生物學科技信息

[古人類]

基因組研究揭示人類大遷移之謎

據(jù)科學網(wǎng)2016年9月23日報道，英國《自然》雜志報告了來自全球逾280個不同群體的個體高質(zhì)量基因組。三項研究描述了通常研究覆蓋不足的區(qū)域的基因多樣性，共同為現(xiàn)代人類走出非洲的大遷移提供了新的認知。

美國波士頓哈佛醫(yī)學院的David Reich等報告了來自142個不同種群的300人的基因組序列，揭示了一系列人類遺傳多樣性，發(fā)現(xiàn)所有現(xiàn)今人類的種群至少在20萬年前就開始從非洲分離，自那之后，基因突變累積速度在非洲人以外中提高了約5%。一種可能的解釋是，分離之后非洲以外人的代際時間縮短，從而提高了基因材料變化的速度。

丹麥哥本哈根大學的Eske Willerslev等測定了澳洲大陸83個澳大利亞土著人和巴布亞新幾內(nèi)亞高地的25個人的基因組序列，顯示澳大利亞土著人和巴布亞新幾內(nèi)亞人的祖先在5.1～7.2萬年前與歐亞種群分離，并且發(fā)現(xiàn)了來自古人類(如丹尼索瓦人)和未知人族的基因材料痕跡。

愛沙尼亞生物中心的Luca Pagani等在已有數(shù)據(jù)集的基礎上，對以歐洲種群為主的125個種群的379個基因組進行了研究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代巴布亞人至少有2%的基因組顯示其祖先來自早于歐亞人、與非洲人分離的一個不同種群。這項發(fā)現(xiàn)提示，早期單獨的一波走出非洲的人類約在12萬年前在巴布亞新幾內(nèi)亞定居。

[神經(jīng)科學]

人腦研究有了全面清晰的“導航圖”

據(jù)2016年9月19日《科技日報》報道，美國艾倫腦科院的艾德·萊茵等繪出了迄今最完整的數(shù)字版人腦結(jié)構(gòu)圖譜。該院官網(wǎng)16日發(fā)布公告稱，美國《比較神經(jīng)學期刊》近日推出的350頁專刊，集中介紹了這一迄今最清晰的腦部微觀解剖學結(jié)構(gòu)圖譜，該圖譜可在艾倫研究院官網(wǎng)公開獲取，將成為大腦研究人員的最新指南和“導航圖”。

與2016年初“人腦連接組計劃”公布的掃描210位健康成年人大腦獲得的圖譜不同，這次新繪制的圖譜來自對一位因事故離世的34歲健康女性大腦的深入研究，故更詳細。萊茵和同事先用磁共振成像和彌散加權(quán)成像兩種技術(shù)對該大腦進行全方位掃描，獲得了整個腦結(jié)構(gòu)和神經(jīng)纖維連接處的圖像。然后，他們將大腦解剖成2716個超薄切片，并先用尼氏染色技術(shù)將一部分切片染色以獲得總體細胞結(jié)構(gòu)的信息，再用另兩種染色技術(shù)選擇性標記出大腦特定區(qū)域，包括構(gòu)成細胞的成分、白質(zhì)內(nèi)的神經(jīng)纖維和特定類型的神經(jīng)元。研究人員還將一部分尼氏染色的切片進行分類，找出了862種不同的腦部結(jié)構(gòu)，包括全新的丘腦亞層區(qū)和杏仁核亞層區(qū)，甚至還有兩個以前只有在非人靈長類動物中才有的結(jié)構(gòu)。

新的人腦圖譜的最大特點在于，將宏觀高清人腦成像數(shù)據(jù)和能解釋大腦結(jié)構(gòu)的細胞水平數(shù)據(jù)結(jié)合在同一張圖中，就像人們常用的谷歌地圖，可為腦科學家研究“導航”，從宏觀層面進入細胞層面，更深刻地認識人類的大腦。100年前德國解剖學家科比尼安·布羅德曼繪制出第一個細胞級腦圖譜并成為后來大量腦圖譜的發(fā)展基礎。新圖譜將成為新的參考標準，腦科學家們還可結(jié)合自己的研究對其更新完善。

