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Nature | 基因编辑育种创制抗病高产小麦新种质

白粉病是危害世界粮食安全的重要病害，严重影响小麦等作物的产量及品质，重病田减产高达40%。近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队、中国科学院微生物研究所邱金龙团队和中国科学院遗传与发育生物学研究所肖军团队合作，阐明了小麦新型突变体既抗白粉病又高产的分子机制；并通过多重基因组编辑在主栽小麦品种中对相关遗传等位实现精准操控，快速获得广谱抗白粉病且高产的优异新种质(2022年2月9日在线发表，doi:10.1038/s41586-022-04395-9)。在编辑小麦感病基因进行抗病育种的过程中，该团队发现了一个对白粉病具有广谱持久抗性且高产的新型突变体。经过研究，发现在突变体基因组的位点附近存在约304 kb的大片段删除，染色体三维结构的改变导致上游基因的表达水平上升，进而克服了感病基因突变引起的负面表型，最终实现了抗病和产量的双赢。更重要的是，利用CRISPR多重基因编辑技术，在小麦主栽品种中直接创制相应的基因突变，数月内即成功在科农199、西农511和石4185等多个小麦品种中获得了广谱白粉病抗性，且生长发育和产量均未见不良影响，表明叠加的遗传改变可以克服感病基因突变带来的生长缺陷。该研究为培育抗病高产作物新品种提供了新的策略和技术，也进一步展现了基因组编辑在现代农业生产中巨大的应用潜力。■推荐人：孔令让

Science Immunology | 揭示成孔蛋白GSDMD调控肠道杯状细胞粘液分泌、塑造肠道免疫稳态的新功能

肠道杯状细胞(goblet cell)通过分泌粘液蛋白(mucin)形成粘液层(mucus layer)进而防御肠道病原菌的侵入，在维持肠道免疫稳态中发挥关键作用。然而，杯状细胞中控制粘液蛋白分泌及粘液层形成的关键分子仍不清楚。近日，浙江大学基础医学院王迪课题组报道了一种近年来大家熟知的介导细胞焦亡的成孔蛋白GSDMD在杯状细胞分泌粘蛋白和维持肠道免疫稳态过程中发挥了重要作用(2022年2月4日在线发表，doi: 10.1126/sciimmunol.abk2092)。通过在肠道上皮细胞中特异性敲除GSDMD，研究者们发现，GSDMD敲除后，小鼠在生理情况下就缺失肠道粘液层、增加肠道微生物在上皮屏障的物理性贴附，并且增加对肠道病原菌感染的易感性。有趣的是，肠道上皮细胞中GSDMD对于黏液蛋白分泌的控制与细胞焦亡和炎症反应并不相关。其分子机制在于，杯状细胞中活化的GSDMD通过Ca2+-Scinderin依赖的细胞骨架重塑影响粘液囊泡外排(mucin granule exocytosis)，进而促进粘液层及肠道屏障稳态的形成和维持。该研究揭示了GSDMD在非免疫细胞中存在的独立于焦亡和炎症的重要生理功能。■推荐人：孟卓贤，金露

Cell | 挖掘基因组结构的潜力－预测微生物群落的代谢动力学特征

微生物群落是全球物质循环的重要推动力，其代谢活动是关键的决定因素。尽管所有生命基因组都是长期环境适应的结果，与环境背景密切相关，但从基因组反向预测微生物群落的代谢动态仍极具挑战。近日，美国芝加哥大学Seppe Kuehn团队的研究报道了利用微生物群落中的代谢基因预测该群落的动态行为的方法(2022年1月26日在线发表，doi: 10.1016/ j.cell.2021.12.036)。该项研究以氮循环的反硝化过程(denitrification)为代谢靶标，通过测量微生物群落相关代谢物的变化和宏基因组测序，得出参与反硝化作用的关键基因与它们消耗和产生反硝化代谢物的速率之间存在相对简单的关系。基于此，研究者构建了一个数学模型；针对特定生物过程，该模型能够将微生物群落相关物种的参与基因与这些物种之间的相关作用建立具有生物学意义的联系，从而预测群落在此生物过程中的整体动态变化。研究显示群落基因含量和代谢活动之间的关联复杂性远低于预期，因而设计具有特定用途的微生物群落具有很高的可行性。■推荐人：高海春

