基因重复指基因组中一个基因通过多样化的分子机制从一个基因拷贝形成两个或多个重复拷贝的过程,是新基因起源的重要途径之一,对真核生物基因组贡献了约为一半的基因,也推动了物种的适应性演化。在过去50年中,特别是近20年进入组学时代以来,演化遗传学领域对于重复基因的产生机制、演化历程与演化动力展开了广泛而深入的讨论。一方面,重复基因的序列相似性带来的功能冗余使机体具有更强的稳健性;另一方面,重复基因的功能分歧带来了新功能与可演化性的提升。本文全面介绍了上述基因重复的机制、重复基因的命运及演化模型,最后展望了三代测序技术、基因编辑等各种高通量技术将进一步推动重复基因在遗传-发育-演化网络中角色的解析。
由严重急性呼吸综合征冠状病毒2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2)引起的2019冠状病毒病(coronavirus disease 2019,COVID-19)大流行给人类生命安全和全球经济造成了巨大冲击。SARS-CoV-2基因组的快速变异引起了广泛关注,基因组中几乎每个位点都发生过单核苷酸变异(single nucleotide variants,SNVs),其中刺突蛋白上的变异在病毒的适应性进化和传播中起着尤为关键的作用。本文综述了SARS-CoV-2及非人类动物中相关冠状病毒的系统发生关系,并深入分析了SARS-CoV-2的谱系划分以及关键氨基酸变异对病毒生物学特性的影响。此外,本文还概述了当前面临的挑战,并展望了深度突变扫描(deep mutational scanning,DMS)结合人工智能方法在预测新冠病毒变异株流行趋势中的广阔应用前景。
自达尔文时代起,物种形成便是演化生物学研究领域的核心科学问题之一。物种形成研究有助于人们深入理解生物多样性的形成过程,为其保护提供坚实基础。由于很多物种的演化历程十分复杂,使得物种形成研究充满了各种挑战。近年来,随着基因组测序与分析等技术的不断发展,物种形成研究领域进展迅速。本文综述了基因组时代的物种形成研究,从物种界定、二歧式物种分化、杂交物种形成、多倍化物种形成、生殖隔离基因、物种形成基因等方面,重点对相关概念进行了区分,并回顾了相关研究方法、对其特点与局限性等进行了探讨;最后,对物种形成研究的未来发展趋势与挑战进行了展望。
RNA编辑是表观遗传学领域重要的研究方向之一。随着研究的深入,科学家们发现CRISPR/Cas系统不仅可以靶向DNA,也可以靶向RNA,从而实现转录水平的基因精准编辑;同时,使用CRISPR/Cas系统进行RNA编辑也可以避免对基因组的破坏。目前,基于靶向RNA的CRISPR系统已开发出多种衍生技术,如RNA敲低和编辑、核酸检测和成像、RNA示踪等。这些衍生技术的出现,为生物遗传机制解析和疾病治疗提供了有利工具。本文归纳总结了靶向RNA的CRISPR/Cas系统的结构、功能、机制以及开发的衍生技术,以期丰富人们对CRISPR/Cas系统编辑RNA的认知。
水稻(Oryza sativa L.)是我国重要的粮食作物,其生长发育过程经常受到稻瘟病的威胁,严重时导致巨大的经济损失。挖掘和利用水稻稻瘟病抗性基因,培育具有广谱抗性的优良品种是目前防治稻瘟病最经济有效的方法。稻瘟病抗性基因一般为编码含有核苷酸结合结构域(nucleotide-binding,NB)和富含亮氨酸重复结构域(leucine-rich repeat,LRR)的基因家族,也被叫做NLR基因,在水稻抗稻瘟病方面发挥至关重要的作用。因此,对NLR基因的挖掘以及阐明其与对应效应因子之间的识别和激活机制,对于培育抗病品种具有重要意义。本文对水稻中NLR基因的挖掘概况、NLR蛋白与稻瘟病菌效应因子之间的识别方式,以及成对NLR蛋白作用机制进行了总结和展望,旨在为水稻抗病育种提供参考。
岛屿因数量众多、自然隔离、形成历史多样等独特的地理特征,成为生态学和进化生物学研究的天然实验室。相较于大陆,岛屿生物具有很高的特有性和失调性,这为探究岛屿生物多样性的形成提供了良好的机遇。本文围绕岛屿生态系统,从岛屿生物多样性的形成、维持和丧失3个部分阐述近些年国内外的岛屿生物地理学研究进展。对于岛屿生物多样性的形成机制,本文以全球几个代表性的岛屿系统为例,从物种的扩散迁入、种群建立和选择、物种进化和适应性辐射等过程介绍岛屿生物多样性的形成机制。以岛屿生物地理学平衡理论为基础,回顾了种-面积关系、种-隔离度关系,着重对戴蒙德法则、嵌套格局、岛屿生物群落结构理论框架和岛屿生物种间互作等群落构建方面的研究进展进行了论述。在岛屿生物多样性的丧失机制,从自然和人为因素两方面探讨了岛屿物种所面临的严峻的灭绝风险,尤其是生境丧失和改变、气候变化、外来物种入侵以及这些因素的协同作用对岛屿生物多样性丧失的影响。最后,基于岛屿生物多样性的现状,总结了目前国内外对岛屿生物多样性的保护措施和展望了未来可能的主要研究方向。
