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Nature | 10+小麦基因组揭示全球小麦当代育种材料丰富的变异

基因组技术的发展加快了水稻(L.)、玉米(L.)等多种重要农作物的改良进程，与其相比，普通小麦(L.)却面临着诸多挑战。普通小麦作为多倍体，基因组庞大且复杂，序列组装拼接困难，缺乏多小麦品系的基因组组装数据为小麦改良提供参考。小麦10+基因组团队基于飞速发展的基因组测序及组装技术，由加拿大萨斯喀彻温大学、瑞士苏黎世大学Thomas Wicker、德国环境健康研究中心Manuel Spannagl和加拿大农业和农业食品部Curt A. McCartney等合作完成了15个六倍体小麦的基因组拼装，其中10个达到染色体水平参考基因组的质量，另外5个为scaffold水平的基因组，并探讨了全球育种计划中小麦品系的基因组多样性(2020年11月25日在线发表，doi: 10.1038/s41586-020-2961-x)。通过比较分析组装的10+六倍体小麦基因组序列，该研究分析了一些农艺性状相关基因家族在各个基因组中的分布，注释了大量的NLR抗病基因；揭示了这些小麦品系中广泛的结构重排、野生近缘物种基因片段的导入以及复杂的育种历史导致的基因含量差异；开发了单倍型可视化工具，快速锁定了一个抗小麦橙色花蠓虫(Géhin)的基因，该工具为农艺性状基因的筛选定位提供了极大的便利。10+小麦基因组这项工程将为小麦功能基因的发现和育种提供基础，从而促进未来小麦新品种的培育。■推荐人：孔令让

Developmental Cell | 时空各异的转录因子可组合发挥功能

尽管单个转录因子的表达和功能并非高度特异，但是通过多个转录因子的组合可以发挥细胞特异性功能。作为基因表达和命运决定的基本策略，该模式通常假定多个转录因子在同一细胞表达。以线虫()左–右不对称神经元ASEL-ASER命运决定过程为模型，奥地利分子病理研究所Luisa Cochella团队对该模型进行了拓展：一个早期转录因子的效应可通过有丝分裂随细胞谱系传递，并与另一晚期转录因子的功能发生组合，实现特异性基因调控(2020年11月23日发表，doi: 10.1016/j.devcel.2020.09.002)。在胚胎发育早期，转录因子TBX-37/38在ABa谱系的祖细胞瞬时表达并预活化microRNA基因，该预活化状态可随ABa细胞谱系传递多代，后期，转录因子CHE-1“登场”并继承TBX-37/38的“未尽事业”，特异性地在ABa谱系后代细胞ASEL中激活基因表达和细胞命运决定。“君生我未生”，尽管TBX-37/38和CHE-1从未碰面，但它们的功能却可以经过细胞谱系跨越时空叠加。该研究提示，在发育调控过程中，也许我们不应该忽略细胞在其发育历史中所经历的一切。■推荐人：杜茁

Nature Microbiology | 在结核分支杆菌中开发基于转录因子诱导表型的药物适应性体系

为破译结核分枝杆菌()分子应激机制，鉴定特殊环境下其适应性，从而发现药物靶标及增强治疗的新策略，美国华盛顿大学David R. Sherman实验室采用一种新型基于网络遗传筛选法——转录调控因子诱导表型(transcriptional regulator-induced phenotype, TRIP)筛选法，与之前转座子介导基因突变池筛选法有很大不同，其可量化与诱导每一个转录因子相关演化的过程(2020年11月16日在线发表，doi:10.1038/s41564-020-00810-x)。他们用TRIP法鉴定对一线抗结核药物异烟肼(isoniazid, INH)的网络适应性，发现一种特殊调节器，当其被诱导时可增强INH的活性；并发现受抑制调节的(Rv1469)可能是INH的一个效应因子，当突变时，可增强s对INH的敏感性。TRIP筛选方法对网络信息集成化分析，有助于深入了解在特殊生长条件下应急机制中更复杂的分子反应程序，而这一新方法亦可运用于其他生物体中的相关研究。■推荐人：梁海华

Science Advances | 单细胞匹配的人工智能生物学新算法

不依赖标记基因注释的细胞类型匹配算法，能够根据单细胞转录组数据识别单个细胞类型，对于探索复杂组织和器官的异质性具有重要意义，是单细胞数据分析中的重大挑战。已有算法准确性不高、稳定性不足、难以发现新的细胞类型。同济大学生命科学与技术学院刘琦教授团队利用前沿人工智能生物学技术，设计了基于度量学习(metric learning)的单细胞匹配算法scLearn，从海量数据中学习定量的测度和参数，从而准确识别单细胞的类型(2020年10月30日在线发表，doi:10.1126/sciadv.abd0855)。通过比较，scLearn的准确性优于同类算法，模型稳定性大为提高，且能够精准预测新的细胞类型。该研究为后续单细胞数据分析提供了全新的计算工具。■推荐人：薛宇

