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Nature | 基于BR和GA激素平衡实现半矮秆小麦产量的提升

以半矮秆品种选育和利用为主要特征的“绿色革命”为解决世界粮食问题做出了重要贡献。在小麦中“绿色革命”的诞生在遗传上则主要归功于依赖于赤霉素信号途径的矮秆基因或的发现和利用。但后续研究发现，或在降低小麦株高的同时，对其粒重和氮素利用效率均具有不同程度的负效应，限制了“绿色革命”之后小麦单产水平的进一步提升。近日，中国农业大学农学院小麦研究中心基于正向遗传学研究策略，在小麦4B染色体短臂上鉴定到一个约500 kb的大片段缺失等位变异，该区段含有一个在降低小麦株高同时可协同提升小麦产量和氮素利用效率的新位点(2023年4月26日在线发表，doi: 10.1038/s41586- 023-06023-6)。该大片段缺失中含有和三个紧密连锁的基因，缺失型等位变异命名为。与野生型相比，导致半矮杆表型外，其茎秆强度、耐密性、收获指数、千粒重和产量等有显著提升，在群体水平下缺失单倍型可使小麦增产10%左右。-编码一个含有RING结构域的E3泛素连接酶，通过26S蛋白酶体途径特异性地介导油菜素内酯(BR)信号的负调控因子TaBKI1在质膜上的降解。ZnF功能丧失则导致TaBKI1蛋白在质膜上的过量积累而使得BR信号通路受阻，进而表现出矮秆表型。进一步研究表明，缺失株高和产量等均显著增加，但是的缺失没有明显的表型变化，说明单倍型的表型效应与/的缺失有关。通过标记辅助选择策略，选育出4个含有缺失单倍型的高产、半矮秆小麦苗头品系，在群体条件下的产量较主栽品种高产品种良星99增产6.5%～15.2%。综上，利用单倍型实现了赤霉素和油菜素内酯平衡，为培育出矮杆抗倒、高产和氮高效小麦品种提供了新途径。■推荐人：宿振起

Cell | 发现DNA力学性能中柔性在抗体基因体细胞超突变中的功能

作为体液免疫的分子基础，抗体基因DNA需要经历胞苷脱氨酶AID(activation-induced cytidine deaminase)起始的超突变过程，从而表达抗原特异的高亲和力抗体。胞苷脱氨酶AID如何偏好性作用于抗体基因外显子中互补决定区(complementarity- determining region，CDR)的编码DNA并不清楚。中国科学院分子细胞科学卓越创新中心孟飞龙实验室和上海交通大学医学院上海市免疫学研究所叶菱秀实验室，在合作团队的支持下通过研究CDR偏好性超突变生化机制，发现了抗体基因编码DNA序列柔性的重要生理作用(2023年4月24日在线发表，doi:10.1016/j.cell.2023.03.030)。抗体基因CDR编码区因为富含嘧啶-嘧啶碱基序列而具有较高的柔性，更容易与AID表面正电荷片区结合，引起CDR编码区的超高突变。这一机制在人类、猴子、小鼠、羊驼、兔子、狗甚至是鸭嘴兽中都普遍存在。将柔性序列插入小鼠抗体基因中，可以人工制造新的突变热点。这项研究为DNA大分子力学性能调控细胞生命活动提供了有力的实证，揭示了编码氨基酸密码子的非编码功能，可为下一代抗体基因人源化动物模型的设计提供底层理论。■推荐人：张雷

Nature | 衰老相关的Pol II延伸速度变化影响寿命

衰老对于人类而言是一个永恒的话题。衰老会损害广泛的细胞过程，其中许多过程会影响蛋白质的合成。其中，转录调控是影响蛋白质表达水平的重要环节。由于pre-mRNA加工步骤(如剪接、编辑和3′端形成)的共转录性质，转录延伸对mRNA的正确合成至关重要。转录延伸的失调会导致错误转录物的形成，进而导致多种疾病的发生。在衰老过程中，动物转录组经历了广泛的重塑，转录物的表达发生了大规模变化，涉及信号传导、DNA损伤修复、蛋白质稳态、免疫应答和干细胞可塑性等。此外，一些研究还发现，与衰老相关的遗传变异和基因表达错误的发生概率会随年龄的增加而增加。然而，目前尚不清楚转录过程本身是否或多大程度上影响衰老。近日，德国科隆大学、马克斯普朗克衰老生物学研究所的研究团队首次报道了RNA聚合酶II (Pol II)的延伸速度在衰老过程中的重要作用(2023年4月12日在线发表，doi: 10.1038/s41586-023- 05922-y)。随着年龄的增长，基因的转录速度增加，导致转录保真度丧失，从而影响基因产物的质量。然而，限制饮食和抑制胰岛素信号可以逆转大部分与衰老相关的变化，减缓基因的转录速度。该研究团队分析了线虫、果蝇、小鼠、大鼠和人类的转录过程中与衰老相关的全基因组变化。研究发现这5个物种中，Pol II伸长速度随着年龄的增长而增加，在延长线虫、果蝇和小鼠寿命的条件下Pol II延伸速度降低。研究人员在果蝇和蠕虫体内的Pol II蛋白上，利用基因编辑技术对Pol II突变改造，使得突变后的Pol II转录速度减缓。他们发现带有这些突变的动物寿命较对照组增加了10%～20%。类似地，通过过表达组蛋白成分降低Pol II的速度，以对抗与年龄相关的核小体定位变化，也延长了果蝇的寿命以及人类肺细胞和脐静脉细胞的分裂潜力。总而言之，该项研究揭示了Pol II的延伸速度对寿命的重要影响，表明Pol II可能是开发减缓甚至逆转衰老药物的潜在靶点。■推荐人：许鑫璘，李珊珊