miRNA (microRNA)是一类由内源基因编码的、长度在20~24个核苷酸的小分子非编码RNA。miRNA主要在转录后水平调控基因表达,进而影响动植物生殖、发育和环境应答等各种生物学过程。miRNA在不同组织和细胞内的分布、稳态维持和动态调节受到多个层次调控,包括转录、加工生成、稳定性调节以及靶向降解等。关于miRNA生物合成(包括转录和加工)的生化途径已经建立,对其调控的分子机制也有了较为深入的认识。本文系统综述了植物miRNA生成后稳定性调节、周转和靶向降解的相关研究进展,并结合动物中的机制进行比较和讨论,旨在为深入阐明控制细胞内miRNA丰度的分子机制提供理论框架。
复发性流产指连续3次及以上的自然流产,病因复杂,涉及遗传、免疫及内分泌等因素。近年来,脂质代谢异常作为复发性流产的潜在病因备受关注。脂质代谢异常可损害子宫内膜容受性并导致胚胎着床失败,其具体机制尚未被阐明。本文综述了脂质代谢异常与胚胎发育及子宫内膜容受性建立的病理机制及其研究进展,重点探讨了胆固醇和脂肪酸代谢对复发性流产的潜在影响,阐述了脂质代谢与激素合成和调控,以及脂质异常介导子宫内膜局部炎症反应的病理变化,最后展望了血脂监测、饮食调控及脂质代谢相关药物在早期诊断和治疗中的应用,以期为深入揭示脂质代谢异常在复发性流产中的机制和个体化治疗提供参考和借鉴。
Nature | 靶向ACLY抑制重塑免疫微环境为肝癌治疗带来新突破
抑制性肿瘤免疫微环境常见于代谢功能障碍相关的脂肪性肝炎诱发的肝癌(MASH-HCC)组织中,然而肿瘤代谢如何影响肿瘤免疫尚不清楚。2025年7月30日,加拿大麦克马斯特大学Gregory R. Steinberg 团队在Nature在线发表了题为“ACLY inhibition promotes tumour immunity and suppresses liver cancer”的研究论文(doi: 10.1038/s41586-025-09297-0)。该研究揭示,抑制ATP柠檬酸裂解酶(ACLY)能够通过增强B细胞在肿瘤组织的浸润,从而抑制肿瘤发展。研究人员发现,在小鼠中敲除Acly基因显著减少MASH相关肝癌的形成。通过进一步筛选,研究人员获得了ACLY的小分子抑制剂EVT0185;该化合物口服即具有显著的抗癌效果。其作用机制在于,EVT0185经SLC27A2催化生成EVT0185-CoA后,能特异性抑制ACLY的CoA结合活性。多组学(整体、单细胞及空间)转录组分析结果表明,ACLY抑制引发的代谢重塑可激活趋化因子CXCL13的表达,增强B细胞浸润,促进三级淋巴结构形成,进而发挥抗肿瘤效应。该研究为开发基于代谢-免疫协同调控的肝癌精准治疗策略提供了重要的理论依据和转化方向。■推荐人:毛显娇,韦永龙
Nature | 构建复合污染降解菌株VCOD-15
工业废水排放、海洋石油泄漏等污染事件造成了大量多种有毒有机物共存的复合污染场地。用微生物的代谢能力降解污染物具有成本低、环境友好的优点,但现有的微生物菌株大多仅能降解一种或一类结构类似的污染物,难以处理复合有机污染。近日,上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢全国重点实验室唐鸿志团队与中国科学院深圳先进技术研究院/中国农业科学院深圳农业基因组研究所(岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心)戴俊彪团队合作,设计构建了能同时降解5种污染物的需钠弧菌(Vibrio natriegens)工程菌株VCOD-15(2025年5月7日发表,doi: 10.1038/d41586-025-01371-x)。装配全局调控因子VchtfoX使得需钠弧菌的自然转化效率提升了5~10倍。来自天然菌株的污染物降解代谢基因经过冗余片段删除、调控元件重置、密码子替换等优化设计并化学合成组装成簇后,通过迭代基因组编辑技术INTIMATE被插入至需钠弧菌染色体上,从而构建了工程菌株VCOD-15。利用生物反应器阵列等装置进行的中试规模实验发现VCOD-15能在来自石油炼化厂废水、氯碱化工厂废水中同时降解甲苯、苯酚、萘、联苯、二苯并呋喃5种污染物,以及降解在高盐土壤中同时存在的多种有机污染物。该研究为多基因簇工程菌株的构建提供了通用技术平台和研究范式,同时为石化、氯碱等高盐废水处理、海上石油泄漏、微塑料污染等全球性挑战提供了生物解决方案。■推荐人:张雷
Science | 肠道共生丝状真菌调控代谢疾病研究获突破
