基因工程

CRISPR-Cpf1結(jié)合crRNA的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院黃志偉研究團(tuán)隊揭示了CRISPR-Cpf1識別CRISPR RNA（crRNA）以及Cpf1剪切pre-crRNA成熟的分子機(jī)制，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志上。CRISPR-Cas系統(tǒng)是細(xì)菌編碼的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過RNA引導(dǎo)的效應(yīng)蛋白剪切病毒的DNA或者RNA從而抵抗病毒的感染。該系統(tǒng)之一的CRISPR-Cas9系統(tǒng)被用來作為可編程的基因編輯工具用于細(xì)胞內(nèi)目的DNA的剪切、表達(dá)、修飾、突變。該研究解析了crRNA的Cpf1復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步認(rèn)識細(xì)菌如何通過CRISPR系統(tǒng)抵抗病毒入侵的分子機(jī)理；而且為成功改造Cpf1系統(tǒng)，使之成為特異的、高效的全新基因編輯系統(tǒng)提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

基因密碼子表的內(nèi)在規(guī)律

中科院北京基因組研究所基因組科學(xué)與信息重點實驗室胡松年組客座研究員陳衛(wèi)華與多國科學(xué)家合作，對“能量節(jié)省”壓力下基因組的演化情況進(jìn)行了系統(tǒng)研究，研究論文發(fā)表于《自然-通訊》。研究表明，在ns位點上，由于得到的mRNA便宜，轉(zhuǎn)錄傾向于使用便宜的核酸，而因為得到的氨基酸便宜，翻譯傾向于使用貴的核酸。由于氨基酸的平均價格更高，ns位點總體上傾向于使用貴的核酸。由于轉(zhuǎn)錄和翻譯是選擇的兩大助力，這種趨勢隨編碼基因的表達(dá)豐度而更為顯著。文章進(jìn)一步從進(jìn)化生物學(xué)角度解釋了為什么低GC%的物種基因組往往較小，而高GC%物種的基因組可以較大。

基因組編輯新技術(shù)

河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院青年教師韓春雨副教授找到了對基因組位點編輯范圍更廣的基因編輯工具，研究論文發(fā)表于《自然-生物技術(shù)》。該工具完全不同于以RNA為向?qū)У腃RISPR/Cas9基因編輯技術(shù)。這種從古細(xì)菌來源的Argonaute，利用短鏈DNA作向?qū)В嬲龑崿F(xiàn)了對基因組的任意位置進(jìn)行切割，將基因編輯的可能性推入了更廣泛的境地。該項技術(shù)的優(yōu)勢包括向?qū)гO(shè)計制作簡便；可編輯基因組內(nèi)任何位置；由于向?qū)Ш怂崾荄NA而非RNA，因此避免了RNA易于形成復(fù)雜的二級結(jié)構(gòu)而帶來的失效或者脫靶效應(yīng)；對游離于細(xì)胞核的DNA具有更高的切割效率。

乙肝病毒共價閉合環(huán)狀DNA

中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)藥所陳志英團(tuán)隊成功用微環(huán)DNA技術(shù)生產(chǎn)出乙肝病毒共價閉合環(huán)狀DNA（cccDNA），為開發(fā)根治慢性乙肝病毒感染的治療藥物提供了重要條件，相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)報告》。cccDNA是乙肝病毒復(fù)制的模板，其在肝細(xì)胞核內(nèi)持續(xù)、穩(wěn)定的存在被認(rèn)為是乙肝病毒感染慢性化及抗病毒治療停止后復(fù)發(fā)的最重要因素。徹底清除殘余的cccDNA是治愈慢乙肝病毒感染的關(guān)鍵。利用微環(huán)DNA技術(shù)在常規(guī)實驗室環(huán)境中生產(chǎn)出了毫克級別的重組cccDNA。該重組cccDNA無論在結(jié)構(gòu)還是功能均跟野生型cccDNA非常接近：重組cccDNA能介導(dǎo)病毒基因組復(fù)制、病毒基因表達(dá)，并能產(chǎn)生完整的感染性病毒顆粒。

LbCpf1–crRNA復(fù)合體結(jié)構(gòu)

