生物學科技信息

[古生物]

中科院南京地質古生物所發現三葉蟲與鱟長得像,但不是親戚

據2017年5月12日《科技日報》報道，中科院南京地質古生物所(以下簡稱古生物所)朱茂炎課題組發現，已滅絕的三葉蟲和與節肢動物門有顎類的動物親緣關系更近，而不是傳統觀點所認為的與三葉蟲“長得像”的螯肢類。該成果揭示三葉蟲和相關“三葉形蟲”的內肢和外肢具有不同的形態分異，這種形態分異的模式與以鱟為代表的螯肢類外肢明顯退化的情況迥異。相關成果刊載于英國《地質學》雜志。

最早的三葉蟲出現在距今約5.2億年前的寒武紀早期。作為已經滅絕2.5億年的節肢動物，三葉蟲軟體解剖信息缺乏，因此其演化關系長期受到爭議。現生的節肢動物主要分為兩大類：一類是以蝎子、蜘蛛、鱟等為代表的螯肢類；另一類是由多足類、甲殼類和六足類組成的有顎類。傳統的觀點認為，三葉蟲和螯肢類的演化關系更近，而近年來越來越多的證據開始支持三葉蟲和有顎類的關系親密。

因此，新的三葉蟲軟體構造，尤其是附肢的解剖信息，成為解密三葉蟲演化關系的關鍵。目前，全球發現的三葉蟲超過2萬種，但只有6種展示出形態完整的腿肢。研究人員在云南昆明附近發現了世界上第7種腿肢保存完好的三葉蟲，也是在中國發現的保存形態完整腿肢的第二種三葉蟲。

[植物生理]

中科院上海生科所揭示水稻油菜素甾醇信號調控新機制

據科學網2017年5月19日報道，中科院上海生科院植物生理生態所薛紅衛研究組發現，水稻類受體蛋白ELT1通過與油菜素甾醇受體BRI1相互作用并抑制其內吞和降解，影響水稻中油菜素甾醇(BR)的信號，并調控水稻的株高、分蘗、葉傾角等發育過程。相關研究成果刊登于《細胞研究》雜志。

BR是一類重要的植物激素，在植物生長發育中發揮重要作用，它與作物的株型、產量、抗性等重要農藝性狀密切相關。BR的信號識別起始于受體BRI1對BR的感知，BR繼而通過一系列信號組分實現對下游靶基因表達的調控，從而調控植物生長發育。類受體蛋白激酶BAK1通過磷酸化BRI1激活BR信號，而泛素化介導了BRI1的內吞及降解。對BR作用及調控機制的研究目前利用擬南芥已開展了較多工作，且在單子葉作物水稻中也發現BR信號組分的功能和調控機制，但單雙子葉植物是否存在BR信號組分及調控的差異仍有待進一步闡明。

研究組對水稻突變群體中葉傾角異常材料進行了篩選，鑒定了一個葉傾角增大、分蘗增多、株高降低的材料；對該材料進行的遺傳分析發現，其表型是由于一個水稻特異的類受體蛋白ELT1的表達增多并增強了BR信號所致；ELT1雖然具有蛋白激酶區域，但其缺乏激酶活性，是一個非典型的類受體蛋白，它直接與BRI1相互作用，通過互作抑制了BRI1的泛素化及其介導的內吞，導致BRI1的積累及增強的BR信號。這些結果揭示了一個新的類受體蛋白并闡明了其調控水稻生長發育的機制，不僅有助于闡釋單子葉植物中油菜素甾醇的信號調控機制，也為作物改良提供了重要線索，同時也揭示了非典型類受體蛋白參與調控膜蛋白內吞并介導相關信號的新機制。

[植物學]

中科院西雙版納熱帶植物園對世界廣布性茨藻屬水生植物的系統分類學研究取得進展

據科學網2017年5月11日報道，中科院西雙版納熱帶植物園對世界廣布性茨藻屬水生植物的系統分類學研究取得進展。相關研究結果發表于國際植物分類學期刊《分類》。

茨藻屬(NajasL.)隸屬于水鱉科(Hydrocharitaceae)，是一個包含30～40種水生植物的世界廣布屬，包含茨藻亞屬(subgen.Najas)和莖生亞屬(subgen.Caulinia)。該分類系統雖已被廣泛接受，然而對于莖生亞屬內的分組處理卻一直存有爭議；前期雖有研究依據有超過三分之一的茨藻屬物種分布于熱帶亞洲，提出其起源于熱帶亞洲，但這個推論需要利用全世界的樣本重新給予評估；此外，多倍體現象廣泛存在于該類群的植物中，但多倍化與系統發育的相關性還未被探明。

