生物学科技信息

[古生物]

中科院南京地质古生物所发现三叶虫与鲎长得像,但不是亲戚

据2017年5月12日《科技日报》报道，中科院南京地质古生物所(以下简称古生物所)朱茂炎课题组发现，已灭绝的三叶虫和与节肢动物门有颚类的动物亲缘关系更近，而不是传统观点所认为的与三叶虫“长得像”的螯肢类。该成果揭示三叶虫和相关“三叶形虫”的内肢和外肢具有不同的形态分异，这种形态分异的模式与以鲎为代表的螯肢类外肢明显退化的情况迥异。相关成果刊载于英国《地质学》杂志。

最早的三叶虫出现在距今约5.2亿年前的寒武纪早期。作为已经灭绝2.5亿年的节肢动物，三叶虫软体解剖信息缺乏，因此其演化关系长期受到争议。现生的节肢动物主要分为两大类：一类是以蝎子、蜘蛛、鲎等为代表的螯肢类；另一类是由多足类、甲壳类和六足类组成的有颚类。传统的观点认为，三叶虫和螯肢类的演化关系更近，而近年来越来越多的证据开始支持三叶虫和有颚类的关系亲密。

因此，新的三叶虫软体构造，尤其是附肢的解剖信息，成为解密三叶虫演化关系的关键。目前，全球发现的三叶虫超过2万种，但只有6种展示出形态完整的腿肢。研究人员在云南昆明附近发现了世界上第7种腿肢保存完好的三叶虫，也是在中国发现的保存形态完整腿肢的第二种三叶虫。

[植物生理]

中科院上海生科所揭示水稻油菜素甾醇信号调控新机制

据科学网2017年5月19日报道，中科院上海生科院植物生理生态所薛红卫研究组发现，水稻类受体蛋白ELT1通过与油菜素甾醇受体BRI1相互作用并抑制其内吞和降解，影响水稻中油菜素甾醇(BR)的信号，并调控水稻的株高、分蘖、叶倾角等发育过程。相关研究成果刊登于《细胞研究》杂志。

BR是一类重要的植物激素，在植物生长发育中发挥重要作用，它与作物的株型、产量、抗性等重要农艺性状密切相关。BR的信号识别起始于受体BRI1对BR的感知，BR继而通过一系列信号组分实现对下游靶基因表达的调控，从而调控植物生长发育。类受体蛋白激酶BAK1通过磷酸化BRI1激活BR信号，而泛素化介导了BRI1的内吞及降解。对BR作用及调控机制的研究目前利用拟南芥已开展了较多工作，且在单子叶作物水稻中也发现BR信号组分的功能和调控机制，但单双子叶植物是否存在BR信号组分及调控的差异仍有待进一步阐明。

研究组对水稻突变群体中叶倾角异常材料进行了筛选，鉴定了一个叶倾角增大、分蘖增多、株高降低的材料；对该材料进行的遗传分析发现，其表型是由于一个水稻特异的类受体蛋白ELT1的表达增多并增强了BR信号所致；ELT1虽然具有蛋白激酶区域，但其缺乏激酶活性，是一个非典型的类受体蛋白，它直接与BRI1相互作用，通过互作抑制了BRI1的泛素化及其介导的内吞，导致BRI1的积累及增强的BR信号。这些结果揭示了一个新的类受体蛋白并阐明了其调控水稻生长发育的机制，不仅有助于阐释单子叶植物中油菜素甾醇的信号调控机制，也为作物改良提供了重要线索，同时也揭示了非典型类受体蛋白参与调控膜蛋白内吞并介导相关信号的新机制。

[植物学]

中科院西双版纳热带植物园对世界广布性茨藻属水生植物的系统分类学研究取得进展

据科学网2017年5月11日报道，中科院西双版纳热带植物园对世界广布性茨藻属水生植物的系统分类学研究取得进展。相关研究结果发表于国际植物分类学期刊《分类》。

茨藻属(NajasL.)隶属于水鳖科(Hydrocharitaceae)，是一个包含30～40种水生植物的世界广布属，包含茨藻亚属(subgen.Najas)和茎生亚属(subgen.Caulinia)。该分类系统虽已被广泛接受，然而对于茎生亚属内的分组处理却一直存有争议；前期虽有研究依据有超过三分之一的茨藻属物种分布于热带亚洲，提出其起源于热带亚洲，但这个推论需要利用全世界的样本重新给予评估；此外，多倍体现象广泛存在于该类群的植物中，但多倍化与系统发育的相关性还未被探明。

