科学家发现嗅觉和化学感应进化过程中的意外转折

科学家发现嗅觉和化学感应进化过程中的意外转折 "想象一下，在一个世界里，成熟的桃子对一只苍蝇来说尝起来和闻起来都像辛辣的醋，而对另一只苍蝇来说却像一阵夏日的气息，"这项研究的主要作者、伦敦玛丽皇后大学遗传学、基因组学和基础细胞生物学讲师罗曼-阿圭略博士解释说。"我们的研究表明，这不仅是可能的，而且实际上很常见。"研究小组分析了六个不同果蝇物种的五个关键气味检测组织的基因表达模式。这种综合方法使他们能够比以往任何时候都更深入地研究嗅觉的分子基础。一个令人惊讶的发现是"稳定选择"的普遍存在，这种力量使大多数基因在不同世代的表达水平保持不变。然而，在这片稳定的海洋中，研究人员发现数千个基因的表达发生了重大变化，形成了不同苍蝇物种独特的嗅觉景观。化感组织转录组的进化。图片来源：Gwénaëlle Bontonou 等人/《自然通讯阿圭略博士说："这就像是在一片千篇一律的汪洋大海中发现了隐藏的多样性岛屿。基因表达的这些变化告诉我们新气味、新敏感性的进化，甚至是利用气味导航世界的新方法。"这项研究还揭示了两性之间耐人寻味的差异。在果蝇和许多其他动物中，雌雄常常通过不同的嗅觉镜头来感受世界。研究人员在黑腹果蝇的前肢发现了令人惊讶的过量雄性偏向基因表达，这表明这些前肢在雄性特异性气味检测中起着至关重要的作用。这些发现为了解性别差异如何演变以及它们如何影响动物行为开辟了令人兴奋的新途径。它对感官系统如何进化的一般原理提供了宝贵的见解，为了解包括人类在内的其他动物如何感知其化学环境提供了线索。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

“绿巨人”蜥蜴揭开基因带来进化适应的秘密

“绿巨人”蜥蜴揭开基因带来进化适应的秘密 隆德大学的研究人员正在研究地中海壁蜥的体形、颜色和行为的进化，重点是神经嵴细胞的作用。他们的研究将实地观察与基因分析相结合，找出了导致壁蜥独特性状的基因。这项研究不仅加深了我们对遗传适应机制的理解，还为在其他脊椎动物物种中开展进一步的进化研究奠定了基础。资料来源：哈维尔-阿巴洛斯适应是一种基因变化，可提高在周围环境中的生存能力。它可能会影响颜色、形状和行为。然而，这种基因如何发挥作用的基础一直是个谜。在一项新的研究中，进化生物学家结合实地考察和 DNA 分析，对地中海地区大型、绿色、好斗、性征突出的壁蜥进行了研究。他们发现了一些导致壁蜥拥有绿巨人般外表的基因。"绿巨人"外观背后的所有组织和器官都是由早期胚胎中形成的神经嵴细胞发育而成的。隆德大学进化生物学家娜塔莉-费纳（Nathalie Feiner）说："我们认为，这些细胞是形状、颜色和行为变化的基础，因此，这些特征是共同进化的。"研究小组对一种常见的壁蜥进行了研究，这种壁蜥具有绿黑相间的颜色、惊人的体型和攻击性行为。具有这种外貌的雄性壁蜥出现在几千年前，靠近今天的罗马，并显示出对其他颜色组合的雄性壁蜥的优势。这导致绿巨人蜥蜴遍布整个意大利。绿巨人蜥蜴。图片来源：哈维尔-阿巴洛斯"我们对神经嵴细胞的了解几乎完全来自小鼠等少数模式生物。我们现在正在绘制蜥蜴胚胎中这种细胞的图谱，以了解绿巨人蜥蜴等现象是如何进化的。"在接下来的几年里，费纳和她的团队将开展更多的实地研究，建立繁殖小组，并进行先进的遗传分析，包括使用 CrispR-Cas9 基因编辑技术。所有这一切的目的都是为了确定神经嵴细胞在颜色、形状和行为的交织进化中扮演着什么样的角色。"我们的研究重点是蜥蜴，但我们的发现可能适用于所有具有神经嵴细胞的动物，这将涵盖约 7 万种脊椎动物。"她说："虽然我们的工作为进化如何发挥作用提供了一种可能的解释，但它也是许多新研究领域的开端。"编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

