生物学科技信息

[古生物]

合肥工业大学发现远古胎生爬行动物

据2017年2月16日《中国科学报》报道，合肥工业大学刘俊课题组的一项新研究描述了一具怀孕的爬行动物的化石，该化石距今约有2.45亿年历史。这一发现表明这种与恐龙、鸟类和鳄鱼同属一组的主龙形下纲爬行动物会产下活幼崽，而非产卵。此前从未发现过胎生的主龙形下纲动物。新发现的化石来自一具新恐头龙，是一种在中国发现的长颈水生爬行动物。一具高度发育的胚胎被保存在成年恐头龙的腹部，为胎生提供了证据。相关成果在线发表于《自然·通讯》杂志。

中外科学家合作发现原始后口动物

据2017年2月5日《光明日报》报道，西北大学地质学系韩健等日前在陕西南部宽川铺生物群中微型动物化石的研究中，发现了最古老的原始后口动物——冠状皱囊动物。这种成体仅1 mm的微型动物，被认为代表着显生宙最早期的微型人类远祖至亲。这一发现，将对人类早期祖先的认知，由距今5.2亿年前推至5.35亿年前，其体积则也由“厘米级”推至“毫米级”。相关研究成果在《自然》杂志以封面亮点文章的形式在线发表。

多年来，韩健研究小组运用酸蚀法、显微电镜以及显微CT等技术对距今5.35亿年的陕南宽川铺生物群中微型动物化石进行深入研究。所发现的这一冠状皱囊动物呈椭球形，成体大小约1 mm左右，腹面具有可伸缩的环状口部，表面有4对体锥，却无尾部和肛门。最重要的是，它出现了被认为是鳃裂构造雏形的成对排水鳃孔。所有特征显示，这种最古老、最原始的后口动物，很可能就是科学界期盼已久的后口动物亚界的一个根，对深入探讨两侧对称动物的躯体构型起源具有重大意义。

中英合作发现种类最多古海绵动物群展现史前物种大灭绝后的海底生物世界

据2017年2月11日《光明日报》报道，从2012年起，由中科院南京地质古生物所和英国古生物学者组成的科研团队，在我国浙江省安吉县赋石水库边发现了距今4亿多年的安吉动物群，包括5000块海绵动物化石，超过75个种类，大部分是新物种。该动物群是迄今发现的蕴含海绵动物种类最多的动物化石群。这一的发现为人类重新展现了史前物种大灭绝之后的海底世界。

在距今4.45亿年前的奥陶纪末期，发生了显生宙以来的第一次大规模生物灭绝事件。当时陆地生物尚未进化成型，而85%的海洋生物在短时间内灭绝，整个海洋生态系统遭受重创。根据过往研究，该次事件后，海洋生物一片凋零。但由于记录残缺不全，人们很难重建当时的生物世界是什么模样。而这次发现为人类认知奥陶纪末期大灭绝后的生物世界打开了新窗口：实际上，在灾难之后，海洋深处仍有丰富的、多门类的、多种生态的生物繁衍生息，甚至还生机蓬勃。此项成果已发表在《当代生物学》杂志上。

[生物保护]

意英合作研究发现气候变化影响700多种濒危物种

据2017年2月17日《科技日报》援引报道，意英联合研究表明，目前有超过700种濒危的哺乳动物和鸟类受到气候变化的负面影响，其中人类的“近亲”——灵长类动物是受影响最严重的物种之一，因为其热带栖息地的气候数千年来一直很稳定。研究成果发表于《自然·气候变化》杂志。

研究人员认为，灵长类动物和有袋目哺乳动物中，受气候变暖影响的数量最多。仅两组哺乳动物、啮齿动物和食虫动物可能会从气候变化中受益，一方面由于它们的繁殖率高而快；另一方面也因为它们并不囿于某个特定的栖息地，而且常常生活在地洞中，而地洞为它们提供了一种对天气变化几乎“免疫”的环境。

研究人员开发出一款模型，将动物的体重和其他属性同气候中的变化因素，如温度变化进行比较。论文作者指出，根据他们的模型，位列国际自然保护联盟濒危物种红色名录中的动物，有47%的陆生哺乳动物(873种中的410种)和23.4%的鸟类(1272种中的298种)，受气候变化影响远超此前预期。

[组织工程]

科学家首次培育出人猪嵌合体胚胎

据科学网2017年1月30日报道，一个国际科研小组26日在美国《细胞》杂志上宣布，他们把人类干细胞注入猪胚胎中，首次成功培育出人猪嵌合体胚胎，并在猪体内发育了3到4周时间。科学家认为，这项工作有助于在动物体内培育出可供移植的人类器官，从而解决移植器官来源严重不足的难题。

