藻类基因催生的作物植物可以利用更多光照 生长得更好

藻类基因催生的作物植物可以利用更多光照 生长得更好 研究中使用的藻类原本是另一项关于珊瑚-藻类共生关系研究的一部分，在这些红珊瑚珊瑚虫上显示为绿色斑点 Jinkerson/Xiang/UCR由于海水在接近海面的地方会吸收太阳光中的红色光谱，因此海洋藻类只能利用照射到它们身上的蓝绿色光谱。为了利用这些光线进行光合作用，它们会产生一种特殊的吸收蓝绿色光的叶绿素，即叶绿素 c。叶绿素 a 和叶绿素 b 分别主要吸收紫蓝光和橙红光。叶绿素 a 和叶绿素 b 都不擅长吸收蓝绿光。那么，如果一种陆生植物能够产生 a、b和c 会怎样呢？这就是新研究的意义所在。在向婷婷副教授的带领下，加州大学河滨分校的一个研究小组最近确定了使甲藻（一种海洋藻类）产生叶绿素 c 的基因。与传统对照组相比，这种能力使转基因植物能够吸收更宽光谱的阳光，从而显著提高生长速度。虽然这项研究使用的是烟草植物，但相信这项技术对任何种类的作物植物都适用。科学家们还认为，他们的发现可能会提高藻油生物燃料的产量。这是因为已经有一些水生藻类能像陆生植物一样自然产生叶绿素 a 和 b，但不能产生叶绿素 c。如果能改造这些水藻，使它们也能产生叶绿素 c，那么它们就能生长得更快，生产出更多的石油。"叶绿素 c 生物合成途径的确定不仅仅是一个科学奇观，它还可能改变可持续能源和粮食安全的游戏规则，"该研究论文的共同作者罗伯特-金克森教授说。"我们不仅对海洋生态系统的命脉有了深入的了解，还开辟了一条通往开发更强健作物和高效生物燃料的道路。"该论文发表在《当代生物学》杂志上。 ... PC版： 手机版：

1600亿碱基对 拥有最大基因组的生物所携带的DNA数量是人类的50倍

1600亿碱基对 拥有最大基因组的生物所携带的DNA数量是人类的50倍 每个活细胞中都蕴藏着构建该生物体的全部蓝图。因此，DNA 是一种密度极高的数据存储介质，一克 DNA 就能存储2.15 亿 GB 的数据。现在，拥有已知最大基因组的生命形式已经被确认它并不是你想象的那样。一种名为"Tmesipteris oblanceolata"的不起眼的蕨类植物被发现拥有由 1,604.5 亿个碱基对（Gbp）组成的基因组。作为参考，人类基因组有 3.1 Gbp。另一种可视化的方法是想象 DNA 链解开的样子。我们的基因组会延伸出 2 米（6.6 英尺），和勒布朗-詹姆斯差不多高。但是，T. oblanceolata的基因组将远远超过 100 米（328 英尺）比自由女神像或大本钟塔还要高。不起眼的叉蕨（Tmesipteris oblanceolata）看起来并不起眼，但它在吉尼斯世界纪录大全中却一骑绝尘 波尔-费尔南德斯因此，这种不起眼的蕨类植物夺得了三项吉尼斯世界纪录头衔：最大的基因组、最大的植物基因组和最大的蕨类植物基因组。它从另一种植物巴黎蕨（Paris japonica）手中夺走了桂冠。这才是真正的"TARDIS"（塔迪斯）风格，光看外表，你根本不知道这株蕨类植物的内部有多大。无论从哪个角度看，它都是一种非常不起眼的植物，长达 30 厘米（12 英寸），看起来就像你在森林里散步时看都不会看一眼的东西。但此前曾发现该家族的其他成员也含有大型基因组，因此伦敦皇家植物园、邱园和西班牙巴塞罗那植物研究所（IBB-CSIC）的科学家们开始对忘忧草进行研究。他们来到西南太平洋的新喀里多尼亚岛，采集这种植物的样本。研究小组通过分离成千上万个细胞的细胞核，用一种能与细胞核中 DNA 结合的染料对其进行染色，从而对基因组进行了分析。通过测量有多少染料与细胞核中的 DNA 结合，可以估算出基因组的大小，从而揭示了新的世界纪录。该研究小组说，耐人寻味的是，基因组并不一定越大越好。基因组大的植物往往生长缓慢，需要更多养分，光合作用效率较低。因此，人们认为T. oblanceolata已经达到了基因组大小的上限。这项研究发表在《iScience》杂志上。 ... PC版： 手机版：

