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《细胞》:以“卫青”之名,抵御“绝症”根肿病

西汉时,名将卫青北出阴山,让匈奴不敢进犯黄河河套地区。现在,中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民、陈宇航合作团队,在野芥菜中挖掘到一个广谱抗根肿病基因,并将其命名为“卫青”。研究团队不仅克隆了基因“卫青”,还阐明了其围堵根肿病的作用机制。北京时间2023年6月8日晚,相关研究发表于《细胞》。该刊多位审稿人认为,这是一项“令人印象深刻”的研究,具有广阔的应用前景。根肿病堪称十字花科作物的“绝症”。根肿菌休眠孢子在土壤中可存活20年之久,耕地一旦被污染,将无法继续种植这类作物。每年我国根肿病发病面积达4800万~6000万亩。“这不仅会给农户带来了经济损失,也对我国有限的耕地面积带来极大压力。”周俭民对《中国科学报》说。寻找“制敌能手”每年春季,荡漾着金色花海的油菜田总会成为许多游客的打卡地。不过,人们目力所不及的地下,油菜正遭受不断蔓延的“大头病”的威胁。2016年,周俭民到四川参加一次学术会议,同样研究植物病害的四川农业大学教授黄云告诉他:“被根肿菌感染的油菜,根系会长出‘肿瘤’,让植物无法吸收养分,生长迟缓或枯死。”中国是油菜种植大国,总产量约占世界的30%,居世界第一位。据国家统计局数据,2021年,我国油菜种植面积超过一亿亩。图1:大田生长的油菜。安徽农科院研究员胡宝成供图然而,周俭民在与油菜抗病遗传育专家、华中农业大学植物科学技术学院教授张椿雨交流时了解到,每年我国油菜的根肿病发病面积达到2000万亩左右。一旦发病,一亩油菜的损失可以达到50%左右甚至更高。这相当于每亩直接经济损失超400元,折下来每年仅油菜就会造成数十亿元的损失。让问题更严峻的是,作物即便染病枯死,其“肿瘤”还会释放出根肿菌休眠孢子,在土壤里生活20年,无法种植。除了油菜,白菜、萝卜、甘蓝、花椰菜等常见十字花科作物也都受到这种毁灭性土传病害的威胁。遗憾的是,周俭民告诉记者,目前根肿病仍“基本无药可治”。传统田间管理办法是撒石灰,但只能解决一时的问题,无法根治,且会导致土壤板结。在国际上,尽管已有科学家从欧洲芜菁中挖掘出一些根肿病抗病基因,并用其杂交转育油菜、白菜等农作物实现根肿病防治,但田间根肿菌混生且变异丰富,抗病基因往往表现出菌株特异性,且机制研究薄弱。张椿雨团队已经在田间分离到了可让部分抗根肿病基因失效的新变异菌株。能否找到对付新毒性菌株的广谱性新基因呢?周俭民与合作者从国外收集到的200多份野芥菜中分离鉴定到一个高抗根肿病基因,并将其命名为“卫青”。据介绍,这个“制敌将领”可编码一个从未报道过的蛋白。研究团队将其导入油菜后不仅表现出良好的抗性,生长发育也完全正常。他们发现该基因在包括现有抗性品种上表现出高致病力的菌株,表明这是一个广谱抗性基因。图2:受到根肿病侵害的油菜根部肿大症状。四川农业大学副教授杨辉供图“卫青”这样克敌那么,“卫青”如何制敌呢?周俭民团队和陈宇航团队分别通过细胞生物学、分子生物学、冷冻电镜、电生理等方法,揭开了其中的秘密。不同于大多数植物病原体在植物细胞间“偷取养分”的方式,根肿菌狡猾的是,它会钻入植物细胞内繁殖。尤其有害的是,根肿菌会在“根芯”——中柱内安营扎寨,刺激寄生细胞不断膨大以帮助其疯狂繁殖,这也是形成“大头病”病症的原因。随着病程发展,植物根系组织被破坏,无法吸收养分,导致植物生长缓慢或死亡。周俭民团队发现,“卫青”平常并不表达,只有在发现敌情时,才在被称为中柱鞘的一层特殊细胞内表达,这层细胞在中柱外围形成一道防线,阻断根肿菌向中柱内的入侵。“卫青”编码的蛋白定位于内质网。陈宇航团队发现,“卫青”是一个新型的离子通道,将内质网中的钙离子释放到细胞质,以此在植物细胞中拉响病菌入侵的“警报”,开启防卫反应。“名将卫青抗击匈奴入侵是将阴山作为防守线,防止匈奴入侵河套平原。与此类似,植物中柱内传递养分的维管束系统就像传承农耕文明的河套平原,而‘卫青’蛋白装配成为内质网的钙离子通道来发挥‘烽火台’的作用。”该论文共同通讯作者陈宇航打比方解释。“当监测敌情到来时,钙离子就从内质网释放出来,如同烽火被点燃一样传递‘军情’。这样一来,钙信号激活植物免疫应答过程,从而在中柱的外鞘形成一道防线,抵御病原菌入侵‘河套平原’。”他说,这也是课题组将其命名为“卫青”的原因。据悉,这也是科学家在植物中首次发现胞内的钙离子释放通道,可响应病原菌入侵激活钙信号和免疫应答。“这是一项极为有趣的研究。”一位国际审稿人认为,研究者打破学科壁垒,利用遗传学、生物化学、结构生物学及生理学等多种方法,阐释了抗根肿病基因的发挥作用的分子机制。大有用武之地自二十个世纪二十年代在我国台湾和福建地区发现根肿病以来,我国根肿病的发生面积不断增加。尤其是近年来,随着农业机械化的不断发展,根肿病在我国呈快速蔓延的趋势,目前发生面积约占全国十字花科作物种植面积的30%。为了验证“卫青”的可靠性,周俭民团队使用张椿雨团队提供的高毒性新变异菌株进行检测,发现新基因可“降服”这种变异菌株的入侵。当前在全球,通过生物育种实现作物抗病、高产方兴未艾。周俭民希望,未来可以通过生物育种把“卫青”更精准地导入油菜等十字花科作物中,为我国抗病基因育种提供更多选择。据介绍,这项研究前后花费了7年时间,克服了研究中基因验证困难、蛋白片段小、膜蛋白不稳定等,导致机制分析难以开展等诸多问题。“就像新能源汽车一样,只有我们把核心的技术产品准备好了,才能在国家生物育种相关政策放开的时候,迅速地为产业提供技术支撑。”周俭民说。周俭民团队长期研究植物免疫机制。2019年到2021年该团队曾与清华大学研究员柴继杰等团队合作,在国际上首次发现了植物抗病小体并阐明了其激活免疫的核心机制,解决了困扰植物免疫领域二十多年的难题。如今,他和合作者正把目光聚焦向油菜根肿病、水稻稻瘟病、猕猴桃溃疡病等实际农业问题,希望通过基础科学研究为农业增收提供助力。相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.05.023编辑
2023年6月8日
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《科学》:中科院遗传发育所谢旗团队等发现主效耐碱基因可使谷物增产约20%

