生物學科技信息

[古生物]

合肥工業大學發現遠古胎生爬行動物

據2017年2月16日《中國科學報》報道，合肥工業大學劉俊課題組的一項新研究描述了一具懷孕的爬行動物的化石，該化石距今約有2.45億年歷史。這一發現表明這種與恐龍、鳥類和鱷魚同屬一組的主龍形下綱爬行動物會產下活幼崽，而非產卵。此前從未發現過胎生的主龍形下綱動物。新發現的化石來自一具新恐頭龍，是一種在中國發現的長頸水生爬行動物。一具高度發育的胚胎被保存在成年恐頭龍的腹部，為胎生提供了證據。相關成果在線發表于《自然·通訊》雜志。

中外科學家合作發現原始后口動物

據2017年2月5日《光明日報》報道，西北大學地質學系韓健等日前在陜西南部寬川鋪生物群中微型動物化石的研究中，發現了最古老的原始后口動物——冠狀皺囊動物。這種成體僅1 mm的微型動物，被認為代表著顯生宙最早期的微型人類遠祖至親。這一發現，將對人類早期祖先的認知，由距今5.2億年前推至5.35億年前，其體積則也由“厘米級”推至“毫米級”。相關研究成果在《自然》雜志以封面亮點文章的形式在線發表。

多年來，韓健研究小組運用酸蝕法、顯微電鏡以及顯微CT等技術對距今5.35億年的陜南寬川鋪生物群中微型動物化石進行深入研究。所發現的這一冠狀皺囊動物呈橢球形，成體大小約1 mm左右，腹面具有可伸縮的環狀口部，表面有4對體錐，卻無尾部和肛門。最重要的是，它出現了被認為是鰓裂構造雛形的成對排水鰓孔。所有特征顯示，這種最古老、最原始的后口動物，很可能就是科學界期盼已久的后口動物亞界的一個根，對深入探討兩側對稱動物的軀體構型起源具有重大意義。

中英合作發現種類最多古海綿動物群展現史前物種大滅絕后的海底生物世界

據2017年2月11日《光明日報》報道，從2012年起，由中科院南京地質古生物所和英國古生物學者組成的科研團隊，在我國浙江省安吉縣賦石水庫邊發現了距今4億多年的安吉動物群，包括5000塊海綿動物化石，超過75個種類，大部分是新物種。該動物群是迄今發現的蘊含海綿動物種類最多的動物化石群。這一的發現為人類重新展現了史前物種大滅絕之后的海底世界。

在距今4.45億年前的奧陶紀末期，發生了顯生宙以來的第一次大規模生物滅絕事件。當時陸地生物尚未進化成型，而85%的海洋生物在短時間內滅絕，整個海洋生態系統遭受重創。根據過往研究，該次事件后，海洋生物一片凋零。但由于記錄殘缺不全，人們很難重建當時的生物世界是什么模樣。而這次發現為人類認知奧陶紀末期大滅絕后的生物世界打開了新窗口：實際上，在災難之后，海洋深處仍有豐富的、多門類的、多種生態的生物繁衍生息，甚至還生機蓬勃。此項成果已發表在《當代生物學》雜志上。

[生物保護]

意英合作研究發現氣候變化影響700多種瀕危物種

據2017年2月17日《科技日報》援引報道，意英聯合研究表明，目前有超過700種瀕危的哺乳動物和鳥類受到氣候變化的負面影響，其中人類的“近親”——靈長類動物是受影響最嚴重的物種之一，因為其熱帶棲息地的氣候數千年來一直很穩定。研究成果發表于《自然·氣候變化》雜志。

研究人員認為，靈長類動物和有袋目哺乳動物中，受氣候變暖影響的數量最多。僅兩組哺乳動物、嚙齒動物和食蟲動物可能會從氣候變化中受益，一方面由于它們的繁殖率高而快；另一方面也因為它們并不囿于某個特定的棲息地，而且常常生活在地洞中，而地洞為它們提供了一種對天氣變化幾乎“免疫”的環境。

研究人員開發出一款模型，將動物的體重和其他屬性同氣候中的變化因素，如溫度變化進行比較。論文作者指出，根據他們的模型，位列國際自然保護聯盟瀕危物種紅色名錄中的動物，有47%的陸生哺乳動物(873種中的410種)和23.4%的鳥類(1272種中的298種)，受氣候變化影響遠超此前預期。

[組織工程]

科學家首次培育出人豬嵌合體胚胎

據科學網2017年1月30日報道，一個國際科研小組26日在美國《細胞》雜志上宣布，他們把人類干細胞注入豬胚胎中，首次成功培育出人豬嵌合體胚胎，并在豬體內發育了3到4周時間。科學家認為，這項工作有助于在動物體內培育出可供移植的人類器官，從而解決移植器官來源嚴重不足的難題。

