从蝙蝠到鼯鼠 新研究揭示哺乳动物如何进化出滑翔能力

从蝙蝠到鼯鼠 新研究揭示哺乳动物如何进化出滑翔能力 一项研究通过确定 Emx2 基因附近 DNA 增强子的关键变化，揭示了哺乳动物（尤其是有袋动物）滑翔能力背后的遗传基础，表明不同物种发展飞行能力的共同进化策略。资料来源：乔-麦克唐纳这是如何形成的？在最近发表在《自然》杂志上的一项研究中，由普林斯顿大学和贝勒医学院领导的研究小组解释了"皮膜"的基因组和发育基础。"皮膜"是一层薄薄的皮膜，它使一些哺乳动物能够在空中翱翔。"从分子和遗传学的角度来看，我们还不太了解新的性状和适应性是如何产生的。"普林斯顿大学分子生物学助理教授 Ricardo Mallarino 博士说："我们想研究进化的新特性是如何产生的。"为了更好地了解有袋类动物的进化，研究小组重点研究了有袋类动物。这是因为滑翔能力是通过类似的解剖学变化在近亲有袋类动物身上反复发展出来的，比如蜜袋鼯一种小到可以装进口袋的有袋类动物，作为一种宠物很受人们的欢迎。贝勒研究小组领导了15种有袋类动物的基因组测序工作，确定了滑翔类动物和非滑翔类动物的DNA序列。比较这些序列发现，一个名为 Emx2 的基因附近的进化速度加快。"有趣的是，基因序列本身似乎并不是发生最相关变化的地方。相反，关键的变化发生在基因组附近被称为'增强子'的DNA短序列上。"共同通讯作者、贝勒大学分子和人类遗传学教授兼基因组结构中心主任埃雷兹-利伯曼-艾登博士说："正是这些不断变化的增强子改变了Emx2在体内活跃的方式和位置，并推动了滑行的进化。"马拉里诺实验室的共同第一作者、研究生豪尔赫-莫雷诺（Jorge Moreno）说："了解基因组水平上产生这些趋同性状的潜在变化非常重要，因为它能告诉我们进化是否选择了阻力最小的路径。可以有相同的结果，但却有不同的路径。"接下来，研究人员想要验证这些想法。为此，他们利用了有袋类动物最独特的特征之一它们的小袋。贝勒大学分子和人类遗传学助理教授、莱斯大学理论生物物理中心研究员奥尔加-杜德琴科（Olga Dudchenko）博士说："有袋类动物出生时的发育阶段比典型的哺乳动物要早得多。它们不是在母亲的子宫里继续发育，而是爬进母亲的育儿袋，一直待到它们准备好独立面对这个世界。事实上，它们就在袋中，这使得研究单个基因（如 Emx2）如何影响有袋动物的发育变得更加容易。"研究人员发现，Emx2利用一种可能存在于所有哺乳动物体内的遗传程序产生了有袋动物的皮囊。例如，Emx2在小鼠和蜜袋鼯两侧的皮肤中都很活跃，但在蜜袋鼯中，它的表达时间要长得多。贝勒大学基因组结构中心的杜德琴科指出："通过修改那些关键的Emx2增强子，一个又一个物种开发出了这种通用程序，从而发展出了滑行能力。"对于希望冲上云霄的猪来说，这是一个令人鼓舞的消息，有朝一日它们可能不需要风口了。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 严禁将编辑后的人胚用于生育

《人类基因组编辑研究伦理指引》发布 严禁将编辑后的人胚用于生育 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。目前进行任何生殖系基因组编辑的临床研究是不负责任和不被允许的。只有在对获益与风险以及其他可供选择的方案进行充分理解和权衡，安全性和有效性问题得以解决，已获得广泛的社会共识，经严格审慎的评估并在严格监管下，才可考虑开展临床研究。 ... 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：

比人类基因组更复杂 甘蔗基因组图谱的绘制标志着一个科学里程碑