培育嵌合体胚胎分为两个阶段。首先，利用有“基因剪刀”之称的CRISPR技术，删除猪胚胎内形成器官的关键基因，创造遗传“空位”；其次，把人类诱导多能干细胞注入猪胚胎内。诱导多能干细胞从人类体细胞中直接获得，具有与胚胎干细胞一样分化为各类细胞的能力。囊胚是动物胚胎发育的一个早期阶段，是一个中空的细胞球。吴军介绍说，他们使用3种不同状态的诱导多能干细胞分别植入1500多个猪囊胚。在植入猪体内后，这些囊胚经过21 d到28 d发育，有186个依然存活，其中不同状态的诱导多能干细胞在猪胚胎中形成“不等程度的嵌合”，但其总体嵌合率比例较低，每10万个猪细胞中可能只有不到1个人类细胞”。人类细胞比例低是一个好消息，因为人们对人猪嵌合体的一大担忧是它可能会太像人，包括人类细胞对猪的大脑发育产生影响。在新研究中，人类细胞发育成了肌肉细胞和其他组织器官的前体细胞，而不是脑细胞的前体细胞。

美异种器官再造移植让大鼠体内长出小鼠胰岛

据2017年1月26日《科技日报》报道，英国《自然》杂志24日在线发表了一项再生医学领域的重大进展：在大鼠体内生长、然后被移植回糖尿病小鼠体内的小鼠胰岛能长时间正常发挥功能。这项研究在应用前还需面对伦理与法律的挑战。

据悉，美国斯坦福大学医学院中内启光团队，将小鼠多能干细胞注入无法长出胰腺的大鼠胚胎，在干细胞发育为胰岛细胞后将它们分离出来，移植到糖尿病小鼠体内。研究团队在超过一年的时间中，成功将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，小鼠并不需要长期的免疫抑制。

美国哈佛大学研究人员周乔(音译)表示，在患者丧失胰岛素分泌细胞、药物无法控制Ⅰ型糖尿病病情的情况下，胰岛移植能为患者带来希望。然而，包括糖尿病患者在内，成千上万等待器官移植的患者都面临着难以找到合适的捐赠器官的问题。多能干细胞具有生产出无限量替代细胞和组织的潜力，但要在人类中应用，上述方法必须经过修正。

[植物生理]

中国农科院植保所揭示水稻程序性细胞死亡新机制

据科学网2017年1月17日报道，中国农业科学院植保所王国梁团队，通过图位克隆方法鉴定到一个负调控水稻程序性细胞死亡的死亡抵抗蛋白(DRP)，揭示了该蛋白通过调控水稻细胞色素C从线粒体的释放而控制细胞程序性死亡发生的机制。相关成果在线发表在《科学公共图书馆·病原学》上。

植物的假病斑突变是在没有外来病原物侵染情况下细胞自发形成的程序性细胞死亡，这种遗传学上的突变会带来抗性相关基因的诱导表达和植物对病虫害的抗性增强。假病斑发生与形成机制的深入研究对了解植物程序性细胞死亡分子机制、植物抗性机理与信号传导都具有重要的意义，同时可为选育植物抗性新材料提供分子依据与遗传材料。

研究团队对在水稻组织培养过程中得到的一个水稻假病斑突变体dj-lm进行了遗传、生化和细胞生物学分析。该突变体从苗期到水稻成熟全生育期均呈假病斑表型，植株的抗病性增强，并伴有明显的活性氧簇产生。利用图位克隆方法成功克隆了控制该假病斑表型的基因OsDRP1E，发现OsDRP1E的E409V点突变导致细胞死亡。进一步的功能分析表明，OsDRP1E的E409V突变会影响其鸟苷三磷酸酶活性、线粒体的定位和细胞色素C的释放。

[微生物]

南京农业大学发现作物疫病发生新机制

据2017年1月20日《科技日报》报道，美国《科学》杂志以研究长文形式在线发表南京农业大学王源超团队的一项关于作物疫病发生机制的成果。研究团队观察到，疫霉菌攻击宿主时会使出一招瞒天过海的“诱饵模式”(DECOY)：疫霉菌在侵染植物早期，向胞外分泌糖基水解酶XEG1攻击植物细胞壁，而植物则利用水解酶抑制子GIP1抑制其活性；在进化的过程中，病原菌又获得了XEG1的失活突变体XLP1，以诱饵“DECOY”的方式，竞争性干扰抑制子GIP1，与XEG1协同攻击植物的抗病性。在稍早的研究中，研究团队还发现植物能够利用细胞膜上的受体识别XEG1，启动基础水平的抗性，但是病原菌又可以分泌效应子到寄主细胞内干扰其抗性。目前，已经发现的疫病菌有160多种，能侵染数千种植物，是全球粮食、食品和生态安全的重要威胁。这些新发现为开发能诱导植物广谱抗病性的生物农药提供了重要的理论基础。

[细胞生物学]

清华大学揭示真核生物电压门控钠离子通道的近原子分辨率三维结构

据2017年2月11日《光明日报》报道，清华大学医学院颜宁研究组在《科学》在线发表了《真核生物电压门控钠离子通道的近原子分辨率三维结构》的研究长文，在世界上首次报道了真核生物电压门控钠离子通道(“钠通道”)的近原子分辨率的冷冻电镜结构，为理解其作用机制和癫痫、心律失常等相关疾病致病机理奠定了基础。

