机械力是胚胎发育与生殖过程中持续存在且高度动态的物理输入,可通过机械力敏感离子通道(mechanosensitive ion channels, MSC)被细胞感知,并转化为以Ca2+为核心的胞内信号,从而参与调控细胞迁移、谱系分化与形态发生等关键发育事件。与此同时,线粒体作为能量代谢与信号整合枢纽,其代谢模式、氧化还原稳态及动力学重塑对胚胎早期发育潜能具有重要影响。近年来的研究提示,MSC介导的Ca2+通量变化不仅激活经典信号通路,还可进一步耦联线粒体功能,形成连接力学输入与代谢响应的重要调控轴。基于上述研究背景,本文围绕“MSC-线粒体功能-胚胎发育命运”这一主线,系统梳理MSC的分子特征与激活机制,概述其在胚胎发育及生殖相关过程中的功能;进一步归纳MSC通过Ca2+信号调控线粒体代谢重编程、ROS稳态及融合/分裂动态的潜在机制;并结合囊胚腔形成与谱系建立、器官发生等典型发育事件,讨论该耦联轴在关键发育过程中的可能作用。同时,对当前研究面临的关键局限与技术瓶颈进行分析,并提出该领域未来的研究方向与潜在应用前景。在发育生物学背景下整合机械转导与线粒体代谢调控机制,有助于深化对“力学-代谢”信号协同塑造胚胎命运与形态建成过程的理解,并为相关发育异常与生殖障碍的发病机制解析及干预策略探索提供理论依据。
生物学性别是影响疾病发生发展、临床表型及预后的关键因素。除性别特异性肿瘤之外,男性在几乎所有肿瘤中的发病率和死亡率方面均高于女性。然而,人们对肿瘤男性偏好特征背后的遗传学机制仍然缺乏深入认识。Y染色体丢失(loss of Y chromosome, LOY)是正常男性中最常见的体细胞突变,常发生于50岁以上人群。一方面,外周血免疫细胞LOY与肿瘤易感性增加密切相关;另一方面,肿瘤细胞本身也易发生LOY,导致Y染色体连锁抑癌基因和抑癌非编码RNA表达缺失,促进代谢重编程和改变肿瘤免疫等途径重塑肿瘤微环境。此外,LOY还能从肿瘤细胞向肿瘤浸润免疫细胞“传染”,二者协同促进肿瘤的演化。鉴于LOY在肿瘤中的广泛性和对肿瘤恶性演变的重要性,LOY已展现出作为肿瘤早期诊断和分类分期的生物标志物以及精准治疗靶点的潜能。本文从肿瘤细胞LOY、肿瘤浸润免疫细胞LOY以及二者互作的角度综述了LOY驱动肿瘤恶性行为的机制及其在肿瘤精准诊疗中的发展机遇和应用潜力,以期为理解肿瘤性别差异的分子机制提供崭新的视角以及为肿瘤的精准防诊治提供潜在的分子靶点。
纤毛(cilia)是一种内含微管蛋白骨架、外被纤毛膜并从真核生物细胞表面凸起的毛发状结构,与生物体器官发育和稳态维持密切相关。纤毛微管蛋白经历了多种高度保守的翻译后修饰(posttranslational modifications,PTMs),包括乙酰化、谷氨酰化、甘氨酰化、去酪氨酸化等。研究表明,纤毛微管蛋白翻译后修饰能够精密调控纤毛组装/解聚的动态平衡、结构维持、运动功能以及信号转导等生理过程。纤毛微管蛋白翻译后修饰的异常调控会导致纤毛的功能障碍,从而引发包含纤毛病(ciliopathies)在内的人类疾病。本文综述了纤毛微管蛋白翻译后修饰调控纤毛形成与功能的研究进展,并重点探讨其与人类纤毛疾病的关联,以期为纤毛病的治疗干预提供新途径。
基因定点敲入技术是基因工程和基因治疗的核心工具,旨在避免传统随机整合方法的不可控性及异质性等问题,但是在实际的应用过程中却长期受编辑过程中的脱靶活性和低效性的限制。近年来,位点特异性重组酶系统(如Bxb1整合酶)和可编程核酸酶系统(如CRISPR/Cas9)的发展显著提升了基因敲入的精确性与效率。特别是Cas9-Bxb1整合酶系统的出现,实现了5~43 kb大片段DNA在基因组安全港(genomic safe harbor,GSH)位点的靶向整合,为疾病模型构建、基因功能研究和临床治疗提供了突破性平台。本文系统综述了位点特异性重组酶与核酸酶系统的研究进展,探讨了GSH的筛选策略及多组学数据在优化预测模型中的应用,并对比分析了twinPE+Bxb1与PASTE系统的优势与局限性。未来研究需聚焦于开发低脱靶活性的新型整合酶、优化无双链断裂(double strand break,DSB)编辑技术,以及建立跨物种GSH数据库,以进一步推动基因编辑技术在精准医学和合成生物学中的应用。