中科院上海生科院神經(jīng)所揭示恐懼記憶相關突觸變化機制

據(jù)科學網(wǎng)2016年9月6日報道，中科院上海生科院神經(jīng)所蒲慕明研究組在《自然·神經(jīng)科學》上在線發(fā)表了題為《與恐懼記憶相關的杏仁核-皮層突觸特異性變化》的研究論文，首次揭示在聽覺恐懼記憶中起重要作用的側(cè)杏仁核-聽覺皮層投射通路，并發(fā)現(xiàn)該通路在聽覺恐懼學習后會發(fā)生特異性的突觸連接重構(gòu)，以及在原有突觸上添加新的突觸結(jié)構(gòu)形成新突觸的方式。

條件恐懼是學習與記憶研究中常用的行為范式。在聽覺條件恐懼學習中，小鼠先聽到一個聲音，再被給予一個足部電擊。小鼠會將聲音與電擊關聯(lián)起來，并在聲音到來時表現(xiàn)出恐懼反應。一般認為，條件恐懼的神經(jīng)環(huán)路基礎是：聽覺信息從聽覺丘腦和皮層傳入，然后經(jīng)由聽覺丘腦-側(cè)杏仁核及聽皮層-側(cè)杏仁核通路，在側(cè)杏仁核與來自體感皮層的電擊信息整合。然而，在此項研究中，結(jié)合熒光標記、病毒示蹤和免疫電鏡技術(shù)等，蒲慕明等研究人員發(fā)現(xiàn)了一個新的投射通路：側(cè)杏仁核-聽覺皮層。運用化學遺傳和光遺傳技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)選擇性抑制此通路的神經(jīng)活動可大幅度降低小鼠的恐懼反應，表明此通路在恐懼記憶中起著關鍵作用。

法發(fā)現(xiàn)小鼠大腦中記憶構(gòu)建模塊

據(jù)科學網(wǎng)2016年9月20日報道，法國馬賽市地中海神經(jīng)生物學所Rosa Cossart研究團隊發(fā)現(xiàn)，小鼠大腦中一些細胞能夠跟蹤位置以及記錄旅行了多遠。當小鼠休息時，這些神經(jīng)元會依次發(fā)光，就像是這種動物在意識上回顧其路徑，這一過程或有助于記憶形成。該研究有助于了解其他動物的大腦是否以同樣的方式活動。《新科學家》雜志發(fā)表了相關研究成果。

據(jù)報道，研究團隊向4只小鼠的神經(jīng)元中加入了熒光蛋白，并利用熒光繪制了比此前利用植入電極技術(shù)更加廣泛的神經(jīng)元活動情況。通過觀察每只小鼠1000多個神經(jīng)元的活動，研究團隊發(fā)現(xiàn)，當小鼠在跑步時，跟蹤小鼠跑了多遠的神經(jīng)元按照一定的次序模式被點亮，并保持跟蹤狀態(tài)；當小鼠休息時，同樣的細胞也會發(fā)光，但是卻是以一種奇怪的模式發(fā)光：這些神經(jīng)元會以其跑步時的同樣次序發(fā)光，但是發(fā)光速度卻更快，而且并非是按照單個情況輪流發(fā)光，而是以與小鼠跑步時的特定片段相對應的序列組的方式整體發(fā)光；對每段記憶做出回應的神經(jīng)元并非全都在位置上彼此相鄰，而是在海馬體中混合在一起，但當其發(fā)光時，卻與其他輔助記錄跑步的神經(jīng)元之間表現(xiàn)出一種明顯的強關聯(lián)性。

[動物生理]

中科院發(fā)現(xiàn)胰島素調(diào)控肝臟生物鐘的分子機制

據(jù)2016年9月8日《中國科學報》報道，中科院上海生科院營養(yǎng)科學所劉浥研究組，揭示了胰島素通過調(diào)節(jié)生物鐘核心轉(zhuǎn)錄因子Bmal1影響肝臟生物鐘發(fā)生的分子機制。相關研究成果在線發(fā)表于《自然·通訊》。