肠道真菌作为与细菌存在显著进化及功能差异的“肠道暗物质”,其独特的系统发育特征使共生真菌分离培养及肠道适应性评估成为拓展功能认知的关键挑战。2025年5月2日,北京大学姜长涛教授、乔杰院士联合团队在Science发表重要成果,首次揭示肠道共生丝状真菌——嗅镰刀菌(Fusarium foetens)通过代谢产物改善代谢相关脂肪性肝炎(MASH)的分子机制(doi: 10.1126/science.adp5540)。研究团队创新开发了基于真菌分离芯片的FOCUS-G系统,成功实现肠道真菌原位培养及共生性评价,突破传统测序技术难以区分环境真菌与肠道共生菌的瓶颈。通过该系统,科学家在结肠厌氧环境中发现可稳定定植的嗅镰刀菌,其分泌的聚酮类代谢产物FF-C1能特异性抑制肠道神经酰胺合成酶CerS6活性,显著降低肠源及循环神经酰胺水平,从而逆转小鼠MAFL-MASH疾病进程。该发现不仅证实丝状真菌在宿主代谢调控中的关键作用,更为靶向CerS6治疗免疫代谢性疾病提供了新策略。此项研究首次构建系统性研究肠道真菌功能的技术体系,突破传统以酵母菌为主的认知局限,揭示真菌-神经酰胺代谢轴在代谢疾病中的核心地位,为开发新型微生物疗法奠定理论基础。该成果由北京大学、北医三院及温州医科大学等多机构合作完成,是继团队发现肠道真菌与多囊卵巢综合征关联后的又一重大突破。■推荐人:张俊霞,张岩
Science | 发现Treg细胞在感染环境下维持免疫耐受的新机制
在感染期间,免疫系统的核心挑战在于精准区分“自我”与“非自我”,既要清除病原体,又要避免攻击自身组织。调节性T(Treg)细胞在此过程中发挥了关键作用,但其选择性抑制自身反应性T(Tconv)细胞的机制尚不明确。2025年3月21日,芝加哥大学Peter A. Savage团队在Science上发表了题为“Regulatory T cells constrain T cells of shared specificity to enforce tolerance during infection”研究论文(doi: 10.1126/science.adk3248)。该研究聚焦于前列腺特异性抗原C4/I-Aᵇ复合物,构建了多种基因修饰小鼠模型,系统解析了以Treg细胞为中心的自我-非自我识别方式。研究发现,在稳态下,多克隆Treg细胞足以抑制自身反应性Tconv细胞。然而,当感染引发自身抗原异常暴露(如病原体表位模拟或组织损伤导致自身肽释放增加)时,Treg细胞对具有相同特异性的Tconv细胞的调控成为防止自身免疫的关键:Treg细胞通过局部空间富集、竞争性消耗局部微环境中的IL-2及抑制Tconv细胞受体(TCR)信号,精准抑制同源Tconv细胞的增殖与分化,但对Tconv细胞所针对的病原体衍生的非自身肽的反应没有影响。此外,该研究还揭示了缺失特异性的Treg细胞将导致Tconv细胞向炎性效应态和干细胞样记忆态异常分化,最终引发前列腺自身免疫损伤。该研究首次证实Treg细胞通过空间竞争和信号剥夺实现选择性抑制,而非完全阻断Tconv细胞的激活,在抗炎与防止自身免疫间实现了更优平衡,这为靶向Treg细胞的疗法设计提供了新思路。■推荐人:高霞霞,孙永华
Science | 激活线粒体DNA转录,为治疗衰老相关的认知衰退提供新的策略
随着年龄的增长,大脑的认知功能逐渐下降,这与神经元和线粒体功能的衰退密切相关。线粒体作为细胞的能量中心,其DNA(mtDNA)的表达对于维持神经元和突触功能至关重要。然而,神经元中的mtDNA水平随年龄增长而下降,导致能量危机,进而影响认知功能。浙江大学脑科学与脑医学学院马欢实验室揭示了一种新的机制,即神经活动驱动的线粒体DNA转录(excitation dependent mitochondrial gene transcription coupling,E-TCmito),并展示了通过增强这一过程来改善老年小鼠认知功能的可能性(2024年12月20日在线发表,doi: 10.1126/science.adp6547)。研究人员发现神经元和突触活动可以增强兴奋性神经元中的mtDNA表达,这一过程依赖线粒体钙调蛋白依赖性蛋白激酶II(CaMKIImito)磷酸化线粒体钙单向转运体(MCU),从而前馈调节线粒体Ca2+,进而磷酸化转录因子(Ca2+/cAMP反应元件结合蛋白,CREBmito),控制mtDNA转录和表达。进一步研究发现,老年小鼠表现出活动依赖型线粒体钙信号和mtDNA表达的减少,提示 E-TCmito 存在与年龄相关的衰退。通过在老年小鼠中表达一种组成性活性形式的CREBmito,可以恢复活动依赖的mtDNA表达,增加神经元能量储备,并增强记忆表现。与传统的认知干预方法不同,E-TCmito途径只影响活动依赖的mtDNA表达,展示了E-TCmito作为改善认知衰退和治疗年龄相关认知障碍新靶点的良好前景。■推荐人:宋质银