“我国人多地少,在工业化和城镇化发展的背景下,确保18亿亩耕地的红线,粮食安全生产存在重大压力。如何破题?”“把边际土地,特别是盐碱地的作用发挥出来,就能大幅缓解这个问题。”中国科学院院士李家洋3月22日在中国科学院遗传与发育生物学研究所(以下简称遗传发育所)举办的一场成果发布会上说。通过七年联合攻关,遗传发育所谢旗团队与中国农业大学于菲菲团队、华中农业大学欧阳亦聃团队联合十家单位合作,以高粱为材料,打开主效耐碱基因AT1的“藏粮密码”,研究还表明该基因可在中重度盐碱地显著提升高粱、水稻、玉米、小麦、玉米和谷子等作物的产量。2023年3月24日,相关研究发表于《科学》。“这项研究在改良盐碱地综合利用中具有重大应用前景。”中国工程院院士、中国作物学会理事长万建民评价。《科学》一位国际审稿人也评价称,这项工作是“农业生产方面的一个重大突破”。给盐碱地研究“补短板”3月初,联合国粮农组织(FAO)发布报告称,当前全球45个国家亟需粮食援助,数百万人陷入严重饥饿。同据FAO数据,截至2015年,全球现有耕地面积42亿公顷,另外还有超过10亿公顷的盐渍化土壤尚未有效利用,它们为全球粮食增产提供了空间。如何释放盐碱地的增产潜力?这一直是国际上的一个前沿和重点科学问题。截至目前,全球已有大量适用于盐碱地的种质资源创新研究。然而,这方面的研究仍存在极大的“短板”。“大家通常说的‘盐碱地’,其实可分为盐化土壤、碱化土壤两种主要类型。”论文通讯作者、遗传发育所研究员谢旗对《中国科学报》说,其中前者约占全球盐渍化土地的40%,后者则占60%左右。图:盐碱地航拍照片然而,与此相对的是,目前全球植物耐盐研究已取得丰富成果,但对植物耐碱机制仍了解很少。一个典型的数据是,作物耐盐相关研究至今已达到22600余篇,而耐碱相关研究仅有400余篇。“耐盐”与“耐碱”研究落差缘何如此之大?其中一个难题是实验室模式植物,如拟南芥,通常并非起源自盐碱地,使其缺乏耐碱遗传适应性。这让科研人员无法深入探索作物的耐碱机制,更加难以将研究结果匹配到生产中。什么才是关键的耐碱作物材料?谢旗把研究目标聚焦至高粱。这种谷物起源于非洲中部高盐碱的萨赫勒地区,在长期进化中形成了丰富的耐碱性遗传资源。过去二十多年,谢旗和团队已经培育出6个甜高粱国家登记品种,在我国盐碱等贫瘠土地上推广种植50余万亩,为脱贫攻坚及乡村振兴提供了科技支撑。从2015年起,他与于菲菲等合作,对从全球各地收集到的350多个高粱种质资源进行全基因组测序,将其与公共基因库的相关信息进行反复比对,从中选取潜在的耐碱基因。他们还利用CRISPR-Cas9等基因编辑技术对野生高粱进行编辑,并结合大田生长情况,找到一个与作物产量呈负相关的主效耐碱基因AT1。“这几株是野生型,这几株是突变株。”谢旗指着电脑显示器上的对照图对《中国科学报》说。对比两幅图,可以很明显地看到敲除AT1后的高粱株高更高、叶子更绿。据介绍,盐碱化土壤主要由氧化钠或氢氧化钠引起,实验室中通常用这两种化合物调节系统的碱强度,这容易导致pH值变化大、不稳定,使实验无法重复。为克服这一问题,谢旗团队甚至专门从宁夏挖了2吨盐碱土运到北京做实验,以保证研究结果的可靠性。知其然还要知其所以然,为了解该基因耐碱性的机制,谢旗与中国科学院生物物理研究所研究员陈畅合作,先后利用哺乳动物细胞和作物系统发现,在高盐碱胁迫中,AT1可通过调控水通道蛋白的磷酸化来调节其在逆境中的活性,并将逆境中产生的活性氧物质(ROS)泵到细胞外降低过氧化应激。“简单地说,碱主要会引起细胞的氧化还原应激,让细胞中的DNA和蛋白变性,比如ROS过多导致细胞损伤或死亡。而敲除AT1后可以让细胞中的ROS降低。”陈畅向《中国科学报》解释,这让研究团队首次揭示了作物耐盐碱的分子机制。图:AT1基因敲除增加高粱在盐碱地上的产量从一次邂逅到一场联合攻关2019年,一次出差中,谢旗与李家洋在机场巧遇。交谈中,谢旗提到正在开展的耐盐碱研究已经进入功能验证阶段,可能会是一个重要的发现。他还发现,AT1是水稻粒形调控基因GS3的同源基因(一个共同祖先在不同物种中遗传的基因)。李家洋一直在通过水稻研究分子设计育种,他和团队创制的“中科发”804等系列水稻中都含有GS3这一基因。两人当即敲定合作。研究团队进一步与华中农业大学教授张启发院士等合作,确认了AT1/GS3基因在水稻和玉米中也能调控对碱的耐受性,相关的代谢途径在不同作物中是保守的。他们把实验室搬到了吉林大安,那里的盐碱地pH值可以达到9.17。他们发现水稻可实现年增产22.4%~27.8%,表现极其优异。在宁夏平罗盐碱地(pH
2023年3月24日
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《JAMA精神病学》:山东大学袁中尚课题组为胃肠道疾病和精神障碍共病提供遗传多效性证据

研究流程图。对4种胃肠道疾病和6种精神障从不同层面进行了全面的多效性分析。A:
2023年2月9日
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《科学进展》:吴青峰/吝易团队揭示青春期启动的发育编程机制

青春期是从儿童成长为成人的过渡期,人体机能和身体结构都将发生巨大变化。迄今为止,青春期启动的机制仍是未知之谜,这个问题也被Science杂志列为125个最具前沿性的科学难题之一。北京时间2022年11月17日,中科院遗传发育所的吴青峰实验室与清华大学吝易实验室合作,在Science
2022年11月18日
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《细胞报告》:牛长缨和詹帅研究团队联合揭示果实蝇害虫寄主定位与食性演化的遗传机制

Reports在线报道了华中农业大学牛长缨教授团队与中国科学院分子植物科学卓越创新中心詹帅研究员团队合作的研究成果—“Behavioral
2022年11月16日
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《细胞报告》:军事医学研究院张纪岩团队发现成年小鼠稳态脑膜中存在造血干细胞

军事医学研究院张纪岩团队发现,成年小鼠稳态脑膜具有造血干细胞,这些造血干细胞在小鼠出生后定植、呈现特异性转录谱,可以为中枢神经系统提供更适应局部微环境的白细胞。北京时间2022年11月8日晚,Cell
2022年11月8日
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《细胞报告》:湖南师大李国林团队发现禁食16小时能唤醒机体内的“质检员”肝脏蛋白酶体

Reports在线发表了湖南师范大学李国林团队的最新研究成果——“Circadian
2022年10月25日
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《分子细胞》:钱旭/尤永平合作揭示胶质母细胞瘤中启动子区突变型TERT激活机制

al等观察发现,突变的TERT基因启动子区域呈现促进转录的H3K4me3标记,而野生型等位基因保留了表观遗传沉默的H3K27me3标记(Genes
2022年10月20日
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《自然》:浙江大学陈才勇实验室发现细胞内血红素伴侣蛋白HRG-9