研究組發(fā)現(xiàn)，在進食狀態(tài)下，由胰腺分泌的胰島素能通過肝細胞表面的胰島素受體，將信號傳遞至細胞內(nèi)，激活PI3K-AKT2信號通路，激活的AKT2能夠磷酸化Bmal1-Ser42，最終Bmal1被穩(wěn)定在細胞質(zhì)中，從而抑制Bmal1/Clock下游基因的表達。通過食物牽引實驗改變小鼠正常的飲食節(jié)律實驗揭示，一方面胰島素分泌的節(jié)律會隨之改變，導致Bmal1在細胞核內(nèi)的聚集模式發(fā)生變化，Dbp、Rev-erbα等下游節(jié)律基因的表達相位被逆轉(zhuǎn)，表明肝臟生物鐘的節(jié)律被重置；另一方面，小鼠通過增加飲食儲存食物，導致胰島素分泌劇增，致使胰島β-細胞遭受巨大壓力，這可能是造成胰島β-細胞在飲食牽引狀態(tài)下功能喪失的原因之一。這些發(fā)現(xiàn)不僅揭示胰島素調(diào)節(jié)肝臟生物鐘發(fā)生的分子機制，也為理解不規(guī)律飲食與生物鐘紊亂，及代謝綜合征的發(fā)生之間的關系提供了新啟示。

[生物物理]

高靈敏度的生物發(fā)光探針問世

據(jù)科學網(wǎng)2016年9月4日報道，中科院深圳先進技術(shù)院儲軍團隊與美國斯坦福大學合作，利用生物共振能量轉(zhuǎn)移原理，將CyOFP和目前最亮的熒光素酶Nluc融合，成功開發(fā)了目前最高靈敏度的生物發(fā)光探針antares(青光可激發(fā)的橙色熒光蛋白CyOFP)，它的靈敏度比目前最常用的Nluc要亮13倍，為活體內(nèi)細胞追蹤提供了高靈敏的平臺。該成果是大斯托克斯位移熒光蛋白研究領域的重要突破，實現(xiàn)了在小鼠腦內(nèi)單一波長激發(fā)雙色熒光成像和高靈敏的生物發(fā)光成像。斯托克斯位移指的是熒光物質(zhì)的最大發(fā)射波長和最大激發(fā)波長之差，差值若大于100 nm，則認為該熒光蛋白具有大斯托克斯位移的特性。相關研究成果發(fā)表于《自然·生物科技》雜志。

[微生物]

中科院微生物所提高光合作用效率研究取得新進展

據(jù)科學網(wǎng)2016年9月8日報道，中科院微生物所李寅研究組針對光反應產(chǎn)生的ATP不能滿足暗反應固碳能量需求這一問題，根據(jù)光反應中ATP是與NADPH偶聯(lián)產(chǎn)生的基本原理，從細胞全局出發(fā)，把光合作用的光反應和暗反應作為有機整體，以連接光合作用光反應和暗反應的NADPH為切入點，提出了一個導入NADPH消耗模塊，從而打破細胞固有的NADPH平衡，通過光反應與暗反應的有效耦聯(lián)，來增強光反應的內(nèi)在驅(qū)動力，進而提高光合作用效率的新策略，并在經(jīng)過改造的藍藻上獲得了良好的實驗結(jié)果。相關研究成果在線發(fā)表于《代謝工程》雜志。

該研究的意義主要體現(xiàn)在兩個方面：第一，經(jīng)過各種指標評測，經(jīng)過改造的藍藻，其光合作用效率可以提高40%～50%，表現(xiàn)為生長速度和生物量的顯著提高。第二，經(jīng)過改造的藍藻，其光飽和點從600光照強度單位(以光量子通量密度表征，mmol/m2/s)，提高到了1200光照強度單位。這意味著改造后的藍藻，能夠耐受更強的光，或者說能夠適應更寬的光照強度變化范圍。