颜宁研究组放弃了对于大分子量蛋白的追求，而利用序列分析选取长度最短的真核钠离子通道，成功利用重组技术获得了表达量较高、性质稳定均一的美洲蟑螂的钠通道蛋白，并利用单颗粒冷冻电镜的方法，重构出了可以清晰分辨绝大多数侧链的真核生物钠离子通道的三维结构。该结构的解析为理解钠通道的离子选择性、电压依赖的激活与失活特性以及配体抑制机理提供了重要的分子基础。该研究成果标志着所有经典的电压门控阳离子通道都有了三维结构模板，而其中由单链折叠而成的真核钙离子和钠离子通道结构都是颜宁实验室率先获得。

[合成生物学]

美造出“稳定”的半合成有机体向创造新生命形式迈出重要步伐

据2017年1月26日《科技日报》报道，美国斯克里普斯所罗梅斯伯格研究小组通过优化人工碱基等途径，制造出了“稳定”的半合成有机体，对未来的生物医疗开发具有重要意义，也朝着创造新生命形式迈出重要一步。有关研究成果发表在美国《国家科学院学报》上。

2014年，罗梅斯伯格等宣布，他们制造出两个相配对的人工碱基X与Y，并将这个新的碱基对成功插入大肠杆菌的DNA中，制造出第一个半合成有机体。人工碱基研究被美国《科学》杂志评为2014年十大科学突破之一。但所制造的半合成有机体生长缓慢，而且非自然碱基X与Y无法永久性传递下去，会随着细胞的分裂很快消失。

在新的研究中，罗梅斯伯格等进行了三大改进。首先，优化了所使用的核苷酸转运工具，加快了大肠杆菌的生长速度，并在分裂时容易保留碱基X与Y；第二，人工碱基Y获得优化，更容易在DNA复制过程中被合成DNA分子的酶识别，从而让细胞更容易复制人工碱基对；第三，研究人员利用最新基因编辑工具CRISPR/Cas9开发了一个查错工具，它会把不含X与Y碱基对的基因序列视为外来入侵者，这样不含X与Y碱基的细胞将被销毁。

实验结果显示，优化后的半合成有机体细胞分裂60次后依然保持有X与Y碱基。罗梅斯伯格据此认为：改进措施让半合成有机体细胞在分裂过程中能无限保留两个人工碱基：这项工作使用的是单细胞生物，而不是更复杂的有机体：所制造的半合成有机体目前尚无实际应用，只能用来存储基因信息，但将来可用于帮助创造单细胞有机体的新功能，从而在新药研发等方面发挥重要作用。

[干细胞技术]

我国揭示RNA结合蛋白DDX5在体细胞重编程中的关键作用

据科学网2017年1月20日报道，中科院广州生物医药与健康院姚红杰课题组揭示了RNA结合蛋白(RBP)DDX5对体细胞重编程的重要作用和调节机制，加深了对RBP介导细胞命运决定的认识。相关研究成果在《细胞·干细胞》杂志在线发表。

课题组发现，重编程过程中，虽然DDX5的表达逐步上升，但却发挥着抑制重编程的作用。DDX5功能缺失通过影响微小RNA(microRNA)125b的表达水平，从而上调非经典PRC1复合物里的RING1和YY1结合蛋白(RYBP)的表达水平。DDX5功能缺失和RYBP过表达在重编程早期影响间质细胞向上皮细胞转变，在重编程晚期影响多能性基因的激活。

研究发现，DDX5功能缺失上调RYBP，从而进一步促进了组蛋白H2A赖氨酸K119位点的泛素化(H2AK119ub1)的水平，并促进H2AK119ub1富集到部分胚层分化特异基因的转录起始位点上，进而抑制这类基因的表达。

课题组还发现，RYBP存在于两个完全不同的复合物中，一部分RYBP与多梳抑制复合物1(PRC1复合物)存在于同一个复合物中，可能发挥抑制部分胚层分化基因的作用；而另一部分RYBP与多能性因子OCT4存在于同一个复合物，发挥基因激活的作用。RYBP在基因组中的结合位点有很大一部分与OCT4的结合位点相重叠，而且RYBP有利于招募OCT4到组蛋白去甲基化酶基因Kdm2b的启动子区，并激活内源多能性基因的表达从而促进体细胞重编程，此功能是PRC1非依赖性的。

该研究揭示了RBP DDX5在调节体细胞重编程中的重要功能，并凸显了Ddx5-microRNA-125b-Rybp上下游关系在体细胞重编程中的重要性。该研究首次揭示了RNA结合蛋白在体细胞重编程中的调控作用，同时揭示了RNA结合蛋白与表观遗传信息之间的crosstalk在细胞命运转变中发挥重要作用，为细胞命运转变的机制研究和技术开发提供了新思路。