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Nature Genetics | 新一代测序技术助力小麦基因组测序和抗病基因的克隆

小麦是异源六倍体作物，不但基因组庞大、重复序列多，且不同种质间普遍存在大量染色体的结构重组和外源染色体片段的渗入等现象。因此，在小麦中直接进行重要性状基因克隆的难度较大。条锈病(Strip/Yellow rust)是影响小麦生产的重要病害，虽然在小麦及其近缘种基因库中已定位了83个条锈抗病基因，但只有9个被成功克隆。近日，沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学Simon与CenGen有限公司Renée两个 研究组合作，通过HiFi测序技术对南非普通小麦品种Kariega基因组进行了测序和组装，并成功克隆了小麦条锈抗病基因(2022年3月14日发表，doi:10.1038/s41588-022-01022-1)。该研究通过对抗病品种Kariega进行高保真长读长并利用光学图谱和染色体构象捕获等技术，组装并获得了该品种14.66 Gb高质量基因组序列图，并对其约11.7万个高置信基因进行了注释。在重测序的基础上，利用作图群体、EMS诱变、VIGS等方法克隆了2B染色体上的抗病主效。根据已有条锈病抗病基因定位和基因序列信息可知，为已命名的条锈抗病基因。序列分析发现，为典型的NBS-LRR抗病基因，与已克隆的叶锈抗性基因为等位基因。虽然和在蛋白序列上具有97.3%的相似性，但其对小麦锈病的抗性类型则不相同。该研究结果表明，随着测序技术的发展和成本的降低，新一代测序技术的应用可极大提高小麦基因克隆的进程。此外，的克隆表明抗病等位基因关键序列的变异导致了抗病等位基因对病原菌抗性的差异，为今后抗病基因的分子设计和定向创制提供重要参考。■推荐人：张福萍，宿振起

Nature Communications | 肠道微生物在自闭症谱系障碍中调控神经活动的新机制

自闭症谱系障碍(autism spectrum disorder, ASD)是一类由遗传因素和环境因素共同作用导致的神经发育疾病，其患者的核心症状表现为社交障碍以及重复刻板行为。近年来，越来越多的证据表明肠道微生物能够调节神经活动并且影响中枢神经系统相关的行为。但是，肠道微生物及其代谢产物如何调节与ASD相关的神经活动仍然知之甚少。此外，能否通过肠道干预来治疗ASD目前仍然缺乏足够的证据。近日，中国科学院北京生命科学研究院赵方庆团队从解析ASD动物模型在神经系统和肠道的表型入手，在此基础上引入了菌群定植实验和药物干预实验，开展了肠道微生物对ASD中神经活动调控机制的研究(2022年3月3日在线发表，doi:10.1038/ s41467-022-28746-2)。研究首次阐明了氨基酸转运体在肠道微生物调节与ASD相关的神经活动中的作用，发现肠道微生物和肠道氨基酸转运体抑制剂能够纠正ASD相关的行为，提示肠道干预有可能作为ASD临床治疗的有效手段。■推荐人：赵方庆

Molecular Cell | 食物中的必需氨基酸所介导的泛素化能减轻脂肪肝症状

非酒精型脂肪肝是全球性的健康问题，目前还没有批准的有效治疗药物。高蛋白饮食是目前较为有效的缓解方式，但高蛋白饮食缓解非酒精型脂肪肝的作用机制尚不清楚。北京大学朱健实验室建立了非酒精型脂肪肝的果蝇模型，发现了食物中必需氨基酸所介导的泛素化减轻脂肪肝症状的机制(2022年3月3日在线发表，doi: 10.1016/j.molcel. 2022.01.021)。食物中必需氨基酸，尤其是亮氨酸和异亮氨酸，能够激活E3连接酶UBR1。被激活的E3连接酶UBR1进一步结合胞质脂滴结合蛋白Plin2，并促进蛋白Plin2的泛素化和降解，从而缓解脂肪肝的症状。研究人员发现在肥胖和高脂肪饮食引起的患有脂肪肝的小鼠体内表达持续激活的UBR2 (UBR1家族成员)能够显著地减缓脂肪肝的症状，因此该研究揭示激活UBR1家族蛋白是治疗非酒精型脂肪肝的有效方法。■推荐人：王滢，阎言。