新研究揭示复杂的绿色生物出现于十亿年前

新研究揭示复杂的绿色生物出现于十亿年前 研究中调查的不同藻类的液体样本，全部储存在哥廷根大学的藻类培养收藏馆中。图片来源：Tatyana Darienko他们的研究使他们能够回到过去，研究早在陆地植物出现之前就已出现的藻系。他们的研究结果修正了人们对一组丝状藻类陆地殖民者关系的认识，这些丝状藻类比陆地植物还要古老得多。利用现代基因测序数据，研究人员将多细胞性的出现时间精确到了近十亿年前。研究结果发表在《当代生物学》（Current Biology）杂志上。这项研究的重点是藻类Klebsormidiophyceae，这是一类以能够在全球不同生境定居而闻名的绿藻。研究小组进行了广泛的取样，调查了从溪流、河流和湖岸到沼泽、土壤、天然岩石、树皮、酸性采矿后场地、沙丘、城市墙壁和建筑物外墙等各种栖息地。丝状藻类 Klebsormidium crenulatum 的显微镜图像，这是一种陆栖藻类，由于细胞壁很厚，因此具有很强的抗干燥能力。(比例尺为 10 微米，相当于 0.01 毫米）。图片来源：Tatyana Darienko哥廷根大学微生物学和遗传学研究所的塔季扬娜-达连科博士说："这些微小健壮的小生物在形态上具有如此高的多样性，而且还能很好地适应有时非常恶劣的生活环境，这真是令人着迷。"这次全面采样的目的是绘制克雷伯虫藻的全球分布图，强调它们的适应性、生态意义和隐藏的多样性。根据化石校准的遗传数据，研究人员进行了"分子钟分析"。在深入研究Klebsormidium藻复杂的进化史时，研究人员面临着使用传统标记解析系统发育关系的挑战。为了克服这一难题，他们采用了从来自不同大陆和栖息地的 24 个分离物的转录组中获得的数百个基因。莱布尼兹生物多样性变化分析研究所的 Iker Irisarri 博士解释说："我们的方法被称为系统发生组学，是通过考虑整个基因组或基因组的大部分来重建进化史。这种极其强大的方法可以非常精确地重建进化关系"。多细胞藻类 Streptosarcina arenaria 的显微镜图像，它是另一种陆生藻类，栖息于干旱和热带地区。(比例尺为 10 微米，相当于 0.01 毫米）。图片来源：Tatyana Darienko他们的研究揭示了一种新的生命系统发生组学树，该树分为三个纲。哥廷根大学应用生物信息学博士研究员 Maaike Bierenbroodspot 说："对系统发生组框架和分子时钟的深入研究揭示了 Klebsormidiophyceae 的远古祖先一个在数百万年前茁壮成长的多细胞实体，其后代在 8 亿多年前开始分成三个不同的分支。"这些结果被用来探索链格藻多细胞性的进化历史。研究表明，陆生植物、其他链格藻和Klebsormidiophyceae藻的古老共同祖先已经是多细胞的。哥廷根大学微生物学和遗传学研究所的 Jan de Vries 教授总结道："这一发现揭示了链格藻多细胞性的遗传潜力，表明这一关键特征起源于近十亿年前的远古时代。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家揭示对基因组健康至关重要的145个基因