中科院西双版纳热带植物园植物系统发育与保护生物学研究组的日本籍博士后伊藤优(Yu Ito)采用分子系统发育研究方法，尝试利用平衡分类采样来解决以上问题。通过对质体和ITS数据进行分析，发现对茨藻亚属与茎生亚属两个亚属的分类处理得到令人满意的支持，并依据分析结果对茎生亚属提出了新的分组处理。进一步的分析结果否认了茨藻属起源于热带亚洲的推断，认为北美洲是这个类群植物的祖先区域，并提示水鳖科茨藻属和其姊妹类群的最近共同祖先在热带亚洲的扩散分化。此外，基于该研究和相关文献的染色体数目报道，发现多倍化在茨藻属植物的进化过程中的作用相对有限，完全不同于之前报道的茨藻物种内存在较大程度染色体变异的观点。

[动物学]

我国重要海洋渔业生物口虾蛄隐存多样性研究获进展

据科学网2017年5月19日报道，中科院海洋所沙忠利研究组结合线粒体和核DNA分子标记揭示了口虾蛄隐存多样性，探讨了口虾蛄遗传格局形成过程和演化机制。相关研究论文发表于《科学报告》。

由于门类繁多、分布广泛以及生态习性的特殊性，很多海洋生物类群蕴含了丰富的隐存生物多样性。作为我国海洋重要经济动物，口虾蛄(Oratosquilla oratoria)在我国沿海分布广泛，但由于迁移能力较弱，具有较强的遗传分化。基于这一认识，研究组采集了中国沿海、日本海以及日本外太平洋沿岸的共计22个地理群体，分别利用线粒体COI与核基因ITS两种分子标记进行分析。结果表明：口虾蛄存在两个隐存种，且分布存在明显的地理差异(一支主要分布在热带和亚热带地区，包括东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温带地区，主要包括黄渤海和日本海的北部水域)；两个隐存种近期发生过杂交渐渗。海区的历史变动、洋流、不同的栖息环境等因素的相互作用可能是口虾蛄形成当前系统地理格局和产生隐存多样性的原因。该研究结果为我国口虾蛄遗传资源的管理和保护提供了重要的理论依据。

[细胞生物学]

清华大学生命学院获得首个高分辨率人源剪接体结构

据2017年5月13日《光明日报》报道，清华大学生命学院施一公研究组12日于《细胞》杂志在线发表了题为《人源剪接体的原子分辨率结构》的研究长文。这是第一个高分辨率的人源剪接体结构，也是首次在近原子分辨率尺度上观察到酵母以外、来自高等生物的剪接体结构，进一步揭示了剪接体的组装和工作机理，为理解高等生物的RNA(核糖核酸)剪接过程提供了重要基础。

RNA剪接是所有真核生物特有的过程，是真核生物“中心法则”的关键步骤之一，也被认为是真核生物复杂性的重要分子基础。据统计，三分之一以上的遗传性疾病与RNA剪接异常有关。

[干细胞技术]

生殖干细胞命运调控研究取得进展

据科学网2017年5月12日报道，中科院动物所陈大华和孙钦秒研究组发现，Bam(bag of marbles)蛋白是一种泛素结合蛋白，并与去泛素化酶Otu形成功能性的复合物，调节细胞周期蛋白Cyclin A的泛素化水平，从而影响Cyclin A的蛋白稳定性。该研究在线发表于《美国科学院学报》。

生殖细胞是生物体内唯一能够将遗传信息传递给下一代的细胞类型。生殖细胞发育调控的研究一直是发育生物学核心方向之一。生殖干细胞不对称分裂(自我更新和分化)导致的细胞命运决择是生殖细胞发育及其谱系稳态维持的关键环节。果蝇卵巢生殖干细胞为生殖干细胞命运决定的在体(invivo)机制研究提供了一个理想的模型。果蝇生殖干细胞不对称分裂受到一系列内源和外源因子的调控。其中，果蝇著名的bam基因所编码的Bam蛋白是生殖干细胞不对称分裂过程中分化命运决定的关键因子。过去30年来，有关bam基因的遗传、进化及其调控特征在领域内已被广泛研究，但其产物Bam蛋白的生化特性一直是个谜。