作为世界上海拔最高、面积最大的高原,青藏高原独特的地理和气候条件对生物多样性产生了深远的影响。本文结合青藏高原地质、气候变化的背景综述了高原鸟类物种形成模式和遗传多样性特征。首先,青藏高原的隆升对鸟类产生了显著的隔离效应,推动与周边近缘物种的遗传分化;其次,青藏高原的隆升为鸟类提供了新的栖息地,促进了物种分化;再次,高原与邻近地区鸟类的区系交流,促进了物种的迁入、形成与扩散;最后,更新世冰期循环引起的环境变导致了鸟类的冰后期扩张和第二次接触,对鸟类的遗传分化产生了重要的影响。近期,多组学方法也日益广泛的应用在青藏高原鸟类生态适应演化研究中。未来的研究应更多关注地质、气候等因素在物种分化中的作用机制,加强多组学方法的应用,关注高原物种适应的生态学机制。青藏高原作为生物多样性保护的重要区域,在全球变化背景下,需要采取有效的保护措施以维护其生态系统的稳定性和可持续性。
基因组测序(genome sequencing,GS)是一种全面且系统地检测个体核基因组和线粒体基因组DNA序列的技术,旨在识别遗传变异并研究这些变异在人类健康和疾病发生发展中的作用。作为一种应用越来越广泛的检测技术,GS凭借高通量、高准确性和全面性的优势,为临床诊断提供了重要支持。然而,其复杂的数据分析与解读对专业知识和经验提出了较高要求,也带来了诸多挑战。运用GS技术进行遗传病分子诊断会涉及临床应用的伦理与技术问题,包括知情同意、诊断性数据解读、报告范围和内容等。本专家共识总结了临床基因组测序(clinical GS,cGS)的核心流程,明确了检测范围与技术局限性,提供了数据质控、分析、注释及变异解读的关键步骤,并对报告内容和知情同意的争议性问题展开讨论。本共识旨在帮助相关从业人员正确理解和规范使用临床基因组测序技术,提升遗传病诊断的准确性,优化技术的临床效用,推动医学科学研究的进步。
核酸类药物能够在基因水平发挥作用,具有合成简单、易于修饰、特异性高等优势。然而,相对于传统小分子药物,核酸类药物分子量较大、亲水性高且呈负电性,使其在体内组织递送和靶细胞摄入等方面存在障碍。脂质纳米粒(lipid nanoparticles, LNP)能够通过静电相互作用包载siRNA或mRNA,截至2025年4月已有5种相关药物上市,但由于不可避免的免疫原性及肝脾毒性,相关药物多数终止在临床试验初期。核苷(酸)脂材是一类由碱基或核苷(酸)头部、连接基团和脂质尾链组成的两亲性分子,其头部能够通过氢键、π-π堆积作用与核酸碱基结合并自组装形成纳米颗粒或胶束,具有广阔的应用前景。本文总结了基于其联合肽类阳离子脂材的核酸纳米制剂体系研究进展,并从结构表征、分子动力学模拟、体内分布、体内外药效与安全性等方面对相关制剂进行了分析讨论,为改善药物的体内器官及组织有效递送提供新思路。
MicroRNA (miRNA)是一类大小在22 nt左右的单链非编码短RNA分子,已被证明参与了几乎所有细胞事件中基因表达的转录后调节,包括细胞增殖、迁移、分化和凋亡。因此,miRNA受到最为广泛的研究和关注。miRNA通过靶向骨骼肌再生不同阶段的关键因素,在肌肉再生过程中发挥着重要作用。本文探讨了miRNA在肌肉再生过程中通过影响卫星细胞静止、成肌细胞增殖、分化从而调控肌肉再生能力,并且更新了miRNA在肌肉再生过程中与PI3K/AKT、TGF-β/Smad信号通路互作的研究进展,有助于研究者更多地了解miRNA在肌肉再生生物学中的知识,为非编码RNA参与肌肉再生提供更深入的理解。
各种多组学技术所产生的大规模数据,提出了如何快速、准确地分析这些数据的重要科学问题。如何在发展创新性新理论和数学模型的基础上,基于软件工程开发出能够让用户高效且精确地处理大规模生物学数据的便捷工具,是生物信息学和计算生物学的重要研究方向。本文主要介绍了生物信息学相关软件的发展历史、基于进化生物学的应用场景和进化与组学多功能分析软件平台eGPS、计算机使用的3种方式和软件编程的3个范式,以及如何基于Conda、R语言生态与eGPS软件平台分析单基因、通路和基因组水平的数据。针对不同科学目标的用户群体,提出了软件开发、使用、维护的新思路,并对进化生物学软件应用领域的未来发展进行了展望。最后,本文提出使用个人计算机进行进化与多组学分析不仅是时代所需也是未来发展的趋势,在生物信息学分析中扮演越来越重要的角色。
N6-甲基腺嘌呤(m6A)修饰是真核生物mRNA中最丰富的修饰形式,对mRNA的剪接、加工、降解和翻译的调控具有关键作用。本文介绍了计算方法在m6A修饰研究中的应用,主要有数据驱动的方法预测m6A位点以及基于分子动力学方法探究m6A相关生物机制。文章首先回顾了m6A检测技术的发展历程,阐述了相应的数据处理方法,并整理了现有公开数据集,为计算模型的构建奠定数据基础。接着重点讨论机器学习与深度学习模型在m6A位点预测中的研究进展。最后描述了分子动力学模拟在解析m6A相关分子机制的贡献,展示了计算方法如何促进对这一复杂的表观遗传调控过程的理解。通过系统梳理相关内容,本文深入探讨了计算方法在m6A修饰领域的最新研究进展及其应用价值,为m6A相关的深入研究提供新的思路与启示。