随着全球人口老龄化加剧,开发能够精准量化个体衰老状态、突破时序年龄评估局限的技术方法,已成为衰老研究与精准医学的重要需求。生物学年龄通过整合多组学数据与器官特异性生物标志物,为评估个体真实生理衰老进程及疾病风险提供了重要工具。本文系统综述了衰老评估方法的发展,重点阐述了基于表观遗传学标志物以及转录组学、蛋白质组学和代谢组学标志物的衰老时钟构建策略及其演变,并探讨了基于影像学数据与多组学数据整合的器官特异性衰老评估新方法。结合这些方法在衰老相关疾病早期筛查与风险分层、个性化干预及健康管理中的临床应用证据,本文还进一步阐明了生物学年龄在精准衰老评估与干预中的重要价值与临床转化前景。
环肽作为突破传统药物开发“难以成药”靶点的重要分子形式,凭借其独特的构象约束特性,成功弥补了小分子药物与生物制剂的治疗间隙。尽管早期环肽的发现依赖于天然产物的挖掘,但是展示技术的出现将库容量提升至1015,加速了全新环肽药物的研发。mRNA展示技术作为一种基因型(mRNA)与表型(蛋白质)融合的体外多肽/蛋白质筛选技术,可在一次实验中筛选数万亿蛋白质变体以实现所需功能。近年来,随着利用mRNA展示技术筛选出的多肽药物进入临床研发阶段,从头开始的环肽药物发现领域逐渐走向成熟。本文对mRNA展示技术的原理、特点以及其在环肽药物研发过程中的应用展开综述,以期为推动基于mRNA展示技术的原创性环肽药物发现提供新的思路和策略借鉴。
Y染色体短串联重复(Y chromosome short tandem repeat,Y-STR)在法庭科学实战应用中具有举足轻重的地位,基于Y-STR的长度分型排查嫌疑人父系谱系的技术已在多起重特大刑事案件的侦破中发挥了至关重要的作用。但当遇到长度多态Y-STR单倍型相近或者相同的数据时,难以进行谱系的精细化区分。基于二代测序技术解析Y-STR的序列信息为解决上述困境带来了新的路径,并已成功应用于实际案例。然而,当前Y-STR序列特征的基础数据积累显著不足,序列多态性的研究也较为零散,缺乏对Y-STR序列变异的系统性总结,在一定程度上限制了Y-STR序列多态性在法庭科学的深度应用。本文基于文献公开数据,归纳在法庭科学中应用较广泛的41个Y-STR基因座重复区及侧翼区的序列特征,梳理Y-STR基因座重复区和侧翼区内可定义单倍群的单核苷酸多态性,并展望序列多态性可以拓展应用的场景,以期为利用Y-STR序列多态性精细化区分男性谱系、溯源父系生物地理祖先等研究提供参考。
环状RNA是一类在真核细胞中广泛存在、结构稳定且功能多样的单链RNA分子。除了作为直接调控因子,环状RNA也能通过编码功能性蛋白间接参与多种生理病理进程。目前,环状RNA翻译的分子机制与研究手段、其编码蛋白与重大疾病的关联,以及其作为药用蛋白表达载体的应用前景,已成为生物医学领域的前沿焦点。本文从上述3个方面对可翻译环状RNA的研究现状进行了归纳总结,旨在为环状RNA的前沿研究提供借鉴和参考。
达斡尔族是蒙古语族人群的古老分支,其遗传演化历史对于解析蒙古语族人群乃至东亚人群核心谱系的形成机制具有重要学术价值。学界曾围绕达斡尔族与古契丹人群的亲缘关系展开多角度的探讨,相关议题也引发了广泛关注。近年来,随着深度测序数据的大量积累,人类群体遗传演化及迁徙融合历史的复杂性得以被更清晰地揭示。在此背景下,本文系统综述了近7年达斡尔族Y染色体与线粒体DNA谱系研究的最新进展,并结合该民族的发展历史及重要家族的世系资料,进一步梳理了达斡尔族父系与母系遗传历史的演化轨迹,以期为后续相关群体的遗传历史研究提供有益参考。