Hamza教授的大力协助。相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-022-05347-z参考文献1.
2022年10月19日
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《自然—代谢》:中科院微生物所刘宏伟/刘双江团队报道改善动脉粥样硬化的“新思路”

动脉粥样硬化,这种因年龄增长及不良生活习惯等导致的动脉内膜病变,往往会在动脉壁形成“添堵的斑块”,导致心血管疾病、脑梗死、外周血管病等疾病。中国科学院微生物研究所研究员刘宏伟与研究员刘双江团队合作发现来源于一种药用真菌的有效成分可以显著改善小鼠动脉粥样硬化症状,进一步研究中他们发现“秘密”藏在肠道菌群里,并找到了那把改善动脉粥样硬化的肠菌“钥匙”。北京时间2022年10月17日晚,相关研究在线发表于《自然—代谢》。“我们的研究说明,人体肠道菌群在心血管疾病中扮演关键作用。靶向调控肠道菌群微生态在治疗心血管疾病疾病中的重要潜力,为临床治疗提供了新的思路。”论文通讯作者刘宏伟对《中国科学报》说。惊人的420倍!据中国心血管健康与疾病报告2020,国人心脑血管疾病患病人数达3.3亿,每年有300万人死于心脑血管疾病,且存活的患者中有75%都遗留不同程度的后遗症,重残患者会丧失劳动能力,生活无法自理。而心脑血管疾病发病的主要原因之一就是动脉粥样硬化。由于该病发病机制复杂,临床以降脂、抗炎治疗为主,缺乏针对性的治疗药物和手段。在长期从事药用真菌研究过程中,刘宏伟团队发现一种萜类成分能够显著改善小鼠动脉粥样硬化症状。在进一步探寻其背后机理的过程中,通过给小鼠口服该化合物后,团队发现一个惊人的现象:肠道核心细菌——粪副拟杆菌的丰度上升了420倍!通过对来自中国的405名动脉粥样硬化患者和来自欧洲的647名心血管疾病患者进行队列分析,研究团队发现,肠道粪副拟杆菌丰度与心血管疾病疾病显著负相关。“简言之,菌群不好了,就可能引起疾病的发生发展;反之,菌群调整好了,疾病就会改善。”论文共同第一作者、山东大学微生物技术学院研究员刘畅向《中国科学报》解释。他们进一步通过模式动物实验发现,动脉粥样硬化的小鼠在定植一株人源粪副拟杆菌后,显著减轻了动脉硬化症状。“钥匙”这样发挥功能找到菌群与疾病的相关性并不是研究团队的目标。“现在,国际上对肠道菌群的研究从关联性分析逐渐转向功能和机制研究。其根本还是要回答更深入的问题,如哪些菌在起作用?通过什么样机制在起作用?从而在科学层面上为提供确凿的证据。”刘宏伟说,研究团队的目标是希望能找到功能性的菌株,解释它发挥功能的机制,在此基础上了解其治病潜力。他们进一步靶向代谢组分析发现,粪副拟杆菌定植后,小鼠粪便支链短链脂肪酸水平显著升高,粪便和血液中支链氨基酸显著降低。“血液支链氨基酸水平升高已经被证实与胰岛素抵抗、脂肪肝和心血管疾病的发生、发展密切相关。”刘宏伟介绍,通过基因组分析和体外发酵实验,研究证实了粪副拟杆菌具有将支链氨基酸降解为支链短链脂肪酸的能力,而将粪副拟杆菌支链氨基酸分解关键基因porA敲除后,该菌的抗动脉粥样硬化作用消失。研究还证实,粪副拟杆菌可通过促进肠道支链氨基酸的分解代谢,降低血液支链氨基酸浓度,改善胰岛素抵抗,抑制动脉斑块巨噬细胞mTORC1信号通路激活,发挥抗动脉粥样硬化作用。不过,刘畅告诉记者,由于其作用机制是靶向调节体内异常升高的支链氨基酸,一般造成此类情况的主要原因是高脂饮食和肥胖引起的动脉粥样硬化。因此,粪副拟杆菌对高脂诱导肥胖伴随胰岛素抵抗的动脉粥样硬化改善效果优于对高胆固醇饮食造成的动脉粥样硬化模型。人群心血管疾病队列进一步分析表明,心血管疾病病人血液支链氨基酸水平显著高于健康人群,肠道菌群porA基因丰度显著低于健康对照人群。研究揭示了肠道微生物失调,特别是肠道支链氨基酸代谢异常在心血管疾病疾病发生、发展中的关键作用,证明了靶向调控肠道菌群微生态在治疗心血管疾病疾病中的重要潜力。“过去几年里,肠道菌群和动脉粥样硬化的关系引起了广泛关注,一些肠道菌群相关的通路已经被确定。”论文审稿人评价说,“研究人员报道了副拟杆菌对心血管疾病的潜在保护作用。这些发现既吸引人又新颖。”发挥“第二基因组”的作用“中医药发挥作用的一个很重要的方面是作用于肠道微生物菌群,我们这项研究再次证明了这一点。”论文共同通讯作者刘双江对《中国科学报》说,从这一方面看,研究肠道微生物对于有助于解析中医药药效机制。随着近年来肠道微生物研究热潮的兴起,肠道又被称为人和动物的“第二基因组”和“新的代谢器官”,据介绍,这是因为肠道微生物群特别复杂,“管得特别多,尽管显现效果可能需要较长时间,但肠道菌的功能的确非常强大”。例如肠道微生物可以通过自身组份或产生特定代谢产物等方式与宿主免疫系统、神经系统、循环系统等发生相互作用进而对肝脏、大脑等重要器官进行复杂调控,影响宿主的各种生理活动。这些肠道菌群与宿主互作模式也被形象的成为“肠-脑轴”、“肠-肝轴”。不过,要找到一个明确的微生物“靶标”并不容易。刘宏伟介绍,首先可以通过分析不同队列或干预治疗后菌群组成变化,找出发生显著变化的肠道细菌,并将其培养出来;其次,需要通过动物与临床实验证明其有效性。进一步需要知道肠道微生物发挥作用的物质基础和关键基因,并在宿主端了解其作用的通路和靶标。只有这样,才能够真正解决肠道微生物的因果机制。2017年底启动的中国科学院微生物组计划为肠道微生物研究提供了重要的基础。据悉,经过5年的发展,基于该计划的肠道活菌菌株库已经升级到“2.0版本”,从最初的仅包含健康人群肠道菌株的保藏库,发展到现在的集慢性疾病患者以及小鼠、灵长类模式动物肠道菌株在内的更广泛的保藏。刘双江表示,通过对比健康肠道菌和慢性疾病肠道菌,可以更加快捷地解释肠道微生物在健康和疾病中的作用;而模式动物微生物肠道菌则有助研究微生物与宿主的互作机制,进而推及到其与人类宿主的相互作用。据介绍,该保藏库的活菌菌株大都完成基因组测序,且对全国科学家开放共享。不过,刘双江表示,目前还有将近一半的肠道微生物尚未被分离培养,因为很难完全模拟肠道环境,了解其营养代谢等生长条件。另外,肠道菌的活菌保藏也面临挑战。他呼吁加强肠道菌生物学和保藏等基础研究。据介绍,研究团队目前已经能大规模培养、生产粪副拟杆菌。不过,刘宏伟表示,将来如何在临床上开发利用,仍有许多挑战待解决。正如这种药物仅对肥胖伴随动脉粥样硬化动物更有效一样,做到精准医疗要考虑多重因素,而且肠道是一个很复杂的生态系统,药效的稳定性和靶向性等方面要做深层次的研究。他希望下一步与相关企业或医疗机构进一步开展更深层次的探索。相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s42255-022-00649-y编辑
2022年10月18日
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《神经元》:华中科大鲁友明团队发现两种不同分子、结构和功能的胆碱能神经细胞