核糖核酸(RNA)是一类关键的生物分子,负责遗传信息的传递、蛋白质的合成及其调控,以及众多生化过程的调节。它们也是许多病毒的关键组成部分。经过化学修饰的合成RNA或寡核糖核苷酸正越来越被广泛地用作治疗药物和疫苗。对于检测、测序、识别和量化RNA及其修饰的技术需求,远远超过了对DNA相关技术的需求。目前,质谱分析法已成为用于识别、测序和量化RNA及其修饰的主要技术方法。本文主要综述了质谱分析法在RNA及其修饰研究中的最新进展,并探讨了该技术方法的优劣势,旨在为读者提供从技术基础到应用前景的全面视角,推动质谱在RNA研究中的更广泛应用,并为领域内方法开发者和生物学研究者提供重要参考。
水稻的单株产量主要由分蘖数、穗粒数和粒重等三要素决定,并且这3个因素相互联系、相互制约和相互补偿,尤其是穗数和每穗粒数有较大的负相关,只有在各因素协调发展的情况下,才能获得高产。由于调控途径和通路之间的复杂性,水稻穗发育的调控机制仍未得到全面解释,需要进一步研究。本研究对东北优异粳稻品种空育131的EMS诱变体库进行筛选,鉴定出2个株高和每穗粒数均显著增加、分蘖减少的突变体,将其命名为hry1-1 (height, reduced tiller, yield 1-1)和hry1-2。与野生型相比,hry1-1和hry1-2突变体的株高、单株产量、穗长、每穗粒数、粒长、粒宽和粒厚等性状均显著增加,而分蘖数显著下降。遗传分析结果显示,hry1-1和hry1-2为等位变异突变体,其表型是由单个核基因隐性突变造成的。基于重测序的MutMap分析和图位克隆,本研究将HRY1基因定位在水稻第1号染色体上M33~M28标记之间576 kb物理区间内。细胞学分析结果表明,hry1突变体幼穗分化过程中具有更高的细胞分裂频次。此外,hry1突变体中细胞周期蛋白相关基因CycAs、CycBs、CycDs和CDKs等表达量显著高于野生型,表明HRY1可能通过调控细胞分裂影响水稻的穗发育和产量。综上所述,HRY1基因在水稻穗分化和发育调控过程中具有的重要作用,将为水稻高产稳产的分子设计育种提供新基因和思路。
物种形成研究是人们关于新物种如何产生和维持的思考和探索,是进化生物学最重要的组成部分之一。对物种形成方式、生殖隔离产生过程及其内在遗传机制的探究和揭示,是物种形成研究领域的重要命题和主要研究内容,也是认识和理解自然界中物种多样性现象的关键线索和重要依据。本文聚焦于动物类群,首先介绍了目前人们关于物种概念的不同定义,在此基础上,围绕动物物种形成方式、生殖隔离分子机制等所取得的研究进展和重要突破进行阐述,并分析了目前动物物种形成相关研究的局限;最后,探讨了今后动物物种形成研究中潜在的新机遇和新突破。
水稻中胚轴伸长是影响旱直播水稻出苗和早期幼苗活力的重要因素,对直播研究具有重要的理论和实践意义。中胚轴伸长是一个复杂的过程,涉及遗传因素、植物激素和其他信号分子,以及环境因素等的调控。这些因素相互作用,共同决定了中胚轴的伸长。本文系统总结了近年来国内外已发掘的长中胚轴水稻种质资源、已定位和克隆的中胚轴伸长基因/QTL,以及水稻中胚轴生长的遗传机理及影响因素等最新研究进展,最后,还对水稻长中胚轴种质的应用及其面对的挑战进行了分析和展望,以期为水稻遗传育种和生产应用提供依据。
万古霉素是一种糖肽类抗生素,是临床治疗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、肠球菌和艰难梭菌等细菌感染的最后一道防线,但目前全球多个国家和地区已发现了多种万古霉素耐药菌。基于“One health”理念,本文统计了近15年国内外40个地区的人源、动物源、环境来源及食品来源的万古霉素耐药菌流行率。统计结果显示,万古霉素耐药菌主要集中于医院及周围环境。南非部分医院废水中的检出率高达96.77%;其次是巴基斯坦和中国台湾医院患者,检出率分别是56.5%和29.02%;国内人源细菌万古霉素平均耐药率(1.41%)要高于国外人源(0.47%);各地区儿童患者中耐药菌的检出率较低(<1%)。值得注意的是尽管万古霉素禁止在畜禽养殖中使用,但是其耐药菌在畜禽、畜禽产品以及相关环境中都有一定的检出率,对人类健康造成一定威胁。基于统计分析结果,本文对万古霉素耐药菌的耐药及传播机制进行了综述,明确了耐药菌在“人-动物-食品-环境”流行率差异,以期解析万古霉素耐药菌在全球不同宿主中的分布和传播风险,为耐药菌的防控提供参考。