科学家揭示对基因组健康至关重要的145个基因 2月14日，《自然》杂志发表了一项新研究，通过对近千个转基因小鼠品系进行系统筛选，发现了一百多个与DNA损伤有关的关键基因。这项工作为癌症进展和神经退行性疾病提供了见解，也为蛋白质抑制剂提供了潜在的治疗途径。基因组包含生物细胞内的所有基因和遗传物质。当基因组稳定时，细胞就能准确地复制和分裂，将正确的遗传信息传递给下一代细胞。尽管基因组非常重要，但人们对影响基因组稳定性、保护、修复和防止 DNA 损伤的遗传因素知之甚少。突破性研究及其影响在这项新研究中，威康-桑格研究所的研究人员与剑桥大学英国痴呆症研究所的合作者一起，着手更好地了解细胞健康的生物学特性，并找出维持基因组稳定性的关键基因。研究小组利用一组转基因小鼠品系，确定了 145 个在增加或减少异常微核结构的形成中起关键作用的基因。这些结构表明基因组不稳定和 DNA 损伤，是衰老和疾病的常见标志。当研究人员敲除DSCC1基因时，基因组不稳定性的增加最为显著，异常微核的形成增加了五倍。缺乏该基因的小鼠具有与人类凝聚素病症患者相似的特征，这进一步强调了这项研究与人类健康的相关性。通过 CRISPR 筛选，研究人员发现DSCC1缺失引发的这种效应可以通过抑制蛋白质 SIRT1 得到部分逆转。这些发现有助于揭示影响人类基因组一生健康和疾病发展的遗传因素。该研究的资深作者、剑桥大学英国痴呆症研究所的加布里埃尔-巴尔穆斯（Gabriel Balmus）教授说："继续探索基因组不稳定性对于开发针对遗传根源的定制治疗方法至关重要，其目标是改善各种疾病的治疗效果和患者的整体生活质量。我们的研究强调了SIRT抑制剂作为治疗粘连蛋白病和其他基因组疾病途径的潜力。它表明，早期干预，特别是针对 SIRT1 的干预，有助于在基因组不稳定性发展之前减轻与之相关的生物变化。"这项研究的第一作者、威康桑格研究所的大卫-亚当斯（David Adams）博士说："基因组稳定性是细胞健康的核心，影响着从癌症到神经变性等一系列疾病，但这一直是一个探索相对不足的研究领域。这项工作历时15年，体现了从大规模、无偏见的基因筛选中可以学到什么。所发现的 145 个基因，尤其是那些与人类疾病相关的基因，为开发治疗癌症和神经发育障碍等基因组不稳定疾病的新疗法提供了有希望的靶点。"研究要点：对基因组造成损害的各种来源包括辐射、化学接触以及 DNA 复制或修复过程中的错误。微核是一种小的异常结构，通常被称为"突变工厂"，其中含有错位的遗传物质，而这些物质本应在细胞核中。它们的存在意味着患癌症和发育障碍等疾病的风险增加。凝聚蛋白病是一组因凝聚蛋白功能障碍而导致的遗传病，凝聚蛋白对细胞分裂过程中染色体的正常组织和分离至关重要。这可能导致一系列发育异常、智力障碍、独特的面部特征和生长迟缓。当 SIRT1 蛋白被抑制时，DNA 损伤就会减少，它们就能挽救与内聚力破坏相关的DSCC1缺失所带来的负面影响。这种作用是通过恢复一种名为 SMC3 的蛋白质的化学水平实现的。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