不同物種Cpf1蛋白序列比對

單細(xì)胞尺度解析造血干細(xì)胞起源

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物動態(tài)光學(xué)成像中心湯富酬研究組和軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院附屬醫(yī)院（解放軍307醫(yī)院）劉兵研究組、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院天津血液病醫(yī)院（血液學(xué)研究所）袁衛(wèi)平研究組合作，在單細(xì)胞分辨率解析造血干細(xì)胞的形成過程。在功能和基因表達(dá)方面、在單細(xì)胞水平上研究了小鼠造血干細(xì)胞形成和特化過程中的關(guān)鍵特征；相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志。造血干細(xì)胞（hematopoietic stem cell，HSC）是包括人類在內(nèi)的哺乳動物體內(nèi)所有血液細(xì)胞的干細(xì)胞，在合適的條件下只要造血干細(xì)胞的一個單細(xì)胞就可以在體內(nèi)產(chǎn)生所有類型的血液細(xì)胞，因而對哺乳動物血液系統(tǒng)功能的長期維持和穩(wěn)定起關(guān)鍵作用。精確地分離單個具有功能的干細(xì)胞是開展后續(xù)一系列研究的前提條件。

選擇性剪切對擬南芥蛋白質(zhì)多樣性貢獻(xiàn)

中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所焦雨鈴研究組在全基因組水平通過分析與核糖體結(jié)合的mRNA來研究翻譯組的構(gòu)成，并與總mRNA所代表的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了比較，研究成果發(fā)表于《分子植物》。選擇性剪切是一種重要的調(diào)控機(jī)制，能夠增加轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組的多樣性。該研究發(fā)現(xiàn)有35%的選擇性剪切事件能夠被翻譯，并且其中大部分（81%）會導(dǎo)致蛋白質(zhì)編碼能力的多樣化。同時，該研究發(fā)現(xiàn)一些弱翻譯的選擇性剪切mRNA可能通過無義介導(dǎo)的mRNA降解途徑降解，非翻譯的選擇性剪切mRNA則不通過此途徑降解。該研究報道了植物選擇性剪切對蛋白質(zhì)組多樣性的貢獻(xiàn)，并分析了植物與動物中可變剪切的區(qū)別。

倍半萜生物合成基因

中科院武漢植物園天然藥物生物合成學(xué)科組章焰生研究團(tuán)隊，以湖北武漢和貴州遵義的蒼耳為研究材料，分別建立了不同化學(xué)型蒼耳葉片及蒼耳腺毛（蒼耳中倍半萜內(nèi)酯合成和貯存的器官為表面的球狀腺毛）的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫，通過比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究，篩選并克隆了3條倍半萜合成途徑上的倍半萜合酶基因（XsTPS1-3），并進(jìn)行了功能分析，研究成果發(fā)表于《植物與細(xì)胞生理學(xué)》。倍半萜內(nèi)酯是菊科植物的特征性成分和主要的藥用成分，具有較強(qiáng)的抗腫瘤活性，且在抵抗微生物病菌、防治血吸蟲和抗過敏活性方面具有較好的醫(yī)用價值。該研究為運用合成生物學(xué)技術(shù)規(guī)模化合成特異倍半萜提供了必要的基因元件。

哺乳動物大腦snRNA和snoRNA表達(dá)圖譜

中科院上海生命科學(xué)研究院計算生物學(xué)研究所Philipp Khaitovich研究組首次繪制了哺乳動物大腦snRNA和snoRNA表達(dá)圖譜，發(fā)現(xiàn)哺乳動物大腦snRNA和snoRNA表達(dá)水平存在廣泛差異，研究結(jié)果發(fā)表于《基因組學(xué)與進(jìn)化》。利用高通量測序技術(shù)系統(tǒng)地測定了人、黑猩猩、恒河猴和小鼠大腦前額葉皮質(zhì)組織中snRNA和snoRNA的表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)snRNA和snoRNA在基因家族水平上非常保守，但是其中U1和SNORA29表達(dá)量在人腦中卻發(fā)生了巨大變化。SNORA29 在人腦中表現(xiàn)為特異表達(dá)缺失，并且實驗發(fā)現(xiàn)SNORA29在非人靈長類的神經(jīng)元中特異表達(dá)，提示其在人腦認(rèn)知功能形成中的潛在作用。同時，該研究發(fā)現(xiàn)二級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是snoRNA表達(dá)調(diào)控的重要機(jī)制。endprint