科学家完成阿拉比卡基因组测序 为开发适应气候的咖啡打开大门

科学家完成阿拉比卡基因组测序 为开发适应气候的咖啡打开大门 参考基因组对于开发更能适应气候变化和抗病的品种至关重要。通过对阿拉比卡咖啡的参考基因组进行前所未有的测序，一个科学家联盟得以筛选出可能对咖啡抵抗锈病和其他疾病负有责任的基因（候选基因）。同时，他们还确定了与阿拉比卡咖啡香味有关的一些基因的表达。这项研究可为开发更适应气候变化的品种提供指导。图片来源：Gian Barros"有了基因组知识，我们就有可能获得以下两个方向的信息：通过指导杂交来培育品种，换句话说，为我们今后培育新品种的杂交提供参考；"Douglas Domingues 是巴西圣保罗大学路易斯-德凯罗斯农学院植物基因组学和转录组学小组的研究员，也是这篇论文（他当时还在圣保罗州立大学里奥克拉罗分校工作）的作者之一。据他说，对基因组进行测序是一场竞赛。"测序的价格下降了很多，而咖啡是少数几种还没有进行参考基因组测序的商品之一。其他小组也在尝试，在我们之前就有一篇论文发表了。但他们大多采用的是标准策略：选择一种有趣的植物进行栽培，然后对其基因组进行测序。"Domingues 所在的小组对一种植物进行了测序，这种植物从农艺学的角度来看并不有趣，但从遗传学的角度来看却大有可为。"我们参考基因组的优势在于它来自'二倍体'个体。这项工作的协调人、雀巢食品安全与分析科学研究所基因组学高级专家 Patrick Descombes 解释说。他解释说，阿拉比卡咖啡是一种四倍体：它有两个基因组，因为它是由另外两个物种融合而成的。"与常见的四倍体品种相比，通过对阿拉比卡咖啡的二倍体进行测序，科学家们可以获得更清晰、更简化的基因组视图。这样就能更精确地识别相似基因之间的变异，促进分子信息在改良研究中的应用。在这项研究中，研究小组能够更准确地确定这种融合发生的时间：不超过60万年前，C. canephora和C. eugenioides融合形成这种四倍体杂交种，并继续其进化之路。"我们利用阿拉比卡、罗布斯塔和尤金尼欧亚种的DNA信息得出了这一结论：我们能够做出更准确的推断，因为以前这一区间的年代在5万年到100万年之间。"Domingues报告说："我们将这一时间窗口缩短为 35 万年至 60 万年。"这篇文章最近发表在《自然-遗传学》（Nature Genetics）杂志上，是包括巴西在内的十多个国家的科学家联合攻关的成果，这些科学家与一个以上的机构合作。就多明戈斯而言，他的参与得到了巴西国家科学基金会（FAPESP）的部分资助，该基金会通过青年研究员项目和博士后奖学金授予了苏珊娜-蒂米-伊万本-铃木（Suzana Tiemi Ivamoto-Suzuki），苏珊娜-蒂米-伊万本-铃木也是文章的作者之一。野生与栽培咖啡的基因多样性"我们利用参考序列来了解非洲原产地野生阿拉比卡咖啡的多样性，并将其与当今种植的阿拉比卡咖啡进行比较，"ESALQ-USP 的科学家解释说，研究小组对种植在世界各地的阿拉比卡咖啡品种以及在埃塞俄比亚森林中采集的野生标本进行了重新测序，并设法了解了野生咖啡与种植咖啡之间的差异。为了从基因组学的角度了解阿拉比卡的进化史，该研究小组对 46 个样本进行了测序，其中包括 3 个罗布斯塔样本、2 个尤金尼欧样本和 41 个阿拉比卡样本。