不過，研究人員認為，由于他們的研究是以一種能夠進行光合作用的原核微生物——藍藻為模型，所以不能簡單地推斷，該實驗結(jié)果一定能夠在真核生物中產(chǎn)生相似的效果。

[動物學]

中科院動物所發(fā)現(xiàn)金絲猴屬的共同祖先在青藏高原

據(jù)科學網(wǎng)2016年9月6日報道，中科院動物所李明研究組以金絲猴屬中的川、滇、黔和緬甸金絲猴4個物種為研究對象，開展了金絲猴基因組的解析以及相關研究，并于2014年和2016年先后在《自然·遺傳學》和《分子生物學與進化》期刊發(fā)表了2篇有關金絲猴基因組的研究論文，闡明了金絲猴的起源演化歷史和適應性進化的遺傳機制，梳理了其遺傳多樣性及其與環(huán)境的關系等方面的成果。研究結(jié)果主要包括：

第一，發(fā)現(xiàn)金絲猴屬(包括滇金絲猴、黔金絲猴、川金絲猴和越南金絲猴)的共同祖先來自青藏高原。而青藏高原的抬升是引起金絲猴屬分化的主要因素之一。第二，我國川金絲猴種群可以分為神農(nóng)架種群和非神農(nóng)架種群兩個不同的管理單元。第三，發(fā)現(xiàn)金絲猴的基因中有61.7%為假基因，這可能與其嗅覺器官退化有關。同時，在金絲猴與牛的基因組比較分析中卻發(fā)現(xiàn)了33個快速進化的嗅覺基因，并且其中69.7%可能參與感知水果、植物等的氣味相關，這可能與其食性有著密切關系。第四，金絲猴具有高度特化的胃，胃里有分隔，類似于反芻胃。金絲猴的胃與牛的胃屬于趨同進化，就像蝙蝠與海豚都具有回聲定位系統(tǒng)。

[生物化學]

蝸牛分泌的天然胰島素藥性發(fā)揮比人工胰島素快三倍

據(jù)2016年9月14日《科技日報》報道，美國猶他大學官網(wǎng)12日發(fā)布公告稱，該校研究人員海倫娜·薩法威與澳大利亞同行合作，在蝸牛捕食時產(chǎn)生的毒液中發(fā)現(xiàn)了胰島素分子結(jié)構(gòu)。實驗表明：雖然不如人體胰島素，但蝸牛胰島素仍然具有降血糖功能，并且能在5 min內(nèi)快速起效，而目前人工胰島素的最快起效時間是15 min；蝸牛毒液中的胰島素并不含B區(qū)部分，因此不會造成胰島素分子的聚集，這是其起效快的主要原因。

據(jù)報道，人體胰島素含A區(qū)和B區(qū)，后者會使胰島素分子聚合成6個分子的聚合體，注射的胰島素需要把聚集的胰島素降解成單個分子后才能對患者發(fā)揮作用，這個降解過程往往需要1 h，即使市場上最快的胰島素仍需15～30 min才能發(fā)揮藥性。科學家們曾試圖移除B區(qū)部分，但這樣做的后果是胰島素完全失去藥性。

[生殖醫(yī)學]

小鼠動物實驗表明精子能在無卵子情況下發(fā)育成熟

據(jù)2016年9月14日《科技日報》援引報道，英國巴斯大學安東尼·佩里等研究人員，將精子細胞核注入經(jīng)過化學改造的、不能正常發(fā)育的孤雌單倍體胚胎細胞中。該胚胎細胞經(jīng)過化學處理后，只含有一組不配對的染色體，而不是精子和卵子融合通常會產(chǎn)生的一組配對染色體。實驗證明，產(chǎn)生的胚胎發(fā)育成了健康的個體，但是，其比例最高只有對照組的24%。研究人員發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過改造的胚胎與對照組在染色體和DNA上有一定的相似之處，然而在細胞運轉(zhuǎn)方面卻有所差異，這意味著兩者重編程的路徑是不同的。英國《自然·通訊》雜志發(fā)表了該項研究成果。