《人类基因组编辑研究伦理指引》发布：严禁将编辑后的生殖细胞、受精卵或人胚用于妊娠及生育

《人类基因组编辑研究伦理指引》发布：严禁将编辑后的生殖细胞、受精卵或人胚用于妊娠及生育 国家科技伦理委员会医学伦理分委员会研究编制了《人类基因组编辑研究伦理指引》，供相关科研机构和科研人员参考使用。开展人类基因组编辑研究应坚持科学标准和专业规范，确保高质量的研究设计，有效的风险控制措施，全过程的风险监测，并接受恰当的监管。研究成果转化应优先考虑医疗领域新技术的可及性和可负担性，而不应仅由市场决定。开展人类基因组编辑研究应公开透明，建立利益相关方和社会公众的合理参与机制。在保护隐私和个人信息前提下，加强信息共享，客观准确公开研究信息和研究成果，减少重复研究，提高研究质量。对生殖细胞、受精卵或人胚进行基因组编辑研究时，严禁将编辑后的生殖细胞、受精卵或人胚用于妊娠及生育。体细胞基因组编辑临床研究的主要目的是治疗或预防疾病。体细胞临床研究应基于基础研究证据，进行必要的动物实验及临床前体外实验以获得开展临床研究所需的安全性、有效性循证。涉及人胚和胎儿体细胞的基因组编辑研究，还须审慎考虑并评估可能造成可遗传变异的风险，尤其是在人胚发育早期阶段，避免可遗传的基因组被编辑的风险。