华中科技大学同济基础医学院鲁友明教授团队在神经细胞功能分类研究领域取得关键突破,发现了两种不同分子、结构和功能的胆碱能神经细胞。
2022年9月21日
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《细胞报告》:李丹/刘聪合作发现介导帕金森病α-syn纤维引发神经炎症的小胶质细胞受体

上海交通大学Bio-X研究院李丹教授团队与中科院上海有机化学研究所交叉中心刘聪研究员团队合作研究发现,α-突触核蛋白(α-synuclein,α-syn)病理性纤维通过直接结合小胶质细胞表面的RAGE
2022年9月20日
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《科学进展》:东北师大武永华/冯江/江廷磊合作揭示真灵长类相关特征进化的生态动力机制

Advances)在线报道了东北师范大学生命科学学院武永华教授与环境学院冯江教授、江廷磊教授的最新合作研究成果——
2022年9月15日
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《细胞报告》:中科院动物所焦建伟团队揭示脑血管系统重塑神经干细胞稳态微环境,调控神经前体细胞命运决定新机制

中国科学院动物研究所焦建伟团队发现,环指蛋白20(RNF20)可以通过调控内皮细胞形成微环境的稳态,进而影响胚胎期皮层神经发生过程。北京时间2022年9月13日晚23时,国际学术期刊Cell
2022年9月13日
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《通讯生物学》:动物界的“内卷”才是真的“卷”

人类“内卷”,动物也“内卷”——个中高手甚至能把自己卷成一个“球球”。犰狳、穿山甲、刺猬、球马陆、球鼠妇等,在遇到危险时都能迅速卷成紧密球体,保护腹部、四肢等脆弱的部位。“这种行为甚至有一个专业名词——成球行为(Conglobation)。”中国科学院动物研究所研究员白明告诉《中国科学报》。北京时间2022年8月6日17时,由中科院动物所牵头,中意德三国科学家合作完成的一篇论文,发表在《通讯生物学》(Communications
2022年8月6日
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《自然—癌症》:郗乔然/张力伟合作揭示BMP信号通路在弥漫内生性脑桥胶质瘤中的抑癌作用

Protein,BMP)信号通路会根据肿瘤细胞环境行使其抑制或促进肿瘤的作用[9]。造成BMP信号通路自激活的ACVR1突变与H3.1K27M突变共同促进约20%的DIPG亚群肿瘤的发展[2-5,
2022年8月1日
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《细胞系统》:中科院杜茁团队发现胚胎发育具有“纠错潜能”