比人类基因组更复杂 甘蔗基因组图谱的绘制标志着一个科学里程碑 现代杂交甘蔗简介现代杂交甘蔗是地球上收获最多的作物之一，用于制造糖、糖蜜、生物乙醇和生物基材料等产品。它也拥有最复杂的基因蓝图。迄今为止，甘蔗复杂的遗传学使其成为最后一种没有完整和高度精确基因组的主要作物。科学家们开发并结合多种技术，成功绘制出甘蔗的遗传密码图。有了这张地图，他们就能验证抗褐锈病的具体位置，这种褐锈病如果不加以控制，就会对糖料作物造成毁灭性打击。研究人员还可以利用基因序列更好地了解糖类生产中涉及的许多基因。甘蔗遗传研究进展这项研究是美国能源部联合基因组研究所（JGI）社区科学计划的一部分，JGI是能源部科学办公室在劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的用户设施。该研究于3月27日发表在《自然》杂志上，基因组可通过JGI的植物门户网站Phytozome获取。"这是我们迄今为止完成的最复杂的基因组序列，"JGI 植物项目负责人、哈德逊阿尔法生物技术研究所（HudsonAlpha Institute for Biotechnology）研究员杰里米-施穆茨（Jeremy Schmutz）说。"这表明我们已经取得了很大进展。这种事情在 10 年前人们认为是不可能的。我们现在能够实现我们认为在植物基因组学领域不可能实现的目标"。甘蔗的基因组之所以如此复杂，一方面是因为它体积庞大，另一方面是因为它比一般植物含有更多的染色体拷贝，这一特征被称为多倍体。甘蔗有大约 100 亿个碱基对（DNA 的组成单位）；相比之下，人类基因组大约有 30 亿个碱基对。甘蔗 DNA 的许多片段在不同染色体内部和之间都是相同的。因此，在重建完整基因蓝图的同时，正确重组所有小段 DNA 是一项挑战。研究人员将多种基因测序技术结合起来，包括一种新开发的名为 PacBio HiFi 的测序方法，这种方法可以准确确定较长 DNA 片段的序列，从而解决了这一难题。了解和利用甘蔗基因组有了完整的"参考基因组"，研究甘蔗就更容易了，研究人员可以将甘蔗的基因和通路与其他研究得比较透彻的作物（如高粱或其他感兴趣的生物燃料作物，如开关草和马齿苋）的基因和通路进行比较。通过与其他作物进行比较，可以更容易地了解每个基因是如何影响相关性状的，例如哪些基因在制糖过程中高度表达，或者哪些基因对抗病性很重要。这项研究发现，负责抵抗棕色锈病的基因只存在于基因组的一个位置，而棕色锈病是一种真菌病原体，曾给甘蔗作物造成数百万美元的损失。这张图片显示的是基因排序图（使用 GENESPACE 创建），它比较了相关植物物种的基因组组装情况。水平白线代表染色体，连接染色体的彩色编织线表示保守的基因块。这样，研究人员就能将研究得比较透彻的作物（如双色高粱，一种特殊的高粱）中的保守基因追踪到更复杂的基因组中，如野生甘蔗和栽培品种 R570，从而更好地了解它们的功能。为了形成对比，上一行提供了 R570 先前的单倍体组合，其中基因组中的多个染色体拷贝被表示为一个单一的马赛克组合。图片来源：Adam Healey 和 John Lovell/HudsonAlpha论文第一作者、HudsonAlpha 公司研究员亚当-希利（Adam Healey）说："当我们对基因组进行测序时，我们填补了围绕褐锈病的基因序列空白。甘蔗基因组中有数十万个基因，但只有两个基因共同发挥作用，保护植物免受病原体的侵害。据我们所知，在所有植物中，以类似方式进行保护的情况屈指可数。更好地了解甘蔗的这种抗病性是如何起作用的，有助于保护其他面临类似病原体的作物。"研究人员对一种名为 R570 的甘蔗栽培品种进行了研究，几十年来，该品种一直被世界各地用作了解甘蔗遗传学的模型。与所有现代甘蔗栽培品种一样，R570 也是由甘蔗驯化品种（产糖能力强）和野生品种（携带抗病基因）杂交而成的。