Although Darwinian evolutionary theory has been widely spread in China, several misconceptions about evolution have been persistent among the general public and even the researchers. Some are simple misunderstandings, including evolution results in progress with organisms are always replaced by better forms through evolution, and humans or primates represent the most advanced organisms. Some are misconceptions about natural selection and imply organisms evolved based on what they need or all the current morphologies or biological phenotypes are the results of adaptation. The spread of these misconceptions in China stem partially from the historical misleading translation of “evolution” to “进化” in Chinese, which includes the meaning of progress with direction into more advance form. Here, we summarize major progresses of the evolutionary theory after the Modern Synthesis and discuss how this misleading translation introduces a barrier in understanding of these new theoretical developments, such as neutral or near-neutral theory, genetic drift hypothesis, trade-off theory, and many new concepts in evo-devo field. Looking back at the development of evolutionary theory over the past few hundred years, we emphasize that a series of revolutionary achievements in the last 30 years have brought about fundamental changes in our basic understanding of the evolution of life. Therefore, we strongly advocate a formal re-introducing of “演化”, a more correct translation of evolution, in textbook and in daily communication among Chinese biological researchers. We anticipate that this change will help to correct some of these deep-rooted misconceptions among general public and will ultimately stimulate the interest of younger generation in conceptually thinking of evolutionary theory.
作为表观遗传的重要研究内容,小非编码RNA (small non-coding RNAs,sncRNAs)在雄性生殖正常发育和代际遗传中发挥着重要的调控作用。研究表明,哺乳动物雄性生殖细胞中高度表达的小非编码RNA包括miRNA、piRNA和tsRNA等,在维持雄性生殖细胞发育和精子发生等过程中发挥重要作用。sncRNAs通过调控基因表达、影响蛋白翻译、改变精子表观遗传修饰等方式参与维持不同阶段的雄性生殖发育过程,其表达异常与雄性不育密切相关。此外,越来越多的证据表明,环境暴露影响精子的表观遗传修饰,这种表观遗传修饰的变化常导致后代表型发生改变。本文系统总结了雄性生殖细胞中sncRNAs的种类及其发挥的功能,介绍了各种因素环境暴露引起的代际遗传中sncRNAs的作用,以期为雄性生殖健康的研究提供新的视角和理论依据,为预防和治疗雄性不育及相关生殖疾病提供潜在的靶点和策略。