生命发育往往并非一帆风顺。很多胚胎在不同发育阶段都会出现各个种类、不同程度的细胞行为异常,但这并不会影响胚胎的最终存活。其背后原因是什么呢?利用单细胞高精度实时追踪技术对秀丽线虫胚胎细胞进行追踪研究,中科院遗传与发育生物学研究所研究员杜茁团队发现,胚胎发育具有的纠错潜能,可赋予生物学过程稳固性。北京时间2022年7月25日晚23时,相关论文在线发表于《细胞系统》杂志。“这项研究引人瞩目,利用活体成像分析了超过百万个线虫胚胎细胞在750个基因敲降条件下的细胞表型,凸显了发育系统的高度稳固性。一些研究结果具有高度原创性。”一位审稿人如是评价。“敲敲敲”中转变思路一开始,杜茁和团队并不是奔着胚胎发育如何纠错去研究的,他们只是想系统地了解线虫一部分基因的表型(个体形态、功能等表现)。上世纪七八十年代,科学家揭示了线虫这个多细胞动物整个发育过程的细胞图谱,使其逐渐成为高精度解析发育动态调控的先导模式动物。但参与调控发育的基因功能尚未完全阐明。为此,杜茁团队计划用基因敲降来了解一部分保守基因的系统表型。“在生物学研究中,敲除是让目标基因完全不存在,涉及构建突变体周期比较长;敲降则是目标基因仍然存在,但表达量减少,通过RNA干扰技术研究效率比较高,并且在线虫尤有效,被广泛采用。”论文通讯作者杜茁向《中国科学报》解释。敲降数百个基因的功能对于研究团队来说,并非难事。杜茁表示,其难点在于如何细致、精确地了解胚胎发育过程中一个基因的表型。发育是个连续、动态的过程,连续观测以及高时空分辨率地进行表型分析是件耗时费力的活。特别是,表型的细微变化是肉眼无法观察到的复杂过程。研究团队每做一次敲降就要做一次成像,敲除数百个基因需要上千次成像和分析,而且需要覆盖到各种细胞,以此获得表型组数据。“这也是以往相关研究很难推进的原因,因为没有相应的数据去判断表型变化过于主观。”杜茁说。为此,研究团队建立了一套高精度细胞追踪方法,利用蛋白荧光标记和四维实时活体成像技术,对线虫胚胎在细胞层面的发育进行原位、实时、连续且大规模地跟踪。通过与未敲除基因的线虫进行比较,他们希望了解发育过程中的某个阶段,基因敲降是否会发生表型变化,以及发生了怎样的变化。他们用三年多的时间不断采集、分析数据,不断发现一些基因敲降后的表型“时有时无”——不同时间节点一开始出现的表型(即细胞异常)后来却消失了。例如在线虫胚胎某一发育阶段,特定细胞的定位出现显著偏差,但其分裂后的子代细胞定位却恢复了正常。同时,线虫基因表达具有极强的时间特异性,当细胞分裂时间发生延迟,理论上可导致基因表达的相对提早。然而很多情况下这并未发生。“早期的胚胎发育错误,为什么晚期不存在了?”这让杜茁和团队意识到,胚胎发育可能具有主动纠错功能。随着相关数据不断积累,做完约750个基因敲降后,研究团队走上了另一个思路:系统研究胚胎发育是否会纠错以及如何纠错。胚胎发育细胞分裂图,从中心到外缘逐渐发育成熟。课题组供图从“险象环生”到“化险为夷”“所谓稳固性,即生物体在一定的遗传和环境扰动条件下具有维持其状态相对正常的能力,这对应对遗传突变和适应环境改变具有重要意义。”论文第一作者、杜茁团队博士后肖龙解释说。既往研究表明,很多分子机制都可赋予生物学过程稳固性,如基因表达随机性、基因功能剂量补偿、反馈调控等。但多细胞生物的发育等复杂过程受到多层次调控,在细胞、组织、器官及个体水平等层面的稳固性的表现形式和调控方式仍有待系统研究。为探究单个基因功能的扰动在多大程度上可诱发细胞的发育行为异常,研究团队量化了胚胎发育在约750个基因功能部分失活条件下的单细胞分辨率时空发育表型组。结果发现胚胎发育过程可谓“险象环生”:超过半数基因其功能的部分缺失可导致显著的细胞行为异常。据介绍,线虫有约20000个基因,胚胎发育产生了千余个细胞,此次研究涉及到线虫胚胎的一半细胞。作者表示,由于此次RNA干扰仅实现有限的敲降,且研究并未覆盖全部细胞的全部表型,表明单个保守基因功能的丧失可时常诱发特定细胞的发育异常。研究发现,相关发育异常存在于细胞周期长度、分裂异步性、不对称分裂、神经分化报告基因表达状态、细胞分裂角度及空间定位等方面。“这说明分子调控网络虽然整体稳固,但却可时常在特定细胞被‘攻破’,出现异常,并潜在威胁胚胎发育。”肖龙说,这一发现还说明分子调控网络的功能性和稳固性存在相互制衡,难以两全,不同的细胞有着不同的抉择。“出人意料的是,这项研究发现很多孵化的胚胎携带了大量细胞层面的表型异常。”一位审稿人说。他同时表示,这项研究的亮点是针对稳固性调控的新机制开展了分析,发现早期细胞的多种异常往往能通过多种方式在晚期胚胎被“修正”。那么,胚胎发育中的表型异常如何“化险为夷”呢?研究发现,它可以通过多种方式纠正与缓和。作者主要研究了其中三种方式。首先,发育是一个不断传承和发展的动态过程,一时错不代表永远错。如细胞分裂时间的改变、基因表达的异常及细胞空间定位的异常等,一定比例的当代细胞的行为异常可在其子代细胞中被缓解或消除。其次,一种细胞行为异常所带来的潜在影响通过改变另一行为而缓解。如当细胞分裂时间发生延迟时,基因表达的时间可保持与延迟的细胞分裂协调,在一定程度上消除有害隐患。此外,研究定义了在发育起源和功能上相关的细胞集群,发现多细胞性和细胞社会性有助于缓解细胞行为的异常。例如,即便部分细胞的空间定位发生了严重异常,细胞集群会通过“内部调整”使细胞排布倾向于整体正常,保持细胞状态相对稳定。“这些发现每个都十分有趣和有意义。”上述审稿人说,特别是细胞位置虽然发生整体变化,但在功能相关的细胞内部却相对“正常”,提示功能相关的细胞具有保护细胞位置相对正常的机制。生命不息,变化不止。图为线虫胚胎早期细胞几次分裂过程。课题组供图化“随机应变”为“主动出击”发现胚胎具有纠错机制有何意义呢?肖龙表示,虽然线虫发育过程中细胞的行为和命运长期被认为高度固化和恒定,这项研究则表明即便是采用“固定”发育程序的线虫胚胎细胞仍然具有较高的可塑性,并可用于应对发育异常。“像杜茁实验室既往工作一样,这样高质量的创新研究数据为线虫胚胎发育研究,乃至更为广泛的发育稳固性研究提供了有价值的信息。”另一位审稿人说。杜茁希望,通过研究胚胎发育如何“随机应变”应对表型错误,能够对疾病复杂性的认知产生帮助,未来助力对一些疾病治疗的“主动出击”。例如,携带同一致病突变的人群中往往有些个体并未表现出疾病表型,是否是这些个体中细胞层次的补偿机制参与致病效应的纠正,从而表现出表型不完全外显现象?对这些可能性进行探究也许有助于一些疾病的治疗。另外,细胞集群有助缓解细胞行为的异常,是否可以通过强化这种协调机制实现一些疾病表型的缓解?不过,他坦言,目前距离这一步仍然较远。当前的研究仅初步揭示了多种形式的应对细胞发育行为异常的可能策略,拓展了关于发育稳固性多层次调控的认知。细胞如何感知行为异常?如何诱发不同类别的补偿行为?分子和细胞如何参与其中?这些问题仍有待进一步探索。杜茁研究组博士后肖龙为论文第一作者,范渡长江、齐欢和丛俞林对研究有重要贡献,杜茁研究员为通讯作者。该研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金及中国博士后科学基金的资助。相关论文信息:DOI:
2022年7月25日
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《自然》:李浩等阐明神经紧张素调控杏仁侧核神经通路和学习能力的机制

assignment)的,并且为什么不同杏仁核之底侧核的神经元会分别在奖励学习和惩罚学习中有选择性的被激活。为了研究大脑是如何在学习中分配情绪效价,作者们通过巴夫洛夫制约法(Pavlovian
2022年7月20日
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小蠊的“婚姻”:基因之命,激素之言

“关关雎鸠,在河之洲。窈窕淑女,君子好逑。”《诗经》描写了人类爱恋的复杂行为,而昆虫界的恋爱和婚姻就简单多了。北京时间2022年7月4日晚23时,《自然—生态与进化》在线发表了华南师范大学和西北农林科技大学等单位合作研究成果,鉴定出控制德国小蠊接触性信息素合成途径最为关键的基因,系统揭示了其性吸引力产生的分子机制——有没有魅力,性别是根本,激素水平对于维持性吸引力亦不可或缺。该研究成果为理解动物性信号的产生和复杂调控提供了新的见解。西班牙皇家自然科学院院士Xavier
2022年7月4日
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《自然—遗传学》:剑桥大学团队揭示自闭症表型异质性的遗传相关性

Warrier等研究人员合作揭示自闭症表型异质性的遗传相关性。该项研究成果于2022年6月2日在线发表在《自然—遗传学》杂志上。研究人员表示,自闭症的大量表型异质性限制了人们对其遗传病学的理解。
2022年6月6日
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《细胞》:张通等报道一个抑制食欲的器官间神经回路

胰高血糖素样肽-1(GLP-1)是由远端小肠黏膜上皮L细胞分泌的一种信号肽,它通过减低摄食和抑制胃动力,防止胆汁或者未经完全消化的食物过快通过下端肠道。然而,肠道分泌的GLP-1,会在血液循环中快速降解并失活,因此,下端肠道局部分泌的GLP-1如何调控远处器官,目前仍不清楚。
2022年6月2日
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《当代生物学》:浙大金勇丰等“挑战”Dscam1可变剪接神经功能的传统模型

北京时间2022年6月2日晚23时,浙江大学生命科学学院金勇丰教授课题组在Cell子刊Current
2022年6月2日
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《神经元》:骆利群/谢琦婧/李介夫等发现转录因子控制的细胞表面蛋白组合编码

细胞核内的转录因子是决定细胞命运、形态、和生理功能的中心指挥者,而在细胞膜表面上的蛋白则通过与细胞环境的相互作用来执行这些指令。在发育中的神经元里,我们常常假设转录因子是通过调节细胞表面蛋白的表达来控制神经元连接特异性的。然而,我们仍不清楚转录因子调节哪些细胞表面蛋白来执行它的命令。同样未知的是,在不同神经元中,一个转录因子是通过调节相同、还是不同的细胞表面蛋白以指定它们的特异连接的。北京时间2022年5月24日晚23时,美国斯坦福大学与霍华德休斯医学研究所骆利群团队,在Neuron期刊上发表题为“Transcription
2022年5月24日
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《当代生物学》:弹飞自己“500米”,雄蜘蛛用生命在“内卷”