全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)已鉴定出大量与人类疾病和动植物经济性状显著关联的遗传变异。然而,由于多数变异位于基因组的非编码区域,使得从众多变异位点中准确识别具有生物学功能的变异仍面临巨大挑战。进入后GWAS时代,以高通量报告基因分析、CRISPR/Cas9基因编辑技术及表观遗传学分析为代表的高通量解析方法,已成为系统揭示基因组中功能变异的有力工具。这些方法不仅能够有效识别功能性变异,还可以揭示其调控基因表达的机制,从而阐明影响性状或疾病形成的分子基础。本文系统综述了当前用于基因组功能性变异的高通量鉴定方法,总结了其在主要农业动物中的应用进展,并对其未来研究前景进行展望,以期为后续相关领域研究提供参考。
红肉与白肉的健康效应争议长期存在,传统基于动物种属的二元分类体系难以匹配其营养异质性与疾病风险的复杂性。本文通过整合流行病学、分子机制及食品科学多维证据,系统重构了肉类健康评估框架。研究证实,传统红白肉定义因忽视种内差异及跨物种悖论,需转向基于部位、加工方式的精准分类;加工肉作为1 类致癌物与未加工红肉风险存在本质差异,后者适量摄入有助于平衡血红素铁/维生素B12的营养价值与相关健康风险;在致病机制上,红肉中血红素铁、Neu5Gc、TMAO及加工衍生的NOCs、HCAs/PAHs构成多重病理网络;而白肉因缺失核心毒性成分且富含ω-3 PUFA(EPA/DHA抗炎与神经保护),多数研究提示可能会降低心血管代谢风险,但高温加工可削弱其优势。基于此,国际指南形成“严控加工肉、限量未加工红肉、优选白肉”共识,并发展基因筛查、益生菌调控菌群-TMAO轴及低温烹饪等精准策略。未来需突破单细胞多组学解析器官特异性损伤、建立基因-菌群-营养素三元交互的个体化风险评估模型,并通过CRISPR育种靶向降低红肉毒性及AI优化膳食推荐系统,推动肉类消费向营养-健康-环境可持续性协同进化。
转座子又称跳跃基因,是一段能够在染色体内或不同染色体之间改变自身位置的DNA序列。长散在核元件-1 (long interspersed element 1,LINE-1)作为人类基因组中唯一具有自主逆转座活性的转座子,其动态调控对维持基因组稳定性具有重要的意义。在正常生理状态下,宿主通过表观遗传等机制使LINE-1处于沉默状态,但当这种精密调控被打破时,LINE-1异常激活介导的插入突变会引发基因组不稳定,进而诱发多种遗传性疾病和恶性肿瘤。近年来的研究证据表明,在乳腺癌、食管癌、肺癌以及结直肠癌等多种肿瘤中存在LINE-1的高表达,提示LINE-1的异常激活与肿瘤发生发展存在密切关联。本文综述了宿主对LINE-1多层次的调控网络,包括表观遗传修饰、非编码RNA以及多种宿主限制因子;探讨了LINE-1在肿瘤微环境中异常激活的分子机制,并总结了LINE-1影响肿瘤发生发展的多种途径,例如影响基因组稳定性、引发炎症和免疫反应以及参与细胞永生化过程。本文不仅为LINE-1作为肿瘤分子诊断标志物提供了理论依据,同时为基于LINE-1调控的新型抗肿瘤治疗策略提供了新的视角。
古DNA技术能够直接获取古代生物的遗传信息,在解析物种起源与演化方面具有独特优势。近年来,古DNA研究在人类演化及动物起源、扩散等领域取得了诸多突破性进展。随着古DNA提取、建库及测序技术的不断革新,该技术也被引入植物研究领域,并逐渐形成规范化、体系化的研究方法与技术流程。相关研究深化了作物驯化起源、传播路径及演化历史的认知,也为解析“人类−植物−环境”间的相互作用及协同演变机制提供了全新视角。本文介绍了植物古DNA研究的基本技术流程,综述了该技术在作物驯化、植物病理、环境重建及植物资源利用等方面的研究进展,以期为相关领域的深入研究提供参考。