通常的受精過程包括精子和卵子轉(zhuǎn)化為胚胎的多個步驟。受精過程中會發(fā)生許多染色體和脫氧核糖核酸(DNA)改變(這一過程被稱為重編程)，從而使精子成熟，能夠分裂產(chǎn)生生命體中的各個分化細胞，這種能力叫做全能性。但通常的觀點是，精子只能在卵子中被重編程來獲得全能性。

研究人員強調(diào)，該發(fā)現(xiàn)距離在人類中應用還為時尚早，因為此次實驗中經(jīng)注射胚胎的存活率很低，更重要的是，這項研究是在小鼠胚胎中進行的，目前尚沒有證據(jù)表明其在人類胚胎中也能成功。

[基因組研究]

基因圖譜告訴你榨菜為啥有獨特“中國味”

據(jù)2016年9月12日《科技日報》報道，浙江大學農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學院園藝系張明方課題組利用高通量測序技術(shù)，繪制了世界上第一張蕓薹屬中異源多倍體榨菜(AABB基因組)的高質(zhì)量基因組圖譜，并發(fā)現(xiàn)芥菜物種形成于3.9～5.5萬年前，為單一地理起源，其A亞基因組與白菜型油菜親緣關系更近，然后演化成蔬菜用和油用芥菜兩個主要類群。課題組發(fā)現(xiàn)了兩組同源基因序列，其中一組與硫代葡萄糖苷代謝有關，它們發(fā)生了差異化進化，這就是為什么有的榨菜聞起來香，有的香味不明顯；另外一組則與油脂代謝有關，決定著油用芥菜的產(chǎn)油量和油脂的組分。半個世紀以來，眾多學者以小麥、棉花、油菜等為模式作物，對復雜基因組組裝和同源基因表達進行了廣泛研究，但尚未揭示多倍體物種中同源基因表達與選擇的機制。這種機制，通過我國的“鄉(xiāng)土”作物榨菜得到了揭示：異源多倍體芥菜亞基因組間呈非對稱進化，亞基因組間同源基因中具有顯著表達差異的基因表現(xiàn)出更快的進化速率，這些基因在菜用和油用芥菜分化中得到選擇。研究成果對芥菜類蔬菜作物的改良具有重要意義。《自然·遺傳》雜志在線發(fā)表了這項成果。

日發(fā)現(xiàn)水熊蟲特有基因相關蛋白可抵抗DNA損傷,有助其耐受極端環(huán)境

據(jù)2016年9月23日《科技日報》報道，日本東京大學研究人員國枝武等繪就的水熊蟲的高質(zhì)量基因組圖譜并未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模水平基因轉(zhuǎn)移的證據(jù)。但是，與蒼蠅和蠕蟲相比，負責耐受高壓環(huán)境的基因數(shù)量仍然較多。此外，他們發(fā)現(xiàn)了一種與DNA結(jié)合并且有助于保護培養(yǎng)的人類細胞不受X射線輻射影響的蛋白質(zhì)。將此緩步動物基因與其他物種基因進行的詳細對比發(fā)現(xiàn)，這種保護性蛋白質(zhì)的特定遺傳密碼基因，為緩步動物所特有。研究結(jié)果顯然不支持耐受性源自水平基因轉(zhuǎn)移的觀點。雖然目前仍不清楚緩步動物獨特的適應性如何在分子級別或有機體級別發(fā)揮作用，但是上述研究結(jié)果表明，緩步動物已經(jīng)演化形成對抗壓力條件的獨門“秘籍”。相關研究成果發(fā)表于英國《自然·通訊》雜志。

[基因技術(shù)]

我國國家基因庫正式運營

據(jù)2016年9月23日《光明日報》報道，籌建4年的深圳國家基因庫在深圳東部大鵬灣畔揭幕，宣告正式運營。這是我國唯一一個獲批籌建的國家基因庫，是全球繼美國國家生物技術(shù)信息中心(NCBI)、歐洲生物信息研究所(EBI)、日本DNA數(shù)據(jù)庫(DDBJ)之外的第四大基因庫，也是世界最大的綜合基因庫。