Cell | 耦联翻译的核糖体影响细菌转录——牺牲精度以提高速度

为了满足快速生长的需要，原核生物的核糖体通常会结合到仍处于转录中的mRNA上开始翻译过程。这一机制极大提高蛋白合成效率但同时也存在影响转录的可能。近日，美国加州大学伯克利分校Carlos J. Bustamante团队和劳伦斯国家实验室的Eva Nogales等报道了利用人工构建的大肠杆菌转录翻译耦联系统对此问题的研究成果(2023年3月16日发表，doi: 10.1016/j.cell.2023.02.008)，发现翻译中的核糖体不但可以有效防止RNA聚合酶的停顿和转录终止，而且能够成倍提高转录的速率。基于大肠杆菌元件，该项研究构建了能够在mRNA水平上形成特定结构特征的无细胞转录翻译系统，通过测量与核糖体耦联的单个RNA聚合酶转录的速率和准确度，比较得出耦联核糖体促进聚合酶转录效率的结果，且揭示整个体系的运转完全依赖于蛋白和核酸的作用力，无需额外辅助。研究人员还利用冷冻电镜观察了聚合酶转录含有末端错配序列时耦联核糖体的作用，发现偶联核糖体能够引导聚合酶变构，从而可以通过错配序列。基于此，研究者指出对细菌而言聚合酶在转录过程中的停顿构成严重生存威胁，需要耦联的核糖体才能够得以解除。■推荐人：高海春

Science | 提出利用动物抗体人工设计NLR蛋白用于提高植物免疫的新策略

植物固有免疫由于其识别专一性，常常不能迅速变化以识别多变的病原物效应蛋白。而由动物适应性免疫系统所产生的抗体却可以针对病原体做出快速且特异的响应。英国东英吉利大学塞恩斯伯里实验室 Sophien Kamoun团队在发表题为NLR immune receptor–nanobody fusions confer plant disease resistance的研究性论文。研究者提出通过驼类动物免疫体系纯化抗体，人工设计植物免疫蛋白，从而赋予植物一种基于动物抗体的病原物特异性防御(2023年3月2日在线发表，doi:10.1126/science. abn4116)。该研究利用前人报道的可识别荧光蛋白GFP和mCherry的纳米抗体替换到水稻免疫受体NLR蛋白(Pikm)的整合结构域上，从而人工设计出新的免疫受体Pikobody。在烟草体系中共表达携带GFP或mCherry的马铃薯病毒载体及识别相应荧光蛋白的Pikobody能够引发细胞死亡，从而抑制病毒增殖数量。多个Pikobody共表达还能够增加蛋白的识别范围。这项工作揭示了人工设计免疫受体有潜力成为一个快速且特异性的抗病虫策略。■推荐人：程航远，鲁非

Science | 人类卵母细胞非中心体纺锤体组装的新机制

纺锤体的正确组装是生殖细胞确保染色体的正确分离，减数分裂顺利进行的重要事件。体细胞的纺锤体组装一般由中心体介导，而人卵母细胞一直认为不存在中心粒微管组织中心aMTOCs，那么人类卵母细胞纺锤体究竟是如何形成的？这一科学问题的答案尚未可知。2022年11月18日，复旦大学生物医学研究院王磊团队等在杂志上发文揭示了人类卵母细胞非中心体纺锤体组装的机制，人卵母细胞中存在独特全新的微管组织中心huoMTOC (human oocyte microtubule organizing center)，形成于卵母细胞皮质区，最后在动粒附近起始纺锤体微管处聚集和生长(doi: 10.1126/science. abq7361)。在MI人卵母细胞中，有4个蛋白CCP110、CKAP5、DISC1和TACC3蛋白同时定位huoMTOC。此后，他们在1400余名卵母细胞成熟障碍患者的全外显子测序数据中进行突变筛查，结果发现两位患者携带TACC3的复杂合致病突变，且GV期huoMTOC结构均被破坏，MI期卵母细胞中无纺锤体形成。该研究从生理病理角度揭示了人卵母细胞纺锤体组装新机制。■推荐人：廖凯，卢大儒