后者包括一个 18 世纪的模式标本（分类群作者在描述该分类群时指定的实物标本，作为该分类群的基础材料）、12 个具有不同育种历史的栽培品种、帝汶杂交种（阿拉比卡与抗虫害的C. canephora品种自发杂交）及其与阿拉比卡的 5 次回交，以及从埃塞俄比亚大裂谷东西两侧采集的 17 个野生样本和 3 个野生/栽培样本。"我们使用了最新的基因组技术，即来自高保真 PacBio 系统（用于基因测序）的长读数和来自 Illumina 的短读数（用于分析遗传变异和生物功能的集成系统）的近距离连接，来生成染色体组装。这种组合产生了最高质量和完整性的染色体级组装，"Descombes 说。寻求抗病能力据 ESALQ-USP 教授介绍，在栽培品种中，对育种非常重要的是引入抗咖啡叶锈病的基因。20 世纪 30 年代，巴西在这方面发挥了重要作用。IAC（坎皮纳斯农艺研究所，也位于圣保罗州）是研究和育种的先驱中心。坎皮纳斯农艺研究所的研究人员向我们提供了该机构早在 20 世纪 30 年代就开始实施育种计划的植物。以病害为导向的育种工作出现在 20 世纪 60 至 70 年代，主要工作是将一种抗锈病的阿拉比卡植物（即所谓的帝汶杂交种）与生长在不同国家的植物进行杂交，从而培育出抗锈病的新品种。但当时还不知道是哪些基因产生了抗性。帝汶杂交种于 20 世纪 20 年代在帝汶岛的田间被发现，具有天然抗锈病和其他病害的能力。除锈病外，咖啡浆果病、咖啡浆果螟和咖啡二化螟是影响世界许多地区生产的另外三种主要害虫。气候变化也是控制病虫害的一个关键问题，因为气候变化会使病虫害蔓延到新的地区。雀巢农业科学研究所植物遗传学和化学组经理莫德-勒佩利（Maud Lepelley）透露说："不同地区之间的生咖啡豆贸易也是导致某些病虫害向新地区传播的另一个因素。"在现已发表的论文中，研究小组设法找到了文献中已经与抗病性相关的基因集，这些基因只存在于改良后的品种中。"帝汶杂交种以某种方式获得了这些抗病基因，现在我们知道是哪些基因了。它们有几十种，但我们已经缩小了搜索范围。阿拉比卡咖啡有 69000 个基因，而我们已经缩小到了不到 30 个。"多明戈斯指出："能够确定这些以前未知的候选抗性基因，是我们研究中前所未有的成就。"但这项工作远未结束，因为这些基因还有待测试。还需要进行更多的研究，以确定并培育出能够抵抗这些病虫害和其他咖啡病虫害的品种。利用分子遗传学，该研究小组还能够进行三重分离，表明埃塞俄比亚野生植物的遗传多样性不同于今天种植的咖啡，这可能是由于瓶颈效应和驯化造成的，因为在驯化过程中很少有植物被选中。科学家指出："我们在此表明，由于驯化前的多重瓶颈效应，野生标本的遗传多样性已经很低，而被人类选择用于种植的基因型，包括古老的埃塞俄比亚本地品种和较新的品种，已经在一定程度上混合了不同的品系。"基因表达与咖啡香气与此同时，多明戈斯小组还观察到了一些与咖啡品质，尤其是香味有关的基因表达事件。他们研究了萜烯合成酶（在植物中与抵御昆虫有关），以及一个与咖啡中脂质化合物有关的基因，该基因编码脂肪酸去饱和酶。"我们在一个亚洲阿拉比卡品种中观察到，与香气和风味相关的基因在果实中由C. eugenioides亚基因组表达的多于另一个亲本。换句话说，其中一个基因组对饮料感官特性的贡献大于另一个基因组。"Domingues 说："我们现在想知道的是：这是否适用于我们测序的所有品种，包括改良前和改良后的品种？"