Genes & Development | YTHDC2依赖其解旋酶活性，而不是与m6A的结合，调控配子发生

YTHDC2含有m6A结合口袋和RNA解旋酶结构域，被认为在减数分裂启动中起关键作用，但其作用机制并不清楚。美国罗格斯大学Devanshi Jain及合作者，为这一问题提供了解答(2022年1月20日在线发表，doi: 10.1101/gad.349190.121)。他们制备了m6A结合结构域突变小鼠模型，发现纯合突变小鼠的配子发生和生育不受影响。与此一致的是，小鼠睾丸CLIP-seq数据显示，YTHDC2在mRNA上的结合位点主要位于3' UTR和编码序列中富含U和UG的区域，而不是含有m6A的区域。此外，通过对敲除小鼠全睾丸核糖体图谱分析，发现YTHDC2在减数分裂启动阶段缺失并不会显著改变其原本结合的mRNA的翻译，但会影响其丰度。更有趣的是，当把YTHDC2解旋酶结构域突变时，并不影响减数分裂启动，但会干扰减数分裂前期进程，最终导致小鼠不育。这些结果表明：YTHDC2利用与m6A无关的多种机制调控减数分裂启动和前期进程。■推荐人：史庆华

PNAS | 根瘤菌“劫持”植物根系干细胞调控因子促进根瘤器官的形成

根瘤菌与豆科植物共生，从而使豆科植物能通过根瘤菌固定大气中的氮，在无氮/少氮土壤中高效生长。豆科植物根瘤器官形成始于根瘤菌诱导的根系皮层细胞分裂，然而这一关键的细胞分裂过程如何发生目前仍不清楚。在植物根系发育过程中，皮层和内皮层的形成起始于组织干细胞的分裂，该过程由关键转录因子SHR-SCR模块介导。有趣的是，福建农林大学吴双教授团队最近的研究发现，这个植物根系发育的调控模块能被根瘤菌诱导激活，参与皮层细胞分裂，从而形成根瘤结构(2022年1月18日发表，doi: 10.1073/pnas.2108641119)。大豆在进化过程中，通过基因组加倍，获得6个SHR同源基因，它们的功能发生了分化，其中GmSHR4 和GmSHR5能够被根瘤菌激活，在受到侵染的大豆根系皮层细胞高表达，且与大豆根瘤原基分裂紧密相关。通过人为调控这两个GmSHR的表达水平，能够显著影响大豆根系接瘤效率。进一步研究表明，GmSHR4/5通过直接作用细胞分裂素信号，并与GmSCR3/SCR5形成调控模块，进而激活D-型细胞周期蛋白(GmCYCD6;1-6)的表达来促进根瘤原基皮层细胞起始分裂。该研究证明根瘤菌通过“劫持”植物根系干细胞调控因子，促进根系皮层细胞分裂，从而形成根瘤器官。该研究揭示了大豆根瘤原基的形成机制，研究成果为未来创制出高结瘤、高固氮效率的新品种提供理论基础。■推荐人：孔凡江

Developmental Cell | 发现脊髓损伤修复新途径

成年哺乳动物中枢神经系统的轴突不具备再生能力，在脊髓损伤在内的中枢神经系统病变后无法恢复信号传导功能。葡萄牙波尔图大学Mónica M. Sousa实验室新近研究发现，与其他哺乳动物不同，非洲刺毛鼠(Acomys)能够在严重脊髓损伤后自发地快速恢复功能，重新建立后肢协调(2022年1月4日在线发表，doi: 10.1016/j.devcel.2021.12.008)。Acomys在脊髓损伤后形成无疤痕的再生组织，为最初的脊髓损伤修复提供了独特的结构连续性。Acomys在脊髓损伤后有强大的轴突再生能力，包括形成突触和传播电生理信号。转录组分析发现Acomys能够在脊髓损失后重构糖基化生物合成途径，最终在脊髓损伤部位形成有利于再生的细胞外基质蛋白糖基化。该研究发现糖基化开关对脊髓损伤后的轴突再生至关重要，并确定了硫酸角质素生物合成的关键酶b3gnt7是轴突生长的增强剂。这项研究提示开启糖基化合成途径及靶向b3gnt7可能是治疗脊髓损伤的新策略。值得关注的是，近期已有多项研究(doi: 10.1016/j.devcel.2021.09.008, doi: 10.1038/s41536-021- 00186-4, doi: 10.1038/s41536-021-00188-2)报道了非洲刺毛鼠具有非凡的器官再生能力，彰显了其作为再生模式动物的巨大优势。■推荐人：林古法，陈有为