美制造出具有造血干细胞功能的细胞对细胞疗法和白血病治疗有重要意义

据2017年5月18日《科技日报》报道，美国科学家的两项研究同时成功将人体多能干细胞和小鼠内皮细胞转化为具有造血干细胞功能的细胞：美国波士顿儿童医院和丹娜法伯癌症研究院研究团队，首先使用化学信号将人体多能干细胞转化为生血内皮细胞，然后通过改变7个关键转录因子的水平，诱导它们成为了造血干细胞样细胞；美国康奈尔威尔医学院的沙欣·拉非研究组则使用成年小鼠内皮细胞作为初始材料，然后改变关键转录因子的水平，使它们转化成具有小鼠造血干细胞特性的细胞。在此基础上，两个团队均利用环境信号使造血干细胞成熟。达利团队将人体细胞移植进成年小鼠的骨髓中，拉非团队则让小鼠细胞在胚胎内皮细胞层上生长。所得的细胞具有造血干细胞的所有特征——它们可以移植至受者体内，产生多种不一样的血细胞系。这两项成果使得在实验室内制造造血干细胞的理想更接近了现实，对细胞疗法、药物筛选和白血病的治疗研究具有重要意义。英国《自然》杂志发表了这两项研究成果。

据介绍，血细胞由造血干细胞产生，造血干细胞在胚胎发育期间出现，产生于血管壁上特化的内皮细胞。造血干细胞具有长期自我更新的能力和分化成各类成熟血细胞的潜能，它几乎也是人类研究历史最长且最为深入的一类成体干细胞。而大部分白血病，都直接或间接与造血干细胞异常相关。

[基因新发现]

研究发现让番茄产量翻倍的基因

据科学网2017年5月22日报道，植物遗传学家已经找到了让番茄产量几乎翻倍的方法。尽管大部分人关注的主要是玉米或番茄的大小和口味，但培育者还关心这些植物如何生长，例如能极大影响果实数量的茎干的分支模式，或者果实收获的难易程度。对于稻米、大麦和小麦，早期农民会让那些开花的茎能更多地分支，以便每棵植物能产出更多谷粒。但是，番茄的分支仍像其野生的祖先——先有花，随后是果实沿着藤末端呈之字形排列。这是因为，育种者在提高其他性状的同时增加了分支，花朵数量增加太多，以至于大多数花朵形成果实前就脱落了。

通过研究番茄植株突变种，研究人员发现了会使其分化过多分支的基因。这些基因及相关基因也与开花和果实成熟有关。其中一个基因十分古老，能追溯到8000多年前美洲印第安人驯化番茄植株时期。该基因能让绿叶“盖”在番茄果实顶部，以便其长得更大。而另一个基因名为Jointless2，是一个20世纪出现的突变体，它能让茎干与果实的连接处更光滑且更牢固。Jointless2也能让农民更易收割果实。通过改变这些基因，研究人员发现能培育出恰好在正确地方分支的圣女果，从而使其产量加倍。相关论文刊登于《细胞》期刊。

[基因组研究]

科学家揭示水稻粒宽与粒重调控新机制

据科学网2017年4月11日报道，近日，中国农科院作物科学所万建民领衔的水稻功能基因组学研究组，揭示了控制水稻粒宽与粒重关键基因GW5通过调节油菜素内酯(brassionsteroids，BR)信号途径调控水稻籽粒发育的新机制，初步阐述了其功能作用模式与遗传调控网络，为水稻高产育种提供了重要的理论依据。研究成果发表在《自然·植物》杂志上。

万建民研究组发现：位于1212-bp缺失区域上游一个编码钙调蛋白的基因能够显著影响水稻粒宽，是GW5/qSW5位点的候选基因(仍命名为GW5)，主要在水稻籽粒发育时期的颖壳中表达；存在于宽粒品种的1212-bp缺失通过调控GW5的表达量进而调控籽粒大小；GW5蛋白定位在细胞质膜上，并可与油菜素内酯信号途径中的一个关键激酶GSK2直接互作，抑制GSK2磷酸化下游两个转录因子BZR1和DLT活性，使非磷酸化状态的BZR1与DLT积累并进入细胞核中，调控BR下游响应基因表达，进而调控水稻粒型等生长发育过程；通过CRISPR技术将GW5基因敲除，可以增加其他不含1,212-bp缺失的水稻品种籽粒的粒宽和粒重，达到增产的效果。上述研究结果揭示了水稻中BR信号途径和籽粒发育调控的一种新机制，并为其他禾谷类作物的增产提供了新的思路。