培育嵌合體胚胎分為兩個階段。首先，利用有“基因剪刀”之稱的CRISPR技術，刪除豬胚胎內形成器官的關鍵基因，創造遺傳“空位”；其次，把人類誘導多能干細胞注入豬胚胎內。誘導多能干細胞從人類體細胞中直接獲得，具有與胚胎干細胞一樣分化為各類細胞的能力。囊胚是動物胚胎發育的一個早期階段，是一個中空的細胞球。吳軍介紹說，他們使用3種不同狀態的誘導多能干細胞分別植入1500多個豬囊胚。在植入豬體內后，這些囊胚經過21 d到28 d發育，有186個依然存活，其中不同狀態的誘導多能干細胞在豬胚胎中形成“不等程度的嵌合”，但其總體嵌合率比例較低，每10萬個豬細胞中可能只有不到1個人類細胞”。人類細胞比例低是一個好消息，因為人們對人豬嵌合體的一大擔憂是它可能會太像人，包括人類細胞對豬的大腦發育產生影響。在新研究中，人類細胞發育成了肌肉細胞和其他組織器官的前體細胞，而不是腦細胞的前體細胞。

美異種器官再造移植讓大鼠體內長出小鼠胰島

據2017年1月26日《科技日報》報道，英國《自然》雜志24日在線發表了一項再生醫學領域的重大進展：在大鼠體內生長、然后被移植回糖尿病小鼠體內的小鼠胰島能長時間正常發揮功能。這項研究在應用前還需面對倫理與法律的挑戰。

據悉，美國斯坦福大學醫學院中內啟光團隊，將小鼠多能干細胞注入無法長出胰腺的大鼠胚胎，在干細胞發育為胰島細胞后將它們分離出來，移植到糖尿病小鼠體內。研究團隊在超過一年的時間中，成功將小鼠的血糖值控制在了正常水平，且除了移植的最初5 d外，小鼠并不需要長期的免疫抑制。

美國哈佛大學研究人員周喬(音譯)表示，在患者喪失胰島素分泌細胞、藥物無法控制Ⅰ型糖尿病病情的情況下，胰島移植能為患者帶來希望。然而，包括糖尿病患者在內，成千上萬等待器官移植的患者都面臨著難以找到合適的捐贈器官的問題。多能干細胞具有生產出無限量替代細胞和組織的潛力，但要在人類中應用，上述方法必須經過修正。

[植物生理]

中國農科院植保所揭示水稻程序性細胞死亡新機制

據科學網2017年1月17日報道，中國農業科學院植保所王國梁團隊，通過圖位克隆方法鑒定到一個負調控水稻程序性細胞死亡的死亡抵抗蛋白(DRP)，揭示了該蛋白通過調控水稻細胞色素C從線粒體的釋放而控制細胞程序性死亡發生的機制。相關成果在線發表在《科學公共圖書館·病原學》上。

植物的假病斑突變是在沒有外來病原物侵染情況下細胞自發形成的程序性細胞死亡，這種遺傳學上的突變會帶來抗性相關基因的誘導表達和植物對病蟲害的抗性增強。假病斑發生與形成機制的深入研究對了解植物程序性細胞死亡分子機制、植物抗性機理與信號傳導都具有重要的意義，同時可為選育植物抗性新材料提供分子依據與遺傳材料。

研究團隊對在水稻組織培養過程中得到的一個水稻假病斑突變體dj-lm進行了遺傳、生化和細胞生物學分析。該突變體從苗期到水稻成熟全生育期均呈假病斑表型，植株的抗病性增強，并伴有明顯的活性氧簇產生。利用圖位克隆方法成功克隆了控制該假病斑表型的基因OsDRP1E，發現OsDRP1E的E409V點突變導致細胞死亡。進一步的功能分析表明，OsDRP1E的E409V突變會影響其鳥苷三磷酸酶活性、線粒體的定位和細胞色素C的釋放。

[微生物]

南京農業大學發現作物疫病發生新機制

據2017年1月20日《科技日報》報道，美國《科學》雜志以研究長文形式在線發表南京農業大學王源超團隊的一項關于作物疫病發生機制的成果。研究團隊觀察到，疫霉菌攻擊宿主時會使出一招瞞天過海的“誘餌模式”(DECOY)：疫霉菌在侵染植物早期，向胞外分泌糖基水解酶XEG1攻擊植物細胞壁，而植物則利用水解酶抑制子GIP1抑制其活性；在進化的過程中，病原菌又獲得了XEG1的失活突變體XLP1，以誘餌“DECOY”的方式，競爭性干擾抑制子GIP1，與XEG1協同攻擊植物的抗病性。在稍早的研究中，研究團隊還發現植物能夠利用細胞膜上的受體識別XEG1，啟動基礎水平的抗性，但是病原菌又可以分泌效應子到寄主細胞內干擾其抗性。目前，已經發現的疫病菌有160多種，能侵染數千種植物，是全球糧食、食品和生態安全的重要威脅。這些新發現為開發能誘導植物廣譜抗病性的生物農藥提供了重要的理論基礎。

[細胞生物學]

清華大學揭示真核生物電壓門控鈉離子通道的近原子分辨率三維結構

據2017年2月11日《光明日報》報道，清華大學醫學院顏寧研究組在《科學》在線發表了《真核生物電壓門控鈉離子通道的近原子分辨率三維結構》的研究長文，在世界上首次報道了真核生物電壓門控鈉離子通道(“鈉通道”)的近原子分辨率的冷凍電鏡結構，為理解其作用機制和癲癇、心律失常等相關疾病致病機理奠定了基礎。