與世界其他3家基因庫相比，深圳國家基因庫最大的不同是“干濕庫相結(jié)合”，即綜合了“干庫”信息數(shù)據(jù)庫和“濕庫”樣本庫；而其他3家基因庫目前以數(shù)據(jù)庫運營為主，沒有樣品保存功能。此外，國家基因庫所使用的150臺基因測序儀，均為我國自主研發(fā)生產(chǎn)，具有自主知識產(chǎn)權(quán)。

目前國家基因庫主要是由“三庫兩平臺”構(gòu)成，即生物信息數(shù)據(jù)庫、生物樣本資源庫和生物活體庫，以及數(shù)字化平臺及合成與基因編輯平臺。“三庫兩平臺”將作為資源挖掘的基礎性支撐及公共服務平臺，構(gòu)建起對海量生物資源檢測、管理、認證、基礎應用體系，促進基因組學在精準健康、精準農(nóng)業(yè)、海洋開發(fā)、微生物應用等方面的前沿探索與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，催生新技術(shù)和新產(chǎn)品，并將有力保障我國基因數(shù)據(jù)資源安全。國家基因庫主體工程分為兩期，本次揭幕的是一期工程，總投資7.8億元，建筑面積4.75×104m2，目前基因信息數(shù)據(jù)總量達60PB，生物樣本存儲能力為1000萬份。第一批入庫的樣本以疾病和物種多樣性為主，其中癌癥數(shù)據(jù)庫存有國際癌癥組織的所有數(shù)據(jù)信息，將開放提供全球癌癥數(shù)據(jù)，對于人類攻克癌癥具有重大意義。

[醫(yī)療衛(wèi)生]

我國針灸臨床研究首登國際內(nèi)科學“第一刊”《內(nèi)科學年鑒》

據(jù)科學網(wǎng)2016年9月14日報道，由中國中醫(yī)科學院劉保延和中國中醫(yī)科學院廣安門醫(yī)院劉志順牽頭，在國內(nèi)15家醫(yī)院合作下，完成了1075例樣本的多中心隨機對照試驗——《針刺治療慢性難治性功能性便秘隨機對照試驗》，相關成果在國際醫(yī)學期刊《內(nèi)科學年鑒》電子版刊發(fā)。這一研究顯示，單純的電針治療可明顯提高慢性便秘患者完全自主排便次數(shù)，針刺總治療效應可持續(xù)20周，療法安全。《內(nèi)科學年鑒》被稱為國際內(nèi)科學領域“第一刊”，由美國內(nèi)科醫(yī)師學會出版。此次是我國針灸臨床研究首次登上該刊，不僅為針灸高級別證據(jù)探索奠定了基礎，也標志著國際權(quán)威醫(yī)學期刊對中醫(yī)藥研究的認可。

據(jù)介紹，慢性便秘全球發(fā)病率為16%左右，嚴重影響患者生活質(zhì)量。目前，治療主要采取口服瀉劑或促動力藥，雖然能取得即時療效，但長期使用容易產(chǎn)生藥物依賴等副作用，目前尚無特效治療方案。

武漢人民醫(yī)院找到誘發(fā)心肌肥厚早期關鍵分子開關

據(jù)2016年9月16日《科技日報》報道，武漢大學人民醫(yī)院心血管內(nèi)科李紅良團隊在世界上首次揭示，Chaer基因缺失能夠顯著抑制主動脈狹窄手術(shù)誘導的心肌細胞肥厚，減少纖維化心肌重構(gòu)，從而改善心臟泵血功能；Chaer基因是誘發(fā)心肌肥厚的早期關鍵分子開關，而抑制Chaer基因的表達可有效緩解心肌肥厚的惡化發(fā)展。這項科研成果，為進一步闡明心肌肥厚以及心力衰竭的病理生理過程提供了理論依據(jù)，為心肌肥厚以及心力衰竭的臨床防治提供了關鍵分子靶點。相關研究成果在線發(fā)表于《自然·醫(yī)學》。