小鼠胚胎造血干細(xì)胞形成過程中單細(xì)胞分辨率的發(fā)育路徑示意圖

小鼠胚胎造血干細(xì)胞形成過程的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析

冰河時代歐亞人群的遺傳譜圖

中科院古脊椎動物與古人類研究所在《自然》雜志發(fā)表“冰河時期的歐洲人群歷史”論文，文章第一作者付巧妹研究員與美、德、意等國合作研究表明：早期現(xiàn)代人中尼安德特人的基因含量在很短的時間里下降1.5～3倍。在距今37000年～14000年間，歐洲人群具有很大的連續(xù)性，因此尼安德特人的基因含量在很短的時期內(nèi)下降不能用不同人群混合稀釋來解釋；歐洲存在一個早期現(xiàn)代人的重要群體，他們對后期人群影響很大。該地區(qū)有些群體在其間消失。這些在不同時空分布的51個個體不僅揭示出各自本身和所在群體的遺傳信息，還反映了不同人群的相互關(guān)系；末次冰期結(jié)束后的第一個強(qiáng)烈變暖事件對歐洲人群結(jié)構(gòu)影響很大，那里的人群在距今14000年左右的冰期結(jié)束后與近東人群出現(xiàn)了很強(qiáng)的聯(lián)系。

植物化石揭示中生代古大氣二氧化碳濃度

中科院南京地質(zhì)古生物研究所出站博士后、蘭州大學(xué)副教授吳靖宇，與合作導(dǎo)師王永棟等，對采自甘肅東部華亭礦區(qū)上三疊統(tǒng)延長組以及中侏羅統(tǒng)延安組發(fā)現(xiàn)的兩種似銀杏化石Ginkgoites化石（包括G. magnifolius和G. obrutschewii）進(jìn)行細(xì)致研究，依據(jù)氣孔參數(shù)重建晚三疊世和中侏羅世的古大氣CO2濃度分別為1962 ppmv和1320 ppmv。結(jié)合課題組前期研究成果指出，從晚三疊世至中侏羅世，古大氣二氧化碳濃度大致呈先下降后升高的趨勢，該研究成果發(fā)表于《古生物學(xué)雜志》雜志。銀杏化石是恢復(fù)古大氣CO2應(yīng)用最為廣泛的指示植物之一，該項研究對GEOCARB III 和Crustal Production模型進(jìn)行校正和補(bǔ)充。

柱鏟齒象

中科院古脊椎動物與古人類研究所研究人員發(fā)現(xiàn)臨夏盆地的“保德四棱齒象”實際上也應(yīng)該歸入柱鏟齒象，研究者為其建立了一個新種——粗壯柱鏟齒象（Konobelodon robustus），這一最新研究成果發(fā)表在國際雜志《地學(xué)多樣性》。該研究表明，甘肅省臨夏盆地的粗壯柱鏟齒象的時代比歐洲和美洲的種都要早，具有很多原始特征，因此是其它兩個種的祖先類型。柱鏟齒象和鏟齒象相似的結(jié)構(gòu)可能是獨立起源的，并不能代表演化上的直接聯(lián)系。柱鏟齒象起源有兩種可能性。其一，柱鏟齒象與美洲的扁齒象是姐妹群的關(guān)系，它們共同起源于歐亞大陸的原互棱齒象；其二，柱鏟齒象起源于歐亞大陸的四棱齒象。

最早大型復(fù)雜多細(xì)胞生物化石或是植物的先祖

中科院南京地質(zhì)古生物研究所朱茂炎研究員課題組揭示了距今15.6億年前，已有個體長達(dá)30厘米以上的大型多細(xì)胞生物化石群出現(xiàn)，它們或是植物的先祖，該研究成果發(fā)表于《自然-通訊》。此前研究表明，距今18-8億年前的地球表層巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈維持在近乎不變的“穩(wěn)定”狀態(tài)，因而被學(xué)術(shù)界稱為“枯燥的10億年”。這一發(fā)現(xiàn)將地球上大型復(fù)雜多細(xì)胞生物的出現(xiàn)時間提前了近10億年。生命大約自40億年前在地球上出現(xiàn)以來，之后差不多30多億年的演化過程被認(rèn)為非常緩慢，直到距今6億年前都一直以肉眼不可見的微型、簡單的微生物形式存在。endprint