中科院西雙版納熱帶植物園植物系統發育與保護生物學研究組的日本籍博士后伊藤優(Yu Ito)采用分子系統發育研究方法，嘗試利用平衡分類采樣來解決以上問題。通過對質體和ITS數據進行分析，發現對茨藻亞屬與莖生亞屬兩個亞屬的分類處理得到令人滿意的支持，并依據分析結果對莖生亞屬提出了新的分組處理。進一步的分析結果否認了茨藻屬起源于熱帶亞洲的推斷，認為北美洲是這個類群植物的祖先區域，并提示水鱉科茨藻屬和其姊妹類群的最近共同祖先在熱帶亞洲的擴散分化。此外，基于該研究和相關文獻的染色體數目報道，發現多倍化在茨藻屬植物的進化過程中的作用相對有限，完全不同于之前報道的茨藻物種內存在較大程度染色體變異的觀點。

[動物學]

我國重要海洋漁業生物口蝦蛄隱存多樣性研究獲進展

據科學網2017年5月19日報道，中科院海洋所沙忠利研究組結合線粒體和核DNA分子標記揭示了口蝦蛄隱存多樣性，探討了口蝦蛄遺傳格局形成過程和演化機制。相關研究論文發表于《科學報告》。

由于門類繁多、分布廣泛以及生態習性的特殊性，很多海洋生物類群蘊含了豐富的隱存生物多樣性。作為我國海洋重要經濟動物，口蝦蛄(Oratosquilla oratoria)在我國沿海分布廣泛，但由于遷移能力較弱，具有較強的遺傳分化。基于這一認識，研究組采集了中國沿海、日本海以及日本外太平洋沿岸的共計22個地理群體，分別利用線粒體COI與核基因ITS兩種分子標記進行分析。結果表明：口蝦蛄存在兩個隱存種，且分布存在明顯的地理差異(一支主要分布在熱帶和亞熱帶地區，包括東海和南海及日本外太平洋沿岸的南部水域，而另外一支主要分布在溫帶地區，主要包括黃渤海和日本海的北部水域)；兩個隱存種近期發生過雜交漸滲。海區的歷史變動、洋流、不同的棲息環境等因素的相互作用可能是口蝦蛄形成當前系統地理格局和產生隱存多樣性的原因。該研究結果為我國口蝦蛄遺傳資源的管理和保護提供了重要的理論依據。

[細胞生物學]

清華大學生命學院獲得首個高分辨率人源剪接體結構

據2017年5月13日《光明日報》報道，清華大學生命學院施一公研究組12日于《細胞》雜志在線發表了題為《人源剪接體的原子分辨率結構》的研究長文。這是第一個高分辨率的人源剪接體結構，也是首次在近原子分辨率尺度上觀察到酵母以外、來自高等生物的剪接體結構，進一步揭示了剪接體的組裝和工作機理，為理解高等生物的RNA(核糖核酸)剪接過程提供了重要基礎。

RNA剪接是所有真核生物特有的過程，是真核生物“中心法則”的關鍵步驟之一，也被認為是真核生物復雜性的重要分子基礎。據統計，三分之一以上的遺傳性疾病與RNA剪接異常有關。

[干細胞技術]

生殖干細胞命運調控研究取得進展

據科學網2017年5月12日報道，中科院動物所陳大華和孫欽秒研究組發現，Bam(bag of marbles)蛋白是一種泛素結合蛋白，并與去泛素化酶Otu形成功能性的復合物，調節細胞周期蛋白Cyclin A的泛素化水平，從而影響Cyclin A的蛋白穩定性。該研究在線發表于《美國科學院學報》。

生殖細胞是生物體內唯一能夠將遺傳信息傳遞給下一代的細胞類型。生殖細胞發育調控的研究一直是發育生物學核心方向之一。生殖干細胞不對稱分裂(自我更新和分化)導致的細胞命運決擇是生殖細胞發育及其譜系穩態維持的關鍵環節。果蠅卵巢生殖干細胞為生殖干細胞命運決定的在體(invivo)機制研究提供了一個理想的模型。果蠅生殖干細胞不對稱分裂受到一系列內源和外源因子的調控。其中，果蠅著名的bam基因所編碼的Bam蛋白是生殖干細胞不對稱分裂過程中分化命運決定的關鍵因子。過去30年來，有關bam基因的遺傳、進化及其調控特征在領域內已被廣泛研究，但其產物Bam蛋白的生化特性一直是個謎。