过去10余年里,古基因组学技术和研究不断发展,极大提高了学界和公众对人类演化历史的理解和认识。2017年起,东亚,特别是中国地区早期人类古基因组研究大规模开展,使得东亚不同时间和地点人类古基因组数据得以大量涌现,为东亚数万年来人群演化历史带来许多全新的认识。特别是2022年以来,中国南北方万年内古人群基因组研究成果大量涌现,为揭示东亚不同区域人群之间的迁徙扩散与互动交流历史带来诸多新证据,但目前尚无针对东亚地区该时段古人群基因组研究最新进展的系统性综述。因此,本文以中国地区古人群基因组研究为重点,系统梳理了东亚地区自旧石器时代晚期以来人群的遗传格局和迁移交流历史。综合现有研究表明,东亚古人群早在1.9万年前已经发生南北分化,形成不同的人群谱系,并从新石器时代早期开始发生双向的基因交流与互动;新石器时代中期,这种互动出现强化趋势;到历史时期,以东亚北方人群相关祖源成分对南方地区古人群影响更为显著,形成现今中国人群的遗传结构。在这一过程中,中国南北方古人群通过沿海和内陆通道与西伯利亚、日韩、东南亚、太平洋岛屿等其他周边地区古人群发生广泛的互动交流,对不同语系人群的形成发挥了重要作用。这些研究揭示出东亚万年以来人群遗传演化与交流融合的历史脉络,但仍留有许多尚未解决的谜团,有待更多时间段和更广泛区域范围的古人群样本基因组数据得以展开更加全面和细致的探索研究,推动相关科学问题进一步突破。
高度精准调控的蛋白质合成是维持生命体稳态和功能的重要保障,丙氨酰tRNA合成酶(alanyl-tRNA synthase, AARS1/2)在这一过程中发挥着至关重要的作用。AARS1/2是一类在细胞中合成丙氨酰tRNA的酶,参与基因编码蛋白质的合成,同时也催化蛋白质的赖氨酸丙酰化,从而调节蛋白质功能。本文综述了AARS1/2在蛋白质错误翻译引发疾病进程及其在代谢-免疫交互网络调控中的研究进展,以期更好地理解AARS1/2的病理生理学机制,并为开发潜在治疗药物提供参考。
植物小RNA (small RNA, sRNA)是植物基因表达调控及基因组稳定性的关键调控因子。根据产生途径及作用方式的不同,其主要分为微小RNA (microRNA,miRNA)和小干扰RNA (small interfering RNA, siRNA)两大类。这些不同类型的sRNA依赖多种加工蛋白产生,也依赖不同效应蛋白帮助其发挥功能,并以不同的方式广泛地参与植物各类发育调控与环境响应的过程。近年来,多物种中的高通量测序数据鉴定到了越来越多新型植物sRNA,sRNA在拟南芥(Arabidopsis thaliana)及各类作物中的研究进展也促进了对其产生方式、调控模式及其生物学功能的深入理解。本文系统综述了不同类型植物sRNA的研究进展,主要包括其生物合成途径、作用机制与生物学功能,并结合现有技术讨论了植物sRNA在农业中的应用方式及其作为新型RNA农药的应用前景,旨在为植物sRNA的深入研究及农业应用提供理论基础。
链霉菌(Streptomyces)作为天然药物合成的重要模式菌,具有合成多种生物活性物质的潜力,有超过2/3的抗生素由链霉菌产生。然而,许多链霉菌的原始生产菌株存在着不易培养、生长缓慢、遗传操作困难等问题,这使得通过遗传改造的方式来提高目标化合物产量的策略受到了限制,同时本底产生的代谢物也会对目标天然产物的分离和提取产生一定的干扰。因此,开发生长快速、代谢背景清晰、遗传操作简单的链霉菌底盘细胞作为宿主,能解决天然药物产量低、生产成本高等问题。本文结合前期的研究工作,对链霉菌较小基因组的设计、构建及其在天然产物发掘和生产中的应用进行了综述,以期为利用链霉菌合成天然产物提供参考和借鉴。
原始造血是生物体内至关重要的发育过程,其产生的血液细胞不仅在早期胚胎时期负责氧气和营养物质的运输,同时也为免疫系统发育奠定了基础。在原始造血过程中,造血相关转录因子及其辅因子相互作用形成复杂的调控网络,共同调控原始造血的发生与成熟。其中,bHLH转录因子家族中的SCL和LYL1在胚胎造血中起着核心作用。SCL参与原始造血的启动,而LYL1则被认为是SCL的旁系同源,能够在成年后SCL缺失时弥补其对造血的影响。然而,目前LYL1在原始造血中的具体作用尚不明确。本研究通过分析斑马鱼血液细胞单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据,发现CABZ01066694.1在造血干/祖细胞中高表达。序列比对显示,CABZ01066694.1是lyl1基因的一种短型转录本。本研究通过 5′端快速扩增的cDNA末端测序(5′RACE)验证了斑马鱼和人类的lyl1基因均存在长型转录本(lyl1f)和短型转录本(lyl1s)。进一步通过分析公共数据库中的scRNA-seq和RNA-seq数据,发现在斑马鱼原始造血细胞中,lyl1主要转录lyl1s。最后,本研究通过Morpholino技术分别敲低lyl1f和lyl1s,发现lyl1s的敲低显著抑制了原始髓系祖细胞和原始粒系细胞的产生,而lyl1f的敲低则促进了原始巨噬细胞的生成。综上所述,本研究揭示了斑马鱼源lyl1和人源LYL1均存在长、短型转录本,并且这两种转录本在调控原始髓系的发生过程中具有不同作用,为理解原始造血的分子调控提供了新的线索。