中国科学家实现以RNA为媒介的基因精准写入

中国科学家实现以RNA为媒介的基因精准写入 以CRISPR基因编辑技术为代表的技术进步实现了基因组单碱基和短序列尺度的精准编辑，基本解决了基因组精准编辑的挑战。然而，如何针对应用场景的需求，实现大片段DNA在基因组的高效精准整合，仍然是整个基因工程领域亟需突破的难题。该技术的突破意味着可以通过外源功能基因的精准写入，来干预多种不同位点基因突变导致的单基因遗传缺陷等疾病，从而开发更为通用的基因与细胞疗法，具有广泛的应用前景。针对这一重大技术挑战，多种基因写入技术已被开发，如CRISPR核酸酶介导的同源重组或非同源末端连接技术等，但是这些技术都依赖于DNA模板作为基因写入的供体（donor）。在实际医学应用中，DNA供体面临免疫原性高、在体（in vivo）递送困难、在基因组中具有随机整合风险等诸多挑战。相比之下，RNA供体具有免疫原性低、可被非病毒载体（例如LNP）有效递送、在细胞内迅速降解，无随机整合风险等特点，能有效应对DNA供体所面临的挑战。因此，以RNA为供体的大片段精准写入技术，在安全性、可递送性方面都具有显著的优势。然而，现有以RNA为供体的技术，要么无法实现>200 bp的DNA片段高效整合（如引导编辑等），要么依靠基因组随机整合从而带来基因组随机突变风险（如逆转录病毒等）。是否能够以RNA作为供体，实现功能基因尺度的大片段DNA基因组精准定点整合？仍然是基因工程领域面临的挑战。2024年7月8日，Cell杂志以长文形式在线发表了中国科学院动物研究所/北京干细胞与再生医学研究院李伟研究员与周琪研究员团队合作完成的题为All-RNA-mediated Targeted Gene Integration in Mammalian Cells with Rationally Engineered R2 Retrotransposons的研究论文。该研究结合基因组数据挖掘和大分子工程改造等手段，开发了使用RNA供体进行大片段基因精准写入的R2逆转座子工具，能够在多种哺乳动物细胞系、原代细胞中实现大片段基因（>1.5 kb）高效精准的整合，最高效率超过60%，成功实现了全RNA介导的功能基因（DNA）在多种哺乳动物基因组的精准写入，为新一代创新基因疗法的发展提供了基础。作为基因组进化的源动力之一，转座子可以通过在不同基因组间的"跳跃"，实现自我的复制与扩增。其中，以RNA作为媒介的R2逆转座子的"跳跃"机制与以RNA作为供体的基因写入工具的开发思路不谋而合。同时，该类逆转座子天然倾向于整合在真核生物固定的28S rDNA基因组位点，这一位点在人基因组中拷贝数目多（约219个），且远离蛋白编码基因，是适合于外源基因整合的安全港位点（"safe harbor"loci）。因此，R2逆转座子是以RNA为供体的大片段基因写入工具开发的有力的候选者。然而，尽管R2逆转座子早在上世纪80年代就被发现，其在哺乳动物细胞中的功能性质尚未被系统性地探索，迄今为止，未能被利用来在哺乳动物细胞中实现大片段功能基因的有效整合。在本研究中，研究团队首先通过数据挖掘，全面系统地分析了自然界中R2逆转座子元件的生物多样性；通过构建基于RNA供体的基因写入的报告体系，成功筛选出在哺乳动物细胞中具有完整GFP功能基因整合活性的R2Tg系统（来源于一种鸟Taeniopygia guttata 的基因组）。随后，研究团队针对R2Tg系统发挥功能所必需的两个关键组分：R2蛋白质以及供体RNA，进行了系统性的功能探索与工程化改造，最终获得了在人细胞系中基因整合效率超过20%的en-R2Tg工具。系统的工程化改造获得en-R2Tg工具由于R2蛋白质可以通过mRNA表达，且供体RNA本身也是RNA，那么，en-R2Tg工具能否以全RNA形式介导的基因的高效精准写入？为了探究这一点，研究人员通过体外合成获得了编码R2蛋白质mRNA以及供体RNA，并使用脂质体递送的方式将两条mRNA导入人的细胞中。结果显示，en-R2Tg工具能够高效整合多个与疾病治疗相关基因，且这些基因能够有效表达功能蛋白。能够以全RNA的形式发挥功能，意味着en-R2Tg工具可以使用安全性已经在临床上得到证明的LNP纳米材料来进行递送，这将有可能解决长久以来基因写入工具依赖病毒载体进行高效递送的难题。研究团队发现，使用LNP递送en-R2Tg工具在人的肝脏细胞系中能够实现25%的基因整合效率。此外，研究团队还证明R2工具在人类原代细胞中同样具有活性；同时，通过显微注射将en-R2Tg工具导入小鼠胚胎，成功实现了超过60%的GFP基因定点整合效率。本研究的另一关键点在于，工程化改造的en-R2Tg工具是否还保留有天然R2逆转座子的28S rDNA位点特异性整合这一性质？为了回答这一问题，研究人员结合无偏好的基因整合富集高通量测序以及全基因组三代测序方法，发现en-R2Tg工具在全基因组范围内展现了极高的基因整合特异性，大于99%的外源基因都精准整合到28S rDNA安全港位点。同时，结合qRT-PCR以及RNA-Seq实验，研究人员发现en-R2Tg工具对细胞的转录组状态几乎没有影响。这说明 en-R2Tg 介导的基因写入是位点精准特异的，可以有效避免逆转录病毒等技术所产生的基因随机整合导致的基因突变风险。综上，该研究基于自然界存在的R2逆转座系统，结合数据分析和工程化改造方法，成功开发了全RNA介导的、高效精准的基因写入技术，首次在多种人和小鼠细胞系及原代细胞中实现了功能基因的定点整合。R2基因精准写入工具在递送和安全性方面具有显著优势，未来有望基于此工具开发在体功能基因回补写入以及在体生成CAR-T细胞等全新的疾病治疗方法。值得注意的是，R2基因写入技术目前无法实现在不同基因组位点的可编程写入，且在人原代细胞中的基因写入效率较低，因此未来需要进一步发展和优化。开发全RNA介导的、高效精准的哺乳动物细胞大片段功能基因写入工具该研究由中国科学院动物研究所与北京干细胞与再生医学研究院合作完成，中国科学院动物研究所博士后陈阳灿、博士生骆胜球、博士后胡艳萍、博士生毛邦炜、王鑫阁与卢宗宝为本研究共同第一作者，中国科学院动物研究所李伟研究员与周琪研究员为共同通讯作者。该研究工作得到科学技术部、国家自然科学基金委员会、中国科学院、北京市自然科学基金等的大力支持。 ... PC版： 手机版：