肌肉减少症(sarcopenia)简称“肌少症”,是以骨骼肌质量与功能进行性丧失为特征的年龄相关性退行性疾病,可引发跌倒、失能及全因死亡率递增等严重临床结局,显著降低老年群体生存质量。随着我国步入老龄化社会,肌少症将逐渐成为多数人群面临的健康威胁。本文系统归纳了导致肌少症的发病机制,指出代谢失衡和细胞氧化应激是肌肉功能退化的重要诱因,通过分析生活方式、生理特征和遗传因素的协同作用,阐释了人群易感性和疾病进展的病因学基础;重点总结了多个基因在维持肌肉功能中的作用,结合人群队列和动物模型研究阐明相关基因突变与肌少症的风险联系,同时揭示表观遗传因素对肌肉代谢和衰老的调控机制;最后,综合探讨了药物治疗、营养支持及运动疗法的干预效果与临床转化瓶颈。本文旨在为肌少症的基础研究和临床防控优化提供重要的理论支持。
单核苷酸变异是人类遗传疾病的主要致病因素之一,在所有致病突变类型中占据显著比例。在动物模型中深入研究这类突变的致病意义对于理解疾病机制和开发治疗方法至关重要。而此类研究的进展在很大程度上依赖于基因编辑技术的不断创新与发展。近年来,基于CRISPR/Cas9系统的碱基编辑技术应运而生,它能够精确实现单个碱基的特异性转换。凭借其高效性和便捷性,碱基编辑技术已被广泛应用于基因治疗、动物模型构建以及分子育种等多个领域,为生命科学研究和医学应用带来了新的突破和机遇。另一方面,斑马鱼(Danio rerio)凭借其体型小、产卵多、胚胎透明、体外发育等优势,在疾病机制和药物筛选研究中作为一种理想的模式生物发挥着重要作用。本文系统综述了基于CRISPR/Cas9的碱基编辑技术的发展历程,介绍了新型编辑工具的开发,并深入探讨了碱基编辑技术在构建斑马鱼精准模型中的应用与发展。
干旱与盐胁迫是制约植物生长发育与繁殖的常见非生物胁迫。为此,植物进化出了复杂的分子调控网络,使其能够敏锐感知外界胁迫并快速启动应答。其中,microRNA(miRNA)在这一过程中扮演了关键角色。植物miRNA是一类长约20~24 nt的非编码小分子RNA,通过转录后水平切割靶基因或抑制其翻译,从而参与调控植物应答逆境胁迫。近年来,随着高通量测序技术的快速发展与广泛应用,大量参与干旱与盐胁迫应答的miRNA被鉴定,其功能及作用机制也逐渐被揭示。本文系统综述了miRNA参与调控植物干旱、盐胁迫的分子机制,全面展示了miRNA调控植物抗旱耐盐的共性及特异性,并总结归纳了可作为生物育种潜在靶点的miRNA,旨在为植物miRNA的深入研究提供参考,也为植物抗旱耐盐遗传改良中的实际应用提供理论依据与前沿视角。
N4-乙酰胞苷(N4-acetylcytidine,ac4C)是一类新兴的RNA表观修饰,近年来在表观转录组学研究中被广泛关注。该修饰广泛存在于tRNA、rRNA、mRNA及非编码RNA中,通过精准调控RNA的稳定性与翻译效率,影响下游基因的表达网络,进而对细胞功能产生重要影响。本文综述了ac4C修饰的分布特征、生物学功能及复杂调控机制的最新研究进展,详细介绍了其编码器、检测方法以及在动物生殖发育中的作用,旨在为深入探讨ac4C修饰在动物繁殖与人类生殖等领域的调控机制提供坚实的理论基础与研究思路。