对农业和生物能源的潜在影响该论文的最后一位作者、法国国际发展农业研究中心（CIRAD）甘蔗研究员安热莉克-德洪（Angélique D'Hont）说："了解 R570 的完整遗传图谱将使研究人员能够追踪哪些基因来自哪个亲本，从而使育种人员能够更容易地确定控制相关性状的基因，以提高产量。"改良未来的甘蔗品种在农业和生物能源领域都有潜在的应用前景。改进甘蔗的产糖方式可以提高农民的作物产量，在相同的种植面积上提供更多的糖分。甘蔗是生产生物燃料（尤其是乙醇）和其他生物产品的重要原料或起始材料。甘蔗压榨后剩下的残渣被称为甘蔗渣，是一种重要的农业残渣，也可被分解和转化为生物燃料和生物产品。联合生物能源研究所是伯克利实验室领导的能源部生物能源研究中心，该研究所的首席科技官布雷克-西蒙斯（Blake Simmons）说："我们正在努力了解植物中的特定基因与下游生物质质量的关系，然后我们可以将生物质转化为生物燃料和生物产品。""有了对甘蔗遗传学的深入了解，我们就能更好地理解和控制植物基因型，从而生产出我们所需的糖类和蔗渣衍生中间体，实现与生物经济相关的规模化可持续甘蔗转化技术"。到目前为止，甘蔗复杂的遗传学使其成为最后一种没有完整和高精度基因组的主要作物。研究人员结合多种技术，成功绘制出甘蔗的DNA图谱，并确定了关键区域包括与糖的生产和运输以及对褐锈病的抗病性有关的几个区域。甘蔗的参考基因组可用于帮助培育抗逆性更强的作物或提高糖产量，并可应用于农业和生物能源领域。 ... PC版： 手机版：

解码小鼠的思维：索尔克研究所具有里程碑意义的表观基因组大脑图谱

解码小鼠的思维：索尔克研究所具有里程碑意义的表观基因组大脑图谱 这些工作由美国国立卫生研究院的"通过推进创新神经技术进行大脑研究计划"（BRAINInitiative）负责协调，该计划的最终目标是为哺乳动物的大脑绘制一幅全新的动态图像。索尔克教授、遗传学国际理事会主席、霍华德-休斯医学研究所研究员约瑟夫-埃克（Joseph Ecker）说："通过这项工作，我们不仅获得了关于哪些细胞构成了小鼠大脑的大量信息，还了解了这些细胞内的基因是如何被调控的，以及这些基因是如何驱动细胞功能的。当利用这个基于表观基因组的细胞图谱，开始研究已知会导致人类疾病的基因变异时，就会对哪些细胞类型在疾病中可能最脆弱有了新的认识"。美国国立卫生研究院大脑计划于 2014 年启动，已为研究人员提供了 30 多亿美元的资金，用于开发变革性技术并将其应用于脑科学。2021年，得到"脑神经启示录计划"（BRAIN Initiative）支持的研究人员包括索尔克（Salk）的团队公布了小鼠大脑图谱的初稿，该图谱开创了描述神经元特征的新工具，并将这些工具应用于小鼠大脑的小切片。今年早些时候，许多相同的技术被用于绘制最初的人脑图谱。在最新的工作中，研究人员扩大了研究细胞的数量和小鼠大脑的区域，并使用了过去几年才出现的新的单细胞技术。左上图：解剖小鼠大脑的三维效果图，根据解剖的脑区划分为不同的部分；左下图：小鼠大脑的三维效果图，根据解剖的脑区划分为不同颜色的部分（黄色、蓝色、水蓝色、绿色、粉色、橙色、棕色、红色）。右上角：小鼠大脑的垂直切片，不同颜色（橙色、绿色、蓝色、水蓝色、红色、紫色）代表不同细胞类型，代表特定细胞类型在该切片中的空间位置；右下角：小鼠大脑的垂直切片，不同颜色（橙色、绿色、蓝色、水蓝色、红色、紫色）代表不同细胞类型，代表特定细胞类型在该切片中的空间位置：多色圆圈（黄色、蓝色、水蓝色、绿色、粉红色、橙色、棕色、红色）代表根据表观基因组剖析在小鼠整个大脑中发现的细胞类型的数量和多样性。资料来源：索尔克研究所全脑分析和公众可及性两篇新论文的资深作者爱德华-卡拉韦教授说："这是整个大脑的研究，以前从未有过。观察整个大脑会产生一些想法和原理，而这些想法和原理是你每次观察一个部分所无法了解的"。