美制造出具有造血干細胞功能的細胞對細胞療法和白血病治療有重要意義

據2017年5月18日《科技日報》報道，美國科學家的兩項研究同時成功將人體多能干細胞和小鼠內皮細胞轉化為具有造血干細胞功能的細胞：美國波士頓兒童醫院和丹娜法伯癌癥研究院研究團隊，首先使用化學信號將人體多能干細胞轉化為生血內皮細胞，然后通過改變7個關鍵轉錄因子的水平，誘導它們成為了造血干細胞樣細胞；美國康奈爾威爾醫學院的沙欣·拉非研究組則使用成年小鼠內皮細胞作為初始材料，然后改變關鍵轉錄因子的水平，使它們轉化成具有小鼠造血干細胞特性的細胞。在此基礎上，兩個團隊均利用環境信號使造血干細胞成熟。達利團隊將人體細胞移植進成年小鼠的骨髓中，拉非團隊則讓小鼠細胞在胚胎內皮細胞層上生長。所得的細胞具有造血干細胞的所有特征——它們可以移植至受者體內，產生多種不一樣的血細胞系。這兩項成果使得在實驗室內制造造血干細胞的理想更接近了現實，對細胞療法、藥物篩選和白血病的治療研究具有重要意義。英國《自然》雜志發表了這兩項研究成果。

據介紹，血細胞由造血干細胞產生，造血干細胞在胚胎發育期間出現，產生于血管壁上特化的內皮細胞。造血干細胞具有長期自我更新的能力和分化成各類成熟血細胞的潛能，它幾乎也是人類研究歷史最長且最為深入的一類成體干細胞。而大部分白血病，都直接或間接與造血干細胞異常相關。

[基因新發現]

研究發現讓番茄產量翻倍的基因

據科學網2017年5月22日報道，植物遺傳學家已經找到了讓番茄產量幾乎翻倍的方法。盡管大部分人關注的主要是玉米或番茄的大小和口味，但培育者還關心這些植物如何生長，例如能極大影響果實數量的莖干的分支模式，或者果實收獲的難易程度。對于稻米、大麥和小麥，早期農民會讓那些開花的莖能更多地分支，以便每棵植物能產出更多谷粒。但是，番茄的分支仍像其野生的祖先——先有花，隨后是果實沿著藤末端呈之字形排列。這是因為，育種者在提高其他性狀的同時增加了分支，花朵數量增加太多，以至于大多數花朵形成果實前就脫落了。

通過研究番茄植株突變種，研究人員發現了會使其分化過多分支的基因。這些基因及相關基因也與開花和果實成熟有關。其中一個基因十分古老，能追溯到8000多年前美洲印第安人馴化番茄植株時期。該基因能讓綠葉“蓋”在番茄果實頂部，以便其長得更大。而另一個基因名為Jointless2，是一個20世紀出現的突變體，它能讓莖干與果實的連接處更光滑且更牢固。Jointless2也能讓農民更易收割果實。通過改變這些基因，研究人員發現能培育出恰好在正確地方分支的圣女果，從而使其產量加倍。相關論文刊登于《細胞》期刊。

[基因組研究]

科學家揭示水稻粒寬與粒重調控新機制

據科學網2017年4月11日報道，近日，中國農科院作物科學所萬建民領銜的水稻功能基因組學研究組，揭示了控制水稻粒寬與粒重關鍵基因GW5通過調節油菜素內酯(brassionsteroids，BR)信號途徑調控水稻籽粒發育的新機制，初步闡述了其功能作用模式與遺傳調控網絡，為水稻高產育種提供了重要的理論依據。研究成果發表在《自然·植物》雜志上。

萬建民研究組發現：位于1212-bp缺失區域上游一個編碼鈣調蛋白的基因能夠顯著影響水稻粒寬，是GW5/qSW5位點的候選基因(仍命名為GW5)，主要在水稻籽粒發育時期的穎殼中表達；存在于寬粒品種的1212-bp缺失通過調控GW5的表達量進而調控籽粒大小；GW5蛋白定位在細胞質膜上，并可與油菜素內酯信號途徑中的一個關鍵激酶GSK2直接互作，抑制GSK2磷酸化下游兩個轉錄因子BZR1和DLT活性，使非磷酸化狀態的BZR1與DLT積累并進入細胞核中，調控BR下游響應基因表達，進而調控水稻粒型等生長發育過程；通過CRISPR技術將GW5基因敲除，可以增加其他不含1,212-bp缺失的水稻品種籽粒的粒寬和粒重，達到增產的效果。上述研究結果揭示了水稻中BR信號途徑和籽粒發育調控的一種新機制，并為其他禾谷類作物的增產提供了新的思路。