Nature | 发现TERRA lncRNA被招募到端粒的新机制

端粒介导基因组稳定并与细胞寿命密切相关。TERRA (telomeric-repeat-containing RNA)是染色体末端转录产生的长链非编码RNA (long noncoding RNA, lncRNA)，是端粒酶的RNA组分。然而TERRA RNA被招募到染色体末端的机制尚不清楚。瑞士洛桑联邦理工学院Lingner实验室利用PP7-GFP报告系统，在哺乳动物细胞中发现重复序列UUAGGG对TERRA靶向定位到染色体末端至关重要(2020年10月14日在线发表，doi: 10.1038/s41586-020-2815-6)。作者随后利用siRNA文库筛选与TERRA及端粒相关的蛋白质编码基因，发现敲低RNaseH1可以显著增加TERRA在端粒的招募，暗示TERRA在端粒上反式形成R-loop。进一步研究确定这一现象依赖于DNA同源重组修复蛋白RAD51，其通过促进R-loop的产生而招募TERRA。TERRA可能作为一个支架引导调节端粒R-loop的生成，而端粒R-loop的生成对于端粒稳态十分重要。该研究对于其他lncRNA的细胞核内定位机制也具有重要借鉴意义。■推荐人：单革

Science | 新型冠状病毒重症感染相关遗传因素的新证据

2019年底以来，新型冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2)感染所致的新冠肺炎在全球流行，严重威胁人类的生命健康。然而，个体感染SARS-CoV-2后，会发生显著不同的病程转归，可表现为单纯性感染、轻型肺炎、普通型肺炎、重型肺炎和危重型肺炎。先前发表于《新英格兰医学杂志》的研究表明，个体的重症感染可能与遗传变异有关，但人们对重症新冠肺炎的遗传贡献和相关机制仍然了解较少。近日，美国洛克菲勒大学Jean-Laurent Casanova团队通过对1193例新冠肺炎患者进行基因组检测，发现其中的重症患者携带有害的罕见变异(2020年9月24日在线发表，doi: 10.1126/science.abd4570)。这些突变来自于13个基因座位，相关基因富集于TLR3/IRF7依赖的I型干扰素通路。对这13个基因座位上的全部118个非同义突变进行进一步的功能研究，发现携带这些突变的细胞对SARS-CoV-2易感性更高。该研究表明，参与双链RNA感应的TLR3/IRF7依赖的I型干扰素免疫可能在控制SARS-CoV-2中发挥重要作用，而这些免疫相关基因的遗传缺陷可能是部分个体发展为重症新冠肺炎的原因。■推荐人：周钢桥

Nature | 三万例精子基因组解析人类减数分裂重组变异规律

遗传重组是有性生殖的重要概念，测定重组率、进行单倍型分析也是遗传分析的主要手段。那么每次减数分裂会发生多少次重组，在不同个体的不同染色体上的分布规律又如何？这个老问题需要获得更精确和更细节的解答。美国Broad研究所Steven A. McCarroll和Avery Davis Bell团队对20个健康精子捐献者的31,228个配子基因组进行了平均0.01×的低深度单细胞测序，鉴定出813,122个染色体重组和787个非整倍染色体交换(2020年6月3日发表，doi: 10.1038/s41586-020-2347-0)。结果发现在个体间和细胞间，其重组率和变异率的变化比较大。不同捐献者的每个精子平均重组次数在22.2~28.1之间分布，集中发生在远着丝粒区以及距离适度的近着丝粒区，特别是第一次重组更容易发生在远着丝粒区。染色体重组发生的函数是沿减数分裂联会复合体的物理长度发生，而不是基因组的碱基距离。卵母细胞比精母细胞具有更长的联会复合体，因此也会发生更多的交换重组。不同精母细胞的染色体物理长度反映了它们之前的差异高达两倍，意味着染色体更紧密的精母细胞会有较少交换重组。此外，捐赠者的精子非整倍体发生率差异更大，从1.0%~ 4.6%不等，发生染色体丢失是染色体获得的2.4倍。性染色体的非整倍体发生率最高，并更可能在减数分裂I期发生，常染色体则相反。该研究通过大规模单细胞测序分析揭示了减数分裂染色体的可变物理压缩可能决定了个体间和个体内的变异。这种细胞生物学和人类生物学变异之间的相似性，原则上可用于多种环境下的生物学问题分析。■推荐人：姜雨