G-四链体(G-quadruplex,G4)作为基因组中典型的非B型核酸二级结构,通过其独特的四链折叠构象广泛参与端粒稳态维持、DNA复制调控、基因转录及翻译调控等关键生物学过程。在哺乳动物基因组中,G4在功能调控区域的显著富集特征揭示了其在转录调控中具有关键作用。本文聚焦基因组内源G4的动态形成机制与转录调控功能,系统阐述了其通过三重分子路径调控基因表达:(1)介导转录激活复合物的空间组装;(2)动态调控组蛋白修饰和DNA甲基化等表观遗传事件;(3)重构三维染色质构象以建立转录活性微环境。通过整合G4拓扑表征技术及动态平衡网络的最新进展,本文明确了G4作为关键顺式调控元件的功能定位,并为靶向G4的治疗策略开发指明了方向。
染色质相关RNA(chromatin-associated RNAs,caRNAs)是一类与染色质结构及功能密切相关的RNA,通过顺式、反式或顺-反式联合的方式与染色质互作,从而调控基因表达,保证细胞过程的有序进行。N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine,m6A)是真核生物RNA中普遍存在且动态可逆的一种表观遗传修饰,在多种生物学过程中发挥重要的调控作用。caRNAs的m6A修饰能在转录水平调控染色质可及性与基因表达,维持机体的正常生命功能。本文对m6A修饰的caRNAs与染色质的互作机制及其对基因表达的作用进行了总结,以期为解析基因转录调控的分子机理提供科学依据与思路。
古DNA研究在历史重建和生物进化研究中发挥着关键作用,但样本降解和测序覆盖度低等问题制约着研究进展。基因型填充技术通过利用单倍型参考序列集预测缺失基因型,显著提升了古DNA遗传信息的获取能力。本文系统评述了GLIMPSE、Beagle和QUILT等前沿计算工具与算法,这些方法为解析古代人类与动物的遗传结构及演化模式提供了更全面的分析手段。尽管采样策略和单倍型参考序列集组成等因素可能影响分析准确性,但该领域仍展现出巨大的发展潜力。未来的重点发展方向包括:(1)算法优化;(2)计算效率提升;(3)新兴技术整合;(4)研究领域拓展。这些进展有望为古DNA研究的发展和古代生命系统的理解提供新的视角。
密码子使用偏好性(codon usage bias,CUB)是指生物体在编码蛋白质时对同义密码子的非随机使用现象,对研究物种演化、适应性进化、基因表达调控、种群遗传多样性等研究具有重要的研究意义。本文概述了密码子使用偏好性的生物学意义、相关统计研究方法以及综合介绍了近年来密码子使用偏好性在昆虫学中的相关研究进展,以期为昆虫密码子使用偏好性的深入研究提供新思路、新方法。
细胞外囊泡(extracellular vesicles)是细胞释放到细胞外环境的膜包被结构,包含蛋白质、核酸、脂质等多种生物分子。细胞外囊泡来源广泛、种类繁多,且具有高度异质性。它们参与细胞间物质转运,调控细胞间通讯,并在细胞增殖、凋亡、迁移等多种生物学过程中发挥重要作用。本文综述了细胞外囊泡的分离与鉴定、生物发生机制及其命运等方面的研究进展,以期为该领域的深入研究提供参考。
氮素是植物生长不可或缺的大量元素,而硝酸盐是植物主要的氮素来源,其供需关系对植物发育起决定性影响。NRT1/PTR家族(nitrate transporter 1/peptide transporter family,NPF)作为主要的硝酸盐转运家族,在硝酸盐摄取过程中扮演着关键的角色。在植物研究中,该类蛋白可通过蛋白翻译后修饰来调控其功能,进而调控硝酸盐感知、摄取以及植物发育。NRT1.1(NPF6.3/CHL1)是NPF的重要成员之一,兼具硝酸盐转运和感受器的双重功能。本文综述了拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)和玉米(Zea mays)等NPF硝酸盐转运蛋白家族在调节硝酸盐摄取及利用中的作用,总结了蛋白翻译后的修饰对硝酸盐转运与植物发育的影响。最后,展望了在树木中开展相关研究的前景,以期为提高树木氮肥利用效率、增强其抗逆能力和生态环境保护提供科学依据和技术支持。