[基因技術]

美利用轉基因技術治愈實驗小鼠的I型糖尿病

據2017年5月8日《參考消息》報道，美國得克薩斯大學衛生科學中心圣安東尼奧校區的研究人員通過基因轉移技術從根本上治愈了實驗小鼠所患的1型糖尿病。

據報道，這種技術以一種病毒為載體，把選定的基因輸入胰腺，這些基因隨后得到整合并促使消化系統和其他類型的細胞制造胰島素。除β細胞外，胰腺還有許多其他種類的細胞，研究人員設法改變這些細胞，以使它們分泌胰島素，但它們只對葡萄糖作出反應，這基本上和β細胞一樣。而I型糖尿病患者的機體會排斥β細胞，但是胰腺中其他種類的細胞能和患者的免疫防御系統共存。

研究人員在試驗過程中對小鼠的血糖進行精確的控制，這與傳統的胰島素療法以及某些糖尿病療法相比是重大進步，因為那些療法在沒有進行嚴密監測時會讓血糖降至過低的水平。研究人員治愈小鼠已有一年時間，其間沒有出現任何副作用。但它是小鼠模型，因此必須慎重。研究人員希望今后在內分泌系統生理機能更接近人類的大型動物身上繼續進行試驗。

基因編輯技術成功遏制小鼠艾滋病病毒

據2017年5月12日《科技日報》報道，美國天普大學胡文輝等利用基因編輯技術，從多靶點高效剔除了一種人源化小鼠多個器官組織中的人類艾滋病病毒，推動基因療法治療艾滋病向人體臨床試驗邁出重要一步。美國《分子治療》雜志刊登了這一研究成果。

在之前的研究中，胡文輝團隊已成功利用基因編輯技術，有效清除了體外培養的人類細胞系、從艾滋病患者體內取出的T免疫細胞以及轉基因小鼠體內的艾滋病病毒。在新研究中，胡文輝等首先向小鼠體內移植人體骨髓、肝臟和胸腺組織或細胞，“重編程”出人源化BLT小鼠，使其具有與人類一樣的艾滋病病毒感染及其潛伏方式。然后，以腺相關病毒(AAV)作為載體，把有“基因魔剪”之稱的CRISPR/Cas9基因編輯工具運送到潛伏感染艾滋病病毒的人源化BLT小鼠體內。2到4周后的檢測后發現，小鼠多個器官內的艾滋病病毒基因組被有效切除。

胡文輝團隊這次用多靶點基因編輯取代單靶點，以遏制病毒逃逸。他們針對艾滋病病毒轉錄區和結構區設計了4個向導RNA(核糖核酸)，引導Cas9酶到預定位置實現多靶點切除，顯著增加了艾滋病病毒的剔除效率。運用“基因魔剪”剔除艾滋病病毒還有一大優點：不影響靶細胞的存活和功能，即“只殺病毒不殺細胞”。然而，目前基因編輯療法雖然不能100%清除動物體內的艾滋病病毒，但能夠顯著降低潛伏的病毒數量，因此它與抗逆轉錄病毒藥物組合，將不失為一種有希望的艾滋病治療策略。

[醫療衛生]

中國科學技術大學生科院揭示腫瘤代謝基因調控的新機制

據2017年5月13日《科技日報》報道，中國科技大學生科院高平課題組和張華鳳課題組的合作研究發現，組蛋白甲基化轉移酶復合物中的一個共調控因子Menin在c-Myc介導的基因調控、腫瘤代謝和腫瘤發生發展過程中發揮重要作用，Menin實際是通過增強c-Myc的轉錄活性來影響體內外腫瘤細胞的代謝及增殖的。這項研究不僅確定Menin是c-Myc轉錄活性的促進因子，還揭示了Menin行使癌基因功能的全新機制，有重要的理論意義和潛在的臨床應用前景。相關研究成果發表于《自然·通信》雜志。

眾所周知，腫瘤通過對自身細胞代謝的重編程而獲得增殖優勢。因此，探索腫瘤代謝異常的機制已成為腫瘤研究的焦點。c-Myc是一個重要的癌基因，它的異常表達會導致30%～50%的人類惡性腫瘤發生。課題組前期的研究發現，c-Myc能夠調控谷氨酰胺代謝、絲氨酸代謝和糖代謝等多種細胞代謝途徑。然而，目前人們對于c-Myc如何調控代謝基因表達的分子機制仍然不甚清楚。