为了帮助其他研究小鼠大脑的研究人员，新数据通过一个在线平台公开发布，不仅可以通过数据库进行搜索，还可以使用人工智能工具 ChatGPT 进行查询。索尔克研究教授玛格丽塔-贝伦斯（Margarita Behrens）补充说："将小鼠作为模式生物的人非常多，这为他们在涉及小鼠大脑的研究中提供了一个非常强大的新工具。"这期《自然》特刊共刊登了 10 篇美国国立卫生研究院大脑计划（NIH BRAIN Initiative）的文章，其中 4 篇由索尔克研究人员合著，描述了小鼠大脑的细胞及其连接。这四篇论文中的亮点包括单细胞 DNA 甲基化图谱为了确定小鼠大脑中的所有细胞类型，索尔克研究人员采用了一次分析一个脑细胞的尖端技术。这些单细胞方法既研究细胞内DNA的三维结构，也研究DNA上附着的甲基化学基团的模式这是基因受细胞控制的两种不同方式。2019年，埃克的实验室小组开创了同时进行这两项测量的方法，这让研究人员不仅能研究出不同细胞类型中哪些基因程序被激活，还能研究出这些程序是如何开启和关闭的。研究小组发现了基因在不同细胞类型中通过不同方式被激活的例子，就像用两个不同的开关打开或关闭电灯一样。了解了这些重叠的分子回路，研究人员就能更容易地开发出干预脑部疾病的新方法。埃克实验室的博士后研究员、本文第一作者刘汉清说："如果你能了解这些细胞类型中所有重要的调控元素，你也就能开始了解细胞的发育轨迹，这对了解自闭症和精神分裂症等神经发育疾病至关重要。"研究人员还对大脑的哪些区域含有哪些细胞类型有了新的发现。在对这些细胞类型进行编目时，他们还发现脑干和中脑的细胞类型远远多于大得多的大脑皮层这表明大脑的这些较小部分可能进化出了更多的功能。单细胞染色质图另一种间接确定DNA结构以及细胞正在积极利用哪段遗传物质的方法是测试哪些DNA可以被其他分子结合。加州大学圣地亚哥分校的任兵（Bing Ren）领导的研究人员（包括索尔克的埃克和贝伦斯）利用这种称为染色质可及性的方法，绘制了来自117只小鼠的230万个脑细胞的DNA结构图。然后，研究小组利用人工智能，根据这些染色质可及性模式，预测DNA的哪些部分是细胞状态的总体调控因子。他们发现的许多调控元件都位于DNA片段中，而这些DNA片段已经与人类脑部疾病有牵连；关于哪些细胞类型使用哪些调控元件的新知识有助于确定哪些细胞与哪些疾病有牵连。神经元投射和连接在贝伦斯、卡拉韦和埃克共同撰写的另一篇论文中，研究人员绘制了整个小鼠大脑神经元之间的连接图。然后，他们分析了这些图谱与细胞内甲基化模式的对比。这让他们发现了哪些基因负责引导神经元到达大脑的哪些区域。埃克实验室的博士后研究员、该论文的共同第一作者周景天（音译）说："我们发现了某些规则，这些规则根据细胞的DNA甲基化模式决定细胞投射到哪里。"神经元之间的连接对其功能至关重要，而这套新规则可能有助于研究人员研究疾病中出现问题的原因。比较小鼠、猴子和人类的运动皮层运动皮层是哺乳动物大脑中参与计划和执行自主肢体运动的部分。贝伦斯、埃克和任领导的研究人员研究了来自人类、小鼠和非人灵长类运动皮层的 20 多万个细胞的甲基化模式和 DNA 结构，以更好地了解运动皮层细胞在人类进化过程中的变化。他们能够确定特定调控蛋白的进化与基因表达模式进化之间的相关性。他们还发现，近 80% 的人类特有的调控元件是可转座元件DNA 的移动小段，可以很容易地改变在基因组中的位置。"我认为，总的来说，这一整套研究为其他人未来的研究提供了蓝图，"索尔克分子神经生物学文森特-科茨讲座教授卡拉韦说。"研究特定细胞类型的人现在可以查看我们的数据，了解这些细胞的所有连接方式以及它们的所有调控方式。这是一种资源，可以让人们提出自己的问题"。编译自: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：