一对雄雌蛛正在交配,30秒后,雄蛛强烈地“弹飞”了,很快,它又顺丝爬回来“寻求”交配,然后再次“弹飞”,循环往复......在一次出野外采集蜘蛛的时候,湖北大学生命科学院副教授张士昶被蜘蛛的这一“奇特”行为吸引住了。随后,他“故意”阻挡了正在交配的雄蛛,使其不能弹开,然后发现,雄蛛都被雌蛛杀死了。研究了13年蜘蛛,观察过各类蜘蛛的行为,这种现象张士昶还从未见过,他表示,“在蜘蛛的世界里,雌蜘蛛可能会利用弹射行为判断雄性质量,所谓‘优秀的父亲产生优秀的儿子’。”经过近3年研究,张士昶将研究成果投稿至《当代生物学》,第3天便进入审稿程序,第15天返回全部两个审稿意见,被审稿人高度评价为“极有吸引力的”“重要的”“充分的”。北京时间2022年4月25日晚23时,《当代生物学》在线刊发该研究。弹飞的“父亲”这种在交配时总是以“弹飞”方式分开的蜘蛛,是一种群体性结网蜘蛛,名为隆喜妩蛛。“与别的蜘蛛单独结网不同,隆喜妩蛛结网连成一片,一张大网上可容纳300头。”张士昶告诉《中国科学报》,既然是“群居”生活,那么它们相互之间的交配选择应该会更多。张士昶以各种蜘蛛为研究对象,研究动物行为生态学的各种理论,尤其是性选择理论中的两性冲突。于是他决定试一试,便发现了文章开头的现象。雄蛛为什么会“弹飞”呢?此前,张士昶团队在预实验中发现,“被迫”不能“弹飞”的,都被雌蛛杀死了。于是,他假设,“弹飞”行为是为了反抗雌蛛的性相残。接着,他在实验室里设计让155对蜘蛛交配的实验,发现,有152对的雄蛛在交配完成后都做了弹射动作,且都活下来了,而另外3个没有做这个弹射动作的雄蛛,最后都被雌蛛抓住并且被杀死了。“这说明了雄蛛做‘弹射’动作的功能就是避免被雌蛛杀掉。”张士昶说。他同时还做了反证实验,操纵雌雄交配不让雄蛛“弹飞”,发现30只雄蛛全部被雌蛛所杀,这些实验也就证实了,雄蛛弹射的功能就是为了躲避雌蛛的性相残。雄蛛是被动还是主动“弹飞”呢?如果是雄蛛弹射的,是用哪个地方弹射开的呢?张士昶团队想深入观察,然而,在普通摄影机下,这种弹射动作很难看清。“因为蜘蛛很小,雄蛛体长只有3毫米左右,因此不仅需要高速摄影还需要微距摄影。”张士昶说,通过多番寻找,他们找到了北京的一家广告公司,终于成功拍下了一些雄蛛弹射的高速高清影片。张士昶团队逐帧分析了雄蛛在弹射过程中的位移,用Python软件计算出了它的弹射轨迹以及各种物理参数。“以高达每秒88.2厘米的速度将自己从雌蛛身边甩开,相当于一个人在1秒内弹射出了500米。你能想象这样的一个场景吗?是不是很惊人!”张士昶笑着说。更神奇的是,弹飞的雄蛛还会回到雌蛛身边,循环往复最多6次,便飞走不再回来,因为它已无力再次爬回到雌蛛的网上。张士昶团队通过分析和电子扫描电镜发现,雄蛛是靠第一对腿上的胫节和趾节之间的关节来弹射的,这个关节处是一个囊状结构。图:一对正在交配的隆喜妩蛛,左边的瘦的是雄蛛,右边的胖的是雌蛛“被迫”演化行为张士昶告诉《中国科学报》,事实上,不只是隆喜妩蛛,很多动物都可以做超高机械力的动作,比如螳螂虾的“拳击”、飞虱和跳蚤的弹跳等,但是这些动作要么是为了躲避天敌的抓捕,要么是为了捕食,而从来没有被报道过可以用来逃离配偶的捕杀。“我们的研究说明了,雄性动物可以通过做类似战斗机飞行员弹射逃离战机的弹射动作,逃离雌性的抓捕。”张士昶说。雄蛛的“弹射”行为是如何形成的?张士昶介绍,在长期的演化过程中,性选择在其中扮演了重要角色。尤其在动物交配过程中,雌性对某些性状特征的偏好,导致雄性一些性特征的演化。比如:鹿和某些犀金龟、锹甲等长着很长的角,雄孔雀长着漂亮的尾羽。在结网蜘蛛中,很多雌蛛都是非常凶猛的,最为人所熟知的就是“黑寡妇蜘蛛”,因为雌蛛在交配过程中会杀死雄蛛。“这种在交配中杀死交配对象的现象叫做‘同类性相残’或者叫‘性食同类’,且一般是雌性杀死雄性。通过杀死雄性,雌性可以跟更多雄性交配,从而获得更多交配机会,同时在精子来源上有更多的选择。”张士昶说。除了杀死,雌性还可以“隐性选择”优势精子,比如改变生殖道中的PH值,对精子进行选择,这样尽管与很多雄性交配了,但只会有选择让某些它认为基因比较优良的雄性的精子与其卵子结合。“不像哺乳动物精子与卵子实时结合,雌蛛有一个纳精囊,交配时,雄性的精液先被存储起来,用的时候再挤出来与卵子结合。”张士昶说。他补充道,在交配过程中,雌性可能会利用这种行为来判断雄性的质量,如果雄性不能弹射,那就杀死它,如果雄性可以多次弹射,那就接受它的精子。”为此,在雌蛛强大的选择压力下,雄蛛演化出了多种多样的行为特征。
2022年4月25日
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《自然—生物技术》:李家洋团队揭示水稻产量核心要素穗重和穗数之间相互制约的分子机制

水稻育种专家常常会碰到一些头疼的问题:穗子大了穗数变少、能抗病的不高产、高产了不优质……优异性状相生相克,“鱼与熊掌”难以兼得。近日,中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士团队揭示了水稻产量核心要素穗重和穗数之间相互制约的分子机制,为突破上述育种瓶颈提供了新的遗传资源与研究思路。北京时间2022年4月21日晚23时,相关论文发表于《自然—生物技术》。“鱼与熊掌”之困水稻是最重要的主粮作物之一,养活了世界一半以上的人口。水稻产量主要由三个核心要素决定:穗数、每穗粒数、粒重。然而,这三个性状在水稻中通常呈负相关。比如穗子增大时,穗数减少。“这种的性状间此消彼长的现象称为权衡效应(trade-off
2022年4月21日
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《细胞》:清华大学葛亮课题组发现并阐释新型聚集体自噬受体CCT2的作用与机制

aggregates”的论文。该研究发现了新型聚集体自噬受体CCT2在介导固态聚集体清除中的重要作用,并系统地阐释了其中的作用机制,为神经退行性疾病提供了重要的治疗靶点。
2022年4月1日
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《当代生物学》:李雯课题组发现人类威胁记忆的全新神经机制