Ubiquitin-fold modifier 1 (UFM1)是一种在原核生物和大多数真核生物中广泛存在的I型类泛素蛋白,其介导的UFMylaiton修饰参与调节多种细胞生化过程。近年来UFM1系统在内质网稳态调节中的重要性被逐步发现和重视。结核分枝杆菌感染引发的内质网应激是结核病发病进程的重要环节,因而UFM1系统有望成为抗结核治疗药物研发的新靶标。本文对UFM1系统和其介导的UFMylation途径进行了介绍,并重点综述了UFM1系统参与内质网稳态调节的最新进展及其在结核病治疗中的潜在价值,以期为开发新型抗结核治疗方法提供新的方向。
在适应性演化的推动下,动物发展出了多种适应性特征,这些特征对它们的生存和繁衍至关重要。揭示适应性演化的分子机制对理解物种多样化、表型趋同等重要生物学现象具有关键意义。随着多组学技术的发展与成熟,基因组非编码DNA调控元件已被证明在动物适应性性状演化过程中发挥着重要调控作用。本文概述了非编码DNA调控元件的特征及其作用机制,并从动物附肢适应性状、动物极端环境适应性状以及动物其他特殊表型适应性状这3个方面综述了其在动物适应性性状演化中的分子机制,为理解动物适应性性状演化分子机制提供重要参考。
RNA干扰(RNA interference,RNAi)是一种由双链RNA (double-stranded RNA,dsRNA)产生的小RNA介导的基因沉默机制,能够引发特定基因的沉默。当病毒入侵后,病毒复制产生的dsRNA会被宿主细胞内的Dicer蛋白切割,产生病毒来源的小干扰RNA (virus-derived small interference RNAs,vsiRNA),并通过RNAi对病毒RNA进行切割清除,产生抗病毒作用。因此,RNAi在病毒感染过程中也被认为是一种高效的抗病毒免疫途径。然而,病毒在长期的进化过程中也产生了多种拮抗RNAi的途径,如通过编码特定的RNAi抑制蛋白(viral suppressor of RNAi,VSR)靶向拮抗该过程中的关键分子。研究表明,利用特异性靶向VSR来设计药物,可以在宿主细胞内“解锁”RNAi抗病毒功能,表现出极具潜力且相对广谱的抗病毒作用。此外,病毒感染也会受到一些宿主或病毒来源的微小RNA (miRNA)的调控,miRNA在病毒感染中的作用也为抗病毒治疗提供了新的靶点。本文综述了RNAi在抗病毒免疫中的作用机制、研究进展及其在抗病毒治疗中的应用前景,以期为抗病毒免疫研究和治疗提供理论支持。
从古DNA视角探讨古代生物的遗传组成已有40多年历史。自2005年开始,随着高通量测序技术平台的开发应用及对小片段DNA分子提取能力的加强,古DNA研究跨入全新的深时古基因组时代,不仅解决了诸多生物谱系系统学问题,丰富了包括人类在内的多种生物的迁移、演化细节,而且启动了“全基因组-大数据-多物种”尺度研究生物对气候变化的分子响应,将古DNA研究涉及的样品年代从10万年以内拓展到近200万年前的早更新世。中国科学家近几年在东亚人群遗传演化和迁徙融合方面实现了诸多有影响力的突破,填补了现代人类演化进程中的重要“缺环”。相比而言,学界对除人类之外的脊椎动物古DNA研究关注度较低。本文回顾了第四纪晚期中国大型哺乳动物古DNA研究系列进展,分别总结了相关研究在揭示古代群体与现生群体的系统演化关系、古哺乳动物基因交流、动物种群对气候变化的分子响应等方面的研究突破,并对中国哺乳动物古基因组领域面临的机遇和挑战进行了展望。
抵抗失巢凋亡(anoikis)进而促进癌细胞存活是许多癌症发生、发展的关键特征。肝细胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是一种复发率高、转移性强的恶性肿瘤,但其失巢凋亡相关研究仍然较少。因此,基于失巢凋亡相关基因(anoikis-related gene,ARG)预测HCC的预后及免疫微环境变化,可为基于失巢凋亡的治疗策略提供新的理论依据。本文基于癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)HCC转录组数据,鉴定出74个在肝癌中显著差异表达的ARG。通过LASSO-Cox回归模型建立了包含其中9个特征基因的HCC预后风险评分模型。多因素Cox比例风险回归分析表明,该模型能准确预测患者总体生存率,是HCC新的独立预后指标。基于ARG建立的不同风险组在通路活性、免疫细胞浸润和HCC患者生存状态等多方面存在显著差异。与低风险组相比,高风险组中细胞增殖相关通路显著活化,免疫抑制性细胞的浸润比例显著增加,且与肝癌患者对PD-L1单抗治疗耐药相关。上述结果表明,本研究建立的ARG风险评分模型作为一种新的指标可以预测HCC患者的预后,并初步揭示了ARG在肝癌进展中的重要作用。