探索阿拉比卡咖啡中的基因相互作用这项研究揭示了C. canephora和C. eugenoides基因之间的相互作用如何与阿拉比卡咖啡的香味等特征相关联。阐明基因之间的相互作用有助于增进我们对阿拉比卡咖啡重要特征的遗传机制的了解，而这是开发新品种的基本前提，可以保证未来咖啡产品所需的咖啡豆的生产。这项工作的衍生项目已经在进行中。"我刚刚与法国研究人员合作启动了另一个项目，这也是第一项工作的衍生项目。我们现在要分析非栽培咖啡物种。我们希望了解非咖啡物种的基因组，这些物种所包含的特征与气候变化情景相关。我们的重点是对气候适应能力较强的物种进行测序。我们想知道它们有哪些基... PC版： 手机版：

科学家为阿拉伯豹制定基因拯救计划

科学家为阿拉伯豹制定基因拯救计划 由肯特大学杜瑞尔保护与生态研究所 (DICE) 、东英吉利大学 (UEA)、伦敦大学学院 (UCL)、诺丁汉特伦特大学 (NTU) 和阿曼皇家宫廷酋长院 (Diwan of Royal Court) 的科学家领导的一项国际合作调查了阿曼南部偏远的佐法尔山脉，以确定阿拉伯最后一种大型猫科动物的存活数量。通过部署照相机陷阱来识别豹子个体，并对野生豹子的粪便和圈养种群的样本进行DNA分析，研究小组估计阿曼可能只剩下 51 只野生豹，分布在三个孤立的、基因贫乏但截然不同的亚种群之间。尽管发现阿曼野生花豹种群的遗传多样性水平极低，但研究小组在整个地区的人工饲养花豹中发现了较高水平的遗传多样性，特别是在来自邻国也门的几个个体中，这些个体帮助建立了今天的人工饲养种群，这一重要的遗传资源有可能为阿拉伯豹的成功恢复发挥重要作用。研究小组的研究表明，通过"基因拯救"，即把圈养豹的后代引入野生种群，可以最有效地恢复该地区日益减少的野生种群数量。然而，他们的预测表明，要想通过基因拯救重新引入豹子来建立最有生命力的种群，就必须仔细评估新基因所能带来的益处，特别是因为圈养的豹子可能已经是近亲繁殖。这项发表在《进化应用》（Evolutionary Applications）上的研究利用 DICE 的保护基因分析、UEA 开发的尖端计算机模拟以及在阿曼进行的大量实地考察，对阿拉伯豹的 DNA 进行了仔细检查，评估了其未来灭绝的风险，并预测了如何通过基因拯救来确保阿拉伯豹的生存能力。作者说，他们的研究成果可以帮助其他濒危物种。吉姆-格鲁姆布里奇（Jim Groombridge）教授在肯特郡的 DICE 领导了这项研究，他解释了基因分析是如何进行的："我们与阿曼皇家宫廷的迪旺合作，调查并收集了佐法尔山脉各地的豹粪，从中提取了DNA，并使用微卫星DNA标记进行分析，以量化遗传多样性。""利用基因信息，我们能够确定野生豹的个体数量。然后，我们就可以比较野生豹群体和人工饲养豹群体之间的遗传多样性水平。"沙特阿拉伯皇家乌拉委员会阿拉伯豹保护负责人哈迪-希克马尼博士（Dr Hadi Al Hikmani）描述了这项研究的动机。阿拉伯豹是世界上最稀有的食肉动物之一，非常难以捉摸。在野外监测这些豹子的唯一方法就是在豹子生活的山脉高处部署相机陷阱，并收集它们在山口留下的粪便进行 DNA 分析。托马斯-伯利（Thomas Birley）是东南欧大学的一名博士研究员，他进行了基因拯救的计算机模拟，他说："通过使用野生和圈养种群的基因信息，我们能够预测基因拯救的最佳方案，以确保这种极度濒危大型猫科动物的长期生存能力。"英国能源大学环境科学学院的科克-范-奥斯特豪特教授补充说："问题在于，所有个体之间都有某种联系。他们是在人口大崩溃中幸存下来的少数祖先的后代。