Li)课题组(https://psy.fsu.edu/canlab/)致力于认知情绪神经科学和临床心理学的研究,长期招聘博士后,诚邀各方才俊加入。联系方式:wenli@psy.fsu.edu
2022年3月24日
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《细胞—干细胞》发表迄今对胚胎人脑不同区域小胶质细胞特化最系统完整的研究,来自中国科学家

“太和生万物,广宇汇千灵”——这句诗句描述了太极产生万物,广宇汇集世间万物。与之相类似的是,作为早期重要免疫细胞产生的卵黄囊产生原始巨噬细胞,脑汇集这些细胞,其在不同脑区发育特化为小胶质细胞。作为脑中固有免疫细胞的小胶质细胞,是脑中重要的免疫保护细胞,起到防御功能,其重要性不言而喻,如果小胶质细胞出现紊乱,健康脑就会出现疾病状态,目前关于小胶质细胞起源特化发育的认知具有极大的空白,亟需开展探索研究,明确小胶质细胞的特性及分类,从而为预防和治疗脑疾病提供理论指导。北京时间2022年3月4日凌晨,《细胞—干细胞》杂志在线发表了关于人类胚胎不同脑区小胶质细胞特化及发育研究,精准揭示了发育中人脑小胶质细胞区域特化和状态转换的时空动力学特征并且评估了这人鼠两个物种之间状态转换的保守性和分子差异性。中国科学院动物研究所焦建伟、北京大学杜鹏、中国科学院动物研究所王雁玲、北京大学靳蕾为该论文的共同通讯作者。博士后李妍昕、博士后李忠秋、博士研究生杨敏、博士后王飞扬、张玥红主任医师、李蓉主任医师为该论文的共同第一作者。滕兆乾研究团队参与了项目协作。
2022年3月4日
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专家点评CELL重磅进展!视觉经历调控皮层发育过程中神经元类型和功能的建立

在这篇新文章中,作者们通过结合单细胞核测序,机器学习,视觉经历操控,遗传学以及活体功能成像,研究了视觉经历对细胞类型和功能发育的影响。作者们首先利用单细胞核测序构建了出生后小鼠初级视皮层
2022年1月21日
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同济大学宋建人课题组发现促进脊髓损伤后神经环路重建的内源性新靶点

脊髓损伤是全球高致残率疾患,好发于青壮年,目前尚缺乏有效治疗。脊髓损伤后,受损平面及以下不仅仅丧失了大脑瞬时性的运动命令,而且脊髓内负责控制躯体运动节律和模式产生的中央模式产生器也遭受重创,最终导致运动功能丧失。目前脊髓损伤的研究主要聚焦于电刺激方式或/和特定生长因子相接合等修复大脑下行命令的策略,以及新材料的研发和应用等手段作为外源性支撑辅助策略,然而聚焦运动执行者的脊髓中央模式产生器神经环路在损伤后的重建机制仍鲜有报道。相较于成年鼠等哺乳动物脊髓再生修复能力低下,成年斑马鱼脊髓再生能力强,损伤后4-6周便可以恢复运动功能,是研究脊髓内源性修复机制的好模型。2021年12月7日,同济大学宋建人团队在Nature
2021年12月10日
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Cell最新!冷泉港实验室李波团队发现岛叶皮层介导动力的神经机制

vigor”的研究论文,揭示了岛叶皮层神经元介导动力行为的神经基础。该研究通过结合在体钙信号成像、光遗传学、病毒标记策略、光纤记录以及丰富多样的小鼠定量行为学范式,发现了岛叶皮层深层(layer
2021年12月10日
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体积分辨率提高10倍!吴一聪等《自然》发文报道共聚焦显微镜新突破

共聚焦显微镜广泛用于生物医学研究,尤其是厚样品的三维成像。北京时间2021年11月27日,在《自然》杂志上线的一篇新研究中,美国国家生物医学成像与生物工程研究所(NIBIB)的研究人员通过硬件创新和深度学习方法,成功地将共聚焦显微镜的体积分辨率提高了10
2021年11月27日
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《自然》:孙金鹏/高宁团队合作揭示痒觉感知的分子机制

另外许多内源短肽以及FDA批准的多种短肽类药物也可以激活MRGPRX2,引起肥大细胞脱颗粒反应,研究人员通过分析多个短肽的结构及生化细胞数据,发现了受体识别短肽类配体的通用基序,即φp9(X0-1)
2021年11月18日
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中外专家点评!北大李毓龙实验室开发新型荧光探针用于检测内源大麻素的时空动态变化

Soltesz实验室等团队的合作,并得到北京大学膜生物学国家重点实验室、北大-清华生命科学联合中心、国家自然科学基金、北京市科委及美国NIH脑计划等机构和经费的大力支持。
2021年11月12日
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《免疫》重磅!科学家破译产前炎症如何影响胎儿的神经发育

升高增强了谷氨酸能突触,并导致后代进入成年期的整体大脑超连接性。IL-6激活谷氨酸能神经元中的突触发生基因程序,这需要转录因子STAT3和RGS4基因的表达。在
2021年11月11日
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西湖大学杨剑团队开发出全球首款可用于百万级生物样本库的全基因组混合模型关联分析工具

Regression,LR),但LR的缺点是忽略了群体结构以及人与人之间的亲缘关系,从而会影响结果的准确性。随后出现的基于线性混合模型(Linear
2021年11月5日
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宋建人/华云峰发现脊髓内新中间神经元,解析行为抉择新机制

(感觉运动整合)等。然而对于行为抉择背后的神经控制机制究竟是仅仅来源于“大脑”,还是由“大脑-脊髓”共同决定长期存在争议。本研究采用“大脑-脊髓”在体和离体模型对此进行了深入探索。
2021年10月20日
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《自然》突破!马秋富/王彦青/景向红合作报道针刺驱动迷走神经-肾上腺抗炎通路的神经解剖学基础

针灸治疗疾病的核心机理之一是通过刺激身体特定的部位(穴位)来远程调节机体功能,而经络被认为是达到这种远程效应的重要传输载体。尽管现代解剖学研究尚未明确经络特异性结构基础的存在,但揭示了针刺刺激的远程效应可以通过躯体感觉神经-自主神经反射来实现。这种反射首先是激活来自位于背根神经节
2021年10月13日
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《自然》:章新政课题组/向烨课题组合作揭示委内瑞拉马脑炎病毒结合受体机制

委内瑞拉马脑炎病毒(VEEV)是一种可以感染人类和所有马科动物的RNA包膜病毒,能通过蚊子以及气溶胶高效传播。VEEV在南美洲有大量感染病例报道,感染这种病毒会引发进行性中枢神经疾病和并发症,严重可导致死亡。北京时间2021年10月13日晚23时,中国科学院生物物理研究所章新政课题组和清华大学医学院向烨课题组在《自然》上发表论文,揭示了VEEV病毒结合受体的分子机制。中国科学院生物物理研究所章新政研究员、清华大学医学院向烨研究员为该论文的共同通讯作者,向烨课题组博士研究生马丙婷、章新政组博士研究生黄翠清和副研究员马军为共同第一作者。此前,VEEV的细胞受体LDLRAD3被鉴定出来,但二者之间的结合机制尚不清楚。这个工作中,研究人员成功制备了VEEV类病毒样颗粒(无传播能力)及其与受体的复合物并解析了其高分辨冷冻电镜结构。通过结构分析,研究人员鉴定了LDLRAD3-D1与VEEV结合的关键氨基酸残基,并利用定点突变实验验证了结构中观察到的关键相互作用位点。
2021年10月13日
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NBT突破!闵玮团队开发多重三维组织成像技术助力解析复杂生物组织

