核糖体自噬受体，但其在酵母和线虫中的同源物缺失，提示可能存在更为保守的机制。2025年2月11日，Nature Cell Biology在线发表了浙江大学易聪课题组的研究论文(doi：10.1038/s41556-024-01598-2)，揭示了Rpl12作为一个在多个物种中高度保守的核糖体自噬受体。该研究团队结合GST-pulldown、质谱分析及酵母双杂交等实验手段，鉴定出Rpl12在饥饿条件下通过Atg1介导的磷酸化与Atg11结合，从而触发核糖体自噬。进一步研究发现，Rpl12介导的核糖体自噬在生物体的生长、发育及寿命调控中具有重要意义。核糖体自噬缺陷会导致细胞对饥饿和病原体感染的敏感性增加，进而影响线虫和果蝇的生长发育和寿命。此外，Rpl12过表达能够显著改善果蝇因饥饿、衰老或Aβ积累引起的运动缺陷，为相关疾病的研究提供了新的视角。该研究不仅揭示了核糖体自噬的保守机制，还为理解细胞在应激条件下的适应性反应提供了重要线索。Rpl12作为核糖体自噬受体的发现，有望为衰老和神经退行性疾病的治疗提供新的靶点。■推荐人：许鑫璘，李珊珊

Science | GenomeShuffle-seq：一种能够多重生成和高分辨率分析基因组结构变异的新技术

哺乳动物基因组中存在的结构变异(structural Variants，SVs)包括缺失、插入、倒位、重复、易位、染色体外 DNA 环(ecDNA)和复杂的重排。在人类基因组中，SVs比其他类别的遗传变异更能影响核酸的序列，并且与许多罕见和常见疾病以及正常表型变异密切相关。然而，大规模研究SVs的功能极具挑战性，主要原因是缺乏在模型系统(如哺乳动物细胞系)中生成、映射和表征SVs的有效方法。2025年1月31日，美国华盛顿大学Pinglay等提出了一种名为GenomeShuffle-seq的新方法，用于在哺乳动物基因组中高效生成和分析SVs，实现了对主要SVs类别的多重生成、定位和表征(doi: 10.1126/science.ado5978)。研究者在基因组中设计了“shuffle cassettes”(一种特殊的DNA序列片段)，这些cassettes可以在特定条件下通过Cre重组酶的作用进行重组，从而在同一实验中同时生成大量不同类型的SVs，显著提高了研究效率。SVs生成后，通过高通量测序技术可以精确定位变异的断点。此外，该系统还支持单细胞RNA测序(scRNA-seq)，使得对SVs的识别能够达到单细胞水平。这种方法开启了混合细胞筛选的可能性，能够量化SVs对适应性、基因表达、染色质状态和三维核结构的功能影响。这使得在哺乳动物细胞(如小鼠胚胎干细胞)中生成、映射和基因分型成千上万的SVs成为可能，从而克服了现有方法的局限性。这一技术为研究复杂的遗传相互作用及SVs的功能影响提供了新的工具，尤其在人类疾病和癌症研究中具有重要的应用前景。■推荐人：丁雪，谢小冬