因此，要阻止近亲繁殖几乎是不可能的，这会暴露出'坏的'突变，也就是我们所说的基因负荷。反过来，这会增加死亡率，导致种群进一步崩溃。"'基因负荷构成了严重威胁，但可以通过基因拯救来缓解，我们的研究预测了实现这一目标的最佳途径。野生种群需要'基因拯救'，需要人工饲养的基因更加多样化的豹子。这些豹子的基因更加多样化，有助于降低近亲繁殖和基因负荷水平。不过，我们也有可能将圈养种群中的其他不良变异引入野生种群，因此我们需要谨慎平衡。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家解开酒精消费的基因密码

科学家解开酒精消费的基因密码 这项研究最近发表在《柳叶刀电子生物医学》（Lancet eBioMedicine）杂志上。该研究的通讯作者、加州大学圣地亚哥分校医学院精神病学系副教授桑德拉-桑切斯-罗伊奇（Sandra Sanchez-Roige）博士解释说，该研究利用基因数据将个体大致分为欧洲人、拉丁美洲人和非洲裔美国人。共同作者、精神病学系教授兼基础研究副主任亚伯拉罕-A-帕尔默（Abraham A. Palmer）博士指出，这种分类"是避免统计遗传学中一种叫做人口分层的陷阱所必需的"。研究人员分析了来自 300 万 23andMe 研究参与者的遗传数据，重点研究了被称为单核苷酸多态性或 SNP 的三个特定 DNA 小片段。桑切斯-罗伊奇（Sanchez-Roige）解释说，这些特定 SNP 的变体或等位基因对从过度饮酒到酒精使用障碍等各种酒精行为具有"保护"作用。加州大学圣地亚哥分校的合作者讨论了他们对 300 万个 23andMe 数据库的研究。该小组成员包括（从左顺时针方向）Abraham A. Palmer、Laura Vilar-Ribo、Renata B. Cupertino、Sandra Sanchez-Roige、Natasia Courchesne-Krak 和 Mariela V Jennings。资料来源：加州大学圣地亚哥分校健康科学部他们所考虑的其中一种酒精保护变体非常罕见：在研究中发现的三种等位基因中，最常见的变体出现在 2,619,939 名欧洲人队列中的 232 人、446,646 名拉丁美洲人队列中的 29 人和 146,776 名非洲裔美国人队列中的 7 人身上；其他变体则更为常见。这些变异会影响人体代谢乙醇酒精饮料中的致醉化学物质的方式。"SNP小等位基因变异的人能将乙醇迅速转化为乙醛。"桑切斯-罗伊奇说："这会造成很多负面影响。她接着说，由此产生的恶心感会让酒精带来的任何愉悦感都黯然失色想想几乎马上就会出现的严重宿醉吧。"她说："这些变体主要与一个人的饮酒量有关。它们还倾向于预防酒精使用障碍，因为这些变体主要与一个人可能饮酒的数量有关。"桑切斯-罗伊奇解释说，SNP变异对酒精消费的影响已经得到了很好的研究，但她的研究小组对23andMe数据集采取了一种"无假设"的方法，该数据集包含了数千种特征和行为的调查数据。研究人员希望找出这三个 SNP 变异是否会对酒精消费产生其他影响。桑切斯-罗伊奇和帕尔默指出，他们的研究小组与23andMe建立了长达10年的合作关系，重点研究了许多性状，尤其是与成瘾有关的性状。这项工作是通过 23andMe 研究计划开展学术合作的基础。他们对 23andMe 研究参与者同意提交的唾液样本中的 DNA 进行了数据挖掘分析，并对 23andMe 数据库中的健康和行为调查进行了回复，结果发现了一系列关联，但不一定与酒精有关。