北京时间2021年10月4日晚23时,国际著名学术期刊《自然—生物技术》在线发表了美国哥伦比亚大学闵玮团队题为‘Highly-multiplexed
2021年10月4日
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CELL解密!张春立团队运用谱系追踪法重新审视小鼠体内胶质细胞向神经元转分化现象

神经元丢失一直是各种神经退行性疾病和损伤面临的重大问题。如何补充这些功能性神经元成为治疗的难点。近年来科学家们通过基因操纵在哺乳动物体内实现了诱导神经元再生,为治疗神经元丢失相关的疾病提供了良好的基础。
2021年9月27日
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《自然》:赵岩/石云/张凯合作揭示谷氨酸受体GluK2的调控机制

神经递质是在突触传递中担任“信使”的特定化学物质,大脑中存在上百种神经递质,对维持机体的正常生理功能发挥着非常重要的作用。其中,谷氨酸是中枢神经系统中含量最高以及分布最广的兴奋性神经递质,在大脑的信息筛选、过滤、储存以及认知和学习等诸多方面发挥着不可替代的作用。离子型谷氨酸受体包括NMDA受体、AMPA受体和Kainate受体,它们是配体门控的离子通道,通过结合谷氨酸从而调控通道的开闭状态。Kainate受体作为三大离子型谷氨酸受体之一,不仅与学习、记忆以及感觉信号转导等过程相联系,也与许多神经性系统疾病的产生相关。与AMPA受体和NMDA受体不同,Kainate受体在突触前和突触后膜均存在,在控制神经递质释放和神经递质信号传导中都发挥着重要作用。在大脑中,Kainate受体的突触定位以及通道性质受到NETO家族蛋白的严格调控,但是该调控的分子机制并不清楚。北京时间2021年9月22日晚23时,中国科学院生物物理研究所赵岩课题组和张凯课题组,以及南京大学模式动物研究所的石云课题组在Nature杂志合作发表题为“Kainate
2021年9月22日
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《自然》:中国科学家打开糖蛋白激素作用机制“黑匣子”

在我国,每8对夫妇中就有1对有不孕不育问题,而甲状腺癌的发病率也以每年12.4%的速度增长。糖蛋白激素是辅助生殖、治疗甲状腺等疾病的关键药物。虽然近几十年来,糖蛋白激素的临床应用已经取得很大成功,但它如何激活人体细胞中的受体机制,是长期以来科研人员难以打开的“黑匣子”。北京时间2021年9月22日晚23时,在发表于《自然》的一项研究中,中国科学院上海药物研究所(以下简称中科院上海药物所)研究员徐华强、蒋轶、蒋华良等联合浙江大学教授张岩团队和北京协和医院院长张抒扬团队打开了这个“黑匣子”。联合团队首次解析了糖蛋白激素受体,即全长促黄体生成素/绒毛膜促性腺激素受体(LHCGR)处于失活状态和多种激活状态下的四个结构,为糖蛋白激素如何识别与激活其受体提供了详细的分子机制,有助于临床开发替代激素治疗的小分子药物。起底“激活状态”下的受体结构激素作为人体的化学信使,控制着各个器官的生理功能,而下丘脑和脑下垂体是内分泌激素的控制中心。传统内分泌系统由下丘脑-垂体-性腺轴(HPG)、下丘脑-垂体-甲状腺轴(HPT)和下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA)三大分支组成。糖蛋白激素主要分为两类,均为重要的临床治疗药物。一类是促性腺激素,包括促黄体生成素(LH)、促卵泡激素(FSH)和绒毛膜促性腺激素(CG),它们对调控HPG轴的关键生理功能具有重要意义。其中,FSH和LH可以用于辅助生殖及体外受精,以及治疗女性不孕症和男性促性腺功能减退症等;CG可以用来诱导女性排卵,增加男性精子数量等。而另一类糖蛋白激素是促甲状腺激素(TSH),它是HPT轴调节的关键糖蛋白激素,主要通过调控机体甲状腺素的水平来调节人体代谢。TSH与131I联合可应用于甲状腺癌术后患者,抑制和消融残余癌组织等。虽然糖蛋白激素在临床应用取得了成功,但它如何激活人体细胞中的受体机制始终未解,这极大地限制了人们对该类受体的激素选择性,以及受体激活机制的理解。此外,结构信息的缺乏也制约了靶向该类受体的小分子治疗药物的研发。
2021年9月22日
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南方有鸟,其名鹓雏!王敏/周忠和发现拥有特殊尾羽的中生代反鸟类

“不管什么时候,只要盯住看孔雀尾巴上的一片羽毛,就会使我头大如斗。”这种极端繁复、累赘的外形特征一度困扰着达尔文,因为它们无法用自然选择来解释。后来,达尔文提出了性选择理论,认为骄傲与虚夸的雄孔雀更受异性青睐,从来获得更多后代。因此,“美”本身也可以成为一种演化的重要动力。北京时间2021年9月16日晚23时,《当代生物学》(Current
2021年9月17日
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天津大学王汉杰课题组Cell Reports发文:改造工程菌生物活药,实现工程菌肠道精准定植

利用肠道工程菌及其代谢产物,创制新一代“生物活药”,用于增强机能、治疗疾病,已成为生物医药科学领域的前沿研究热点。其中,如何无创精准在体调控工程菌定植及给药,一直是工程菌生物医学应用转化的难点之一。天津大学生命科学学院常津团队王汉杰课题组长期致力于光遗传学分子生物开关在纳米生物学、合成生物学和神经生物学等领域的基础及应用研究。北京时间2021年9月14日晚23时,王汉杰课题组与天津大学化工学院张卫文团队孙韬合作,在Cell子刊Cell
2021年9月15日
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蒋轶/徐华强/王明伟/尹万超合作揭示激肽选择性识别和激活缓激肽受体的分子机制

北京时间2021年9月9日晚23时,中国科学院上海药物研究所研究员蒋轶、徐华强、王明伟和副研究员尹万超等与合作者在《自然—结构与分子生物学》发表最新研究成果——“Molecular
2021年9月10日
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斯坦福大学王新楠团队揭示线粒体跨膜蛋白复合物调节氧化信号转导途径的关键作用

作者利用果蝇模型从基因学阻断MIC60-Miro复合物的相互作用或减少蛋白质本身,从而提升线粒体的功能,改善细胞呼吸和代谢,大大延长果蝇的健康寿命。给果蝇口服Miro
2021年9月10日
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梁毅/刘聪合作揭示朊病毒蛋白病理聚集多态性分子机制

GSS)等。图1:E196K纤维和野生型PrP纤维的成像比较在野生型人朊病毒蛋白纤维冷冻电镜结构及功能前期工作(2020年6月8日发表于《自然—结构与分子生物学》(Nat.
2021年9月9日