顏寧研究組放棄了對于大分子量蛋白的追求，而利用序列分析選取長度最短的真核鈉離子通道，成功利用重組技術獲得了表達量較高、性質穩定均一的美洲蟑螂的鈉通道蛋白，并利用單顆粒冷凍電鏡的方法，重構出了可以清晰分辨絕大多數側鏈的真核生物鈉離子通道的三維結構。該結構的解析為理解鈉通道的離子選擇性、電壓依賴的激活與失活特性以及配體抑制機理提供了重要的分子基礎。該研究成果標志著所有經典的電壓門控陽離子通道都有了三維結構模板，而其中由單鏈折疊而成的真核鈣離子和鈉離子通道結構都是顏寧實驗室率先獲得。

[合成生物學]

美造出“穩定”的半合成有機體向創造新生命形式邁出重要步伐

據2017年1月26日《科技日報》報道，美國斯克里普斯所羅梅斯伯格研究小組通過優化人工堿基等途徑，制造出了“穩定”的半合成有機體，對未來的生物醫療開發具有重要意義，也朝著創造新生命形式邁出重要一步。有關研究成果發表在美國《國家科學院學報》上。

2014年，羅梅斯伯格等宣布，他們制造出兩個相配對的人工堿基X與Y，并將這個新的堿基對成功插入大腸桿菌的DNA中，制造出第一個半合成有機體。人工堿基研究被美國《科學》雜志評為2014年十大科學突破之一。但所制造的半合成有機體生長緩慢，而且非自然堿基X與Y無法永久性傳遞下去，會隨著細胞的分裂很快消失。

在新的研究中，羅梅斯伯格等進行了三大改進。首先，優化了所使用的核苷酸轉運工具，加快了大腸桿菌的生長速度，并在分裂時容易保留堿基X與Y；第二，人工堿基Y獲得優化，更容易在DNA復制過程中被合成DNA分子的酶識別，從而讓細胞更容易復制人工堿基對；第三，研究人員利用最新基因編輯工具CRISPR/Cas9開發了一個查錯工具，它會把不含X與Y堿基對的基因序列視為外來入侵者，這樣不含X與Y堿基的細胞將被銷毀。

實驗結果顯示，優化后的半合成有機體細胞分裂60次后依然保持有X與Y堿基。羅梅斯伯格據此認為：改進措施讓半合成有機體細胞在分裂過程中能無限保留兩個人工堿基：這項工作使用的是單細胞生物，而不是更復雜的有機體：所制造的半合成有機體目前尚無實際應用，只能用來存儲基因信息，但將來可用于幫助創造單細胞有機體的新功能，從而在新藥研發等方面發揮重要作用。

[干細胞技術]

我國揭示RNA結合蛋白DDX5在體細胞重編程中的關鍵作用

據科學網2017年1月20日報道，中科院廣州生物醫藥與健康院姚紅杰課題組揭示了RNA結合蛋白(RBP)DDX5對體細胞重編程的重要作用和調節機制，加深了對RBP介導細胞命運決定的認識。相關研究成果在《細胞·干細胞》雜志在線發表。

課題組發現，重編程過程中，雖然DDX5的表達逐步上升，但卻發揮著抑制重編程的作用。DDX5功能缺失通過影響微小RNA(microRNA)125b的表達水平，從而上調非經典PRC1復合物里的RING1和YY1結合蛋白(RYBP)的表達水平。DDX5功能缺失和RYBP過表達在重編程早期影響間質細胞向上皮細胞轉變，在重編程晚期影響多能性基因的激活。

研究發現，DDX5功能缺失上調RYBP，從而進一步促進了組蛋白H2A賴氨酸K119位點的泛素化(H2AK119ub1)的水平，并促進H2AK119ub1富集到部分胚層分化特異基因的轉錄起始位點上，進而抑制這類基因的表達。

課題組還發現，RYBP存在于兩個完全不同的復合物中，一部分RYBP與多梳抑制復合物1(PRC1復合物)存在于同一個復合物中，可能發揮抑制部分胚層分化基因的作用；而另一部分RYBP與多能性因子OCT4存在于同一個復合物，發揮基因激活的作用。RYBP在基因組中的結合位點有很大一部分與OCT4的結合位點相重疊，而且RYBP有利于招募OCT4到組蛋白去甲基化酶基因Kdm2b的啟動子區，并激活內源多能性基因的表達從而促進體細胞重編程，此功能是PRC1非依賴性的。

該研究揭示了RBP DDX5在調節體細胞重編程中的重要功能，并凸顯了Ddx5-microRNA-125b-Rybp上下游關系在體細胞重編程中的重要性。該研究首次揭示了RNA結合蛋白在體細胞重編程中的調控作用，同時揭示了RNA結合蛋白與表觀遺傳信息之間的crosstalk在細胞命運轉變中發揮重要作用，為細胞命運轉變的機制研究和技術開發提供了新思路。