[基因技术]

美利用转基因技术治愈实验小鼠的I型糖尿病

据2017年5月8日《参考消息》报道，美国得克萨斯大学卫生科学中心圣安东尼奥校区的研究人员通过基因转移技术从根本上治愈了实验小鼠所患的1型糖尿病。

据报道，这种技术以一种病毒为载体，把选定的基因输入胰腺，这些基因随后得到整合并促使消化系统和其他类型的细胞制造胰岛素。除β细胞外，胰腺还有许多其他种类的细胞，研究人员设法改变这些细胞，以使它们分泌胰岛素，但它们只对葡萄糖作出反应，这基本上和β细胞一样。而I型糖尿病患者的机体会排斥β细胞，但是胰腺中其他种类的细胞能和患者的免疫防御系统共存。

研究人员在试验过程中对小鼠的血糖进行精确的控制，这与传统的胰岛素疗法以及某些糖尿病疗法相比是重大进步，因为那些疗法在没有进行严密监测时会让血糖降至过低的水平。研究人员治愈小鼠已有一年时间，其间没有出现任何副作用。但它是小鼠模型，因此必须慎重。研究人员希望今后在内分泌系统生理机能更接近人类的大型动物身上继续进行试验。

基因编辑技术成功遏制小鼠艾滋病病毒

据2017年5月12日《科技日报》报道，美国天普大学胡文辉等利用基因编辑技术，从多靶点高效剔除了一种人源化小鼠多个器官组织中的人类艾滋病病毒，推动基因疗法治疗艾滋病向人体临床试验迈出重要一步。美国《分子治疗》杂志刊登了这一研究成果。

在之前的研究中，胡文辉团队已成功利用基因编辑技术，有效清除了体外培养的人类细胞系、从艾滋病患者体内取出的T免疫细胞以及转基因小鼠体内的艾滋病病毒。在新研究中，胡文辉等首先向小鼠体内移植人体骨髓、肝脏和胸腺组织或细胞，“重编程”出人源化BLT小鼠，使其具有与人类一样的艾滋病病毒感染及其潜伏方式。然后，以腺相关病毒(AAV)作为载体，把有“基因魔剪”之称的CRISPR/Cas9基因编辑工具运送到潜伏感染艾滋病病毒的人源化BLT小鼠体内。2到4周后的检测后发现，小鼠多个器官内的艾滋病病毒基因组被有效切除。

胡文辉团队这次用多靶点基因编辑取代单靶点，以遏制病毒逃逸。他们针对艾滋病病毒转录区和结构区设计了4个向导RNA(核糖核酸)，引导Cas9酶到预定位置实现多靶点切除，显著增加了艾滋病病毒的剔除效率。运用“基因魔剪”剔除艾滋病病毒还有一大优点：不影响靶细胞的存活和功能，即“只杀病毒不杀细胞”。然而，目前基因编辑疗法虽然不能100%清除动物体内的艾滋病病毒，但能够显著降低潜伏的病毒数量，因此它与抗逆转录病毒药物组合，将不失为一种有希望的艾滋病治疗策略。

[医疗卫生]

中国科学技术大学生科院揭示肿瘤代谢基因调控的新机制

据2017年5月13日《科技日报》报道，中国科技大学生科院高平课题组和张华凤课题组的合作研究发现，组蛋白甲基化转移酶复合物中的一个共调控因子Menin在c-Myc介导的基因调控、肿瘤代谢和肿瘤发生发展过程中发挥重要作用，Menin实际是通过增强c-Myc的转录活性来影响体内外肿瘤细胞的代谢及增殖的。这项研究不仅确定Menin是c-Myc转录活性的促进因子，还揭示了Menin行使癌基因功能的全新机制，有重要的理论意义和潜在的临床应用前景。相关研究成果发表于《自然·通信》杂志。

众所周知，肿瘤通过对自身细胞代谢的重编程而获得增殖优势。因此，探索肿瘤代谢异常的机制已成为肿瘤研究的焦点。c-Myc是一个重要的癌基因，它的异常表达会导致30%～50%的人类恶性肿瘤发生。课题组前期的研究发现，c-Myc能够调控谷氨酰胺代谢、丝氨酸代谢和糖代谢等多种细胞代谢途径。然而，目前人们对于c-Myc如何调控代谢基因表达的分子机制仍然不甚清楚。