具有酒精保护等位基因的个体健康状况普遍较好，包括慢性疲劳较少，日常工作中需要的协助也较少。但论文指出，具有酒精保护等位基因的个体在某些方面的健康状况也较差：终生使用烟草较多、情绪化饮食较多、患巴塞杜氏病和甲状腺机能亢进症较多。具有酒精保护等位基因的个体还报告了完全出乎意料的差异，如更多的疟疾、更多的近视和几种癌症，尤其是更多的皮肤癌和肺癌，以及更多的先兆偏头痛。桑切斯-罗伊奇承认，他们的研究结果有一个先有鸡还是先有蛋的问题。举例来说： 心血管疾病只是已知与饮酒有关的一系列疾病中的一种。"那么，饮酒是否会导致这些疾病呢？"帕尔默补充道："还是说，这些基因差异对疟疾和皮肤癌等疾病的影响与饮酒无关？"桑切斯-罗伊奇（Sanchez-Roige）说，只有当研究人员能够获得非常庞大的数据集时，才有可能进行这种广泛的、无假设的研究。许多数据集，包括研究中使用的数据集，在很大程度上依赖于具有欧洲血统的个体。她说："在遗传研究中纳入不同祖先背景的个体非常重要，因为这样可以更全面地了解酗酒行为和其他疾病的遗传基础，所有这些都有助于更全面、更准确地了解人类健康。只对一组基因相似的个体（例如，具有共同欧洲血统的个体）进行研究，可能会加剧健康差异，因为这将有助于那些仅对该人群有利的发现。"她说，他们的研究为未来的研究打开了许多大门，追寻酒精保护等位基因和与饮酒无明显关系的疾病之间可能存在的联系。了解这些影响的潜在机制可能会对治疗和预防医学产生影响。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

科学家通过基因编辑诱使癌细胞自毁

科学家通过基因编辑诱使癌细胞自毁 创新的关键在于引入了两个新的"开关"。第一个开关能使改造细胞在接触某种药物时，超越并主宰癌细胞群的其他部分。第二个开关会释放一种毒素，杀死现在占主导地位的改造细胞及其未改造的邻近细胞。发表在《自然-生物技术》（Nature Biotechnology）上的一项研究强调，这种"双开关选择基因驱动"方法解决了现有癌症治疗方法的核心难题。一些癌细胞不可避免地会进化出抗药性机制，从而在治疗中存活下来。细胞可能会使药物失活，关闭药物靶向的通路，或做出其他分子改变以维持生命。为了应对这种情况，医生通常会使用多种药物组合，以不同的方式攻击肿瘤。然而，这些选择是有限的，尤其是对于缺乏有效治疗靶点的难治癌症。新技术采用了一种截然不同的方法。它不是寻找新的药物或靶点，而是利用肿瘤快速进化的能力来对付它。在概念验证实验中，研究人员使用了肺癌细胞和药物厄洛替尼。通常，厄洛替尼是通过阻断表皮生长因子受体蛋白的活化来发挥作用的，而表皮生长因子受体蛋白是细胞不受控制生长的驱动力。然而，科学家们改造了肺癌细胞，通过第一个"自杀基因"来逆转厄洛替尼的作用，使细胞产生抗药性，并在接触药物后迅速增殖。将厄洛替尼应用于混合修饰和未修饰的癌细胞，可使经过编辑的细胞迅速成为肿瘤样本中的主要群体。一旦达到这种效果，研究人员就停止给药。然后，他们用一种名为 5-FC 的无害化合物激活了第二个"自杀基因"。这种基因能表达一种酶，将 5-FC 转化为剧毒抗癌药物 5-FU。由于被编辑的细胞现在占了肿瘤的大部分，释放的毒素有效地杀死了整个癌细胞群。研究人员在患有非小细胞肺癌（最常见的肺癌类型）的小鼠身上测试了这种方法，发现经过改造的细胞在20天内就超越了原来的肿瘤。到第80天，肿瘤完全消退。研究小组目前正努力在其他癌症类型和药物组合上测试这种方法。如果试验成功，它将为战胜癌症提供一种新方法。 ... PC版： 手机版：