Science | 通过博物学驱动的组学分析揭示植物对小叶蝉的化学防御机制

多食性农业害虫小叶蝉(leafhopper)通过与植物接触，激活植物的茉莉酸合成与信号转导，然后探测植物的茉莉酸信号响应水平，特异性地选择防御响应水平更低的植物进行取食。然而，植物对小叶蝉进行防御响应的茉莉酸信号下游组分和代谢物仍不清楚。中国科学院分子植物科学卓越创新中心李大鹏团队和德国马克斯普朗克化学生态所Ian T. Baldwin团队通过博物学驱动的多组学分析鉴定到在植物对小叶蝉的化学防御中发挥直接抗性的新型化合物CPH，并解析了其生物合成途径，成功应用于抗虫作物设计(2022年2月4日在线发表，doi: 10.1126/science.abm2948)。该研究通过自然环境下与温室内的正反向遗传学筛选，结合转录组学与非靶向结构代谢组学的联合分析，鉴定到了植物对小叶蝉产生非寄主抗性的关键化合物并将其命名为CPH，进一步研究发现CPH是由酰基转移酶AT1、多酚氧化酶PPO1/PPO2以及小檗碱桥酶BBL2共同催化合成。利用合成生物学技术在番茄()和蚕豆()中对CPH代谢途径进行重建，成功培育出具有小叶蝉抗性的作物。该研究通过多组学分析鉴定到一个新的化合物CPH并解析了其完整合成途径，并成功应用于抗虫作物设计，为从多组学角度研究植物与食草动物的互作提供了新的范例，并为农业害虫的绿色精准防控提供了可行方案。■推荐人：于绪琛，许操

Cell | EMSY抑制同源重组修复和干扰素反应，促进肺癌免疫逃逸

免疫检查点阻断(immune checkpoint blockade, ICB)作为一种新型免疫疗法已被应用于多种癌症的治疗。其中，非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)具有高肿瘤突变负荷(tumor mutational burden, TMB)特征，可能对ICB治疗敏感；但是，KEAP1 (the Kelch-like ECH-associated protein)发生突变的NSCLC患者通常会对ICB产生抗性，具体分子机制尚不完全清楚。近日，美国纽约大学格罗斯曼医学院的一项研究发现，KEAP1通过靶向EMSY，介导其泛素化降解，进而调节同源重组修复(homologous reco­mbination repair, HRR)过程和抗肿瘤免疫反应(2021年12月27日在线发表，doi: 10.1016/j.cell.2021.12. 005)。该研究发现，缺失的NSCLC中，EMSY稳定表达，导致BRCAness表型(HRR缺陷和对PARP抑制剂敏感)。并且，EMSY可抑制I型干扰素应答和先天免疫信号，促进肿瘤免疫逃逸。进一步研究发现，采用STING激动剂激活肿瘤微环境中的I型干扰素反应可激活先天和获得性免疫信号，抑制突变型肿瘤的生长。总之，该研究提示，单独或联合靶向PARP和STING通路是一种新的治疗突变的NSCLC患者的策略。■推荐人：冯岚，曹鹏博，周钢桥

Nature Microbiology | 环境转化测序(ET-seq)与DNA编辑一体式RNA介导的CRISPR-Cas转座酶(DART)系统相结合是一种编辑微生物群落中特定菌种基因组特定位点的通用新策略

传统微生物遗传研究流程是分离纯化、培养菌种，寻找理想的转化方式，进行遗传操作，例如靶向编辑。这一过程可能历经数年也未必能成功。然而，绝大多数细菌和古细菌仍未能分离培养出来，因此传统的遗传操作方法无法很好地应用于这些生物自身及其与其他生物相互作用研究。近日，美国加州大学 Jillian F. Banfield和Jennifer A. Doudna团队表征并验证了一种编辑微生物群落中特定生物基因组的通用新策略(2021年12月6日在线发表，doi:10.1038/s41564-021-01014-7)。该策略包括环境转化测序(environmental transformation sequencing, ET-seq)和DNA编辑一体式RNA引导的CRISPR-Cas转座酶(DNA-editing all-in-one RNA-guided CRISPR- Cas transposase, DART)系统。ET-seq可在非靶向的转座子传递到微生物群落后，对其插入位点进行基因组做图和量化，用以识别出可跟踪的生物。利用ET-seq鉴定出菌群落中可跟踪的生物后，可用DART系统对其进行靶向DNA插入，在群落环境中实现特定菌种、特定基因组位点的遗传操作。作者在土壤和婴儿肠道微群落中组合使用ET-seq和DART，对几种细菌进行菌种和位点特异性编辑，测量了一种非模式细菌和丰富目标菌种的基因适合度(gene fitness)以及用于分离特定细菌等。这些工具可以把传统微生物遗传研究流程缩短到数周之内，使分离菌株不再是遗传研究的必要条件，同时为原位()遗传学这一新的领域提供了必需的技术。 ■推荐人：张天宇