乳腺肿瘤干细胞(breast cancer stem cells,BCSCs)是乳腺癌中具有干细胞特征的细胞亚群,具有自我更新、多向分化和高度的肿瘤驱动能力。研究表明,BCSCs在乳腺癌发生、发展及耐药过程中发挥着关键作用,因此深入揭示BCSCs的生物学特性与调控机制是突破乳腺癌治疗难题的重要途径。本综述系统总结了BCSCs表面标志物鉴定、与肿瘤复发与转移的关系、关键调控信号网络,以及其在耐药性中的作用机制,同时探讨了基于BCSCs异质性和动态调控节点的靶向治疗策略,展望了未来精准治疗乳腺癌的潜在方向,为相关药物研发提供理论支持和新颖依据。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
MicroRNA(miRNA)是一类具有调节功能的内源性非编码单链RNA。传统观点认为,miRNA在细胞质中与靶标mRNA 3′UTR结合降解mRNA或抑制翻译,从而发挥负向调控作用。然而,这一模型难以解释许多miRNA在基因表达中的促进作用。越来越多的研究表明,增强子或启动子介导的转录激活,以及UTR介导翻译促进,是miRNA正向调控基因表达的主要机制;此外,miRNA的亚细胞分布及具体的生理条件也会影响miRNA的功能。本文综述了内源性动物miRNA正向调控的机制及特点,旨在深入探讨miRNA调控基因表达的分子机制,并为后续研究提供参考。
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。
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。
细胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)是由细胞释放到细胞外微环境的膜包被的颗粒。在神经系统中,EVs是介导生物分子运输和细胞间通讯的关键载体,它们深度参与调控生理稳态与病理级联反应,同时在疾病诊断与治疗领域展现出重要应用价值。本文系统综述了神经元与胶质细胞源性EVs的功能异质性及研究进展,以期为阐明EVs在神经系统的多样化角色提供理论依据。
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。
3′非翻译区(3′ untranslated regions,3′UTR)是真核生物mRNA的组成部分之一,位于其3′最末端。3′UTR在真核生物基因表达的转录后调控中发挥重要作用,目前已知3′UTR调控mRNA的加尾、稳定性、翻译效率及定位等。近年来,随着研究的深入及多种组学技术的出现和使用,人们发现3′UTR还具有许多意想不到的功能。本文综述了近年来真核生物3′UTR的新功能及其作用机制的研究进展,并提出了未来3′UTR的研究方向,以期为全面深入地研究真核生物基因功能及调控提供参考和借鉴。
蛋白质-蛋白质相互作用在细胞内的几乎所有生物过程中都扮演着至关重要的角色。近年来,邻近标记技术作为一种前沿实验方法,被广泛应用于细胞内蛋白质相互作用和亚细胞区室空间蛋白质组等方面的研究。这项技术通过在目标蛋白质周围引入化学标记物,实现对邻近蛋白质的标记和捕捉。结合质谱鉴定与分析,邻近标记技术能够以高时空分辨率捕捉蛋白质间的相互作用及细胞区室的蛋白质组信息。与传统方法相比,邻近标记技术凭借其高时空分辨率和高灵敏度,成为研究细胞内蛋白质功能、相互作用及蛋白质空间组学的重要工具。本文系统介绍了蛋白质邻近标记技术的原理、分类及其应用,以期为研究人员提供全面的技术视角,促进蛋白质邻近标记技术在细胞生物学、蛋白质组学以及疾病机制研究中的更广泛应用。