生物學(xué)科技信息

[古生物]

合肥工業(yè)大學(xué)發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)古胎生爬行動(dòng)物

據(jù)2017年2月16日《中國(guó)科學(xué)報(bào)》報(bào)道，合肥工業(yè)大學(xué)劉俊課題組的一項(xiàng)新研究描述了一具懷孕的爬行動(dòng)物的化石，該化石距今約有2.45億年歷史。這一發(fā)現(xiàn)表明這種與恐龍、鳥類和鱷魚同屬一組的主龍形下綱爬行動(dòng)物會(huì)產(chǎn)下活幼崽，而非產(chǎn)卵。此前從未發(fā)現(xiàn)過(guò)胎生的主龍形下綱動(dòng)物。新發(fā)現(xiàn)的化石來(lái)自一具新恐頭龍，是一種在中國(guó)發(fā)現(xiàn)的長(zhǎng)頸水生爬行動(dòng)物。一具高度發(fā)育的胚胎被保存在成年恐頭龍的腹部，為胎生提供了證據(jù)。相關(guān)成果在線發(fā)表于《自然·通訊》雜志。

中外科學(xué)家合作發(fā)現(xiàn)原始后口動(dòng)物

據(jù)2017年2月5日《光明日?qǐng)?bào)》報(bào)道，西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系韓健等日前在陜西南部寬川鋪生物群中微型動(dòng)物化石的研究中，發(fā)現(xiàn)了最古老的原始后口動(dòng)物——冠狀皺囊動(dòng)物。這種成體僅1 mm的微型動(dòng)物，被認(rèn)為代表著顯生宙最早期的微型人類遠(yuǎn)祖至親。這一發(fā)現(xiàn)，將對(duì)人類早期祖先的認(rèn)知，由距今5.2億年前推至5.35億年前，其體積則也由“厘米級(jí)”推至“毫米級(jí)”。相關(guān)研究成果在《自然》雜志以封面亮點(diǎn)文章的形式在線發(fā)表。

多年來(lái)，韓健研究小組運(yùn)用酸蝕法、顯微電鏡以及顯微CT等技術(shù)對(duì)距今5.35億年的陜南寬川鋪生物群中微型動(dòng)物化石進(jìn)行深入研究。所發(fā)現(xiàn)的這一冠狀皺囊動(dòng)物呈橢球形，成體大小約1 mm左右，腹面具有可伸縮的環(huán)狀口部，表面有4對(duì)體錐，卻無(wú)尾部和肛門。最重要的是，它出現(xiàn)了被認(rèn)為是鰓裂構(gòu)造雛形的成對(duì)排水鰓孔。所有特征顯示，這種最古老、最原始的后口動(dòng)物，很可能就是科學(xué)界期盼已久的后口動(dòng)物亞界的一個(gè)根，對(duì)深入探討兩側(cè)對(duì)稱動(dòng)物的軀體構(gòu)型起源具有重大意義。

中英合作發(fā)現(xiàn)種類最多古海綿動(dòng)物群展現(xiàn)史前物種大滅絕后的海底生物世界

據(jù)2017年2月11日《光明日?qǐng)?bào)》報(bào)道，從2012年起，由中科院南京地質(zhì)古生物所和英國(guó)古生物學(xué)者組成的科研團(tuán)隊(duì)，在我國(guó)浙江省安吉縣賦石水庫(kù)邊發(fā)現(xiàn)了距今4億多年的安吉?jiǎng)游锶?，包?000塊海綿動(dòng)物化石，超過(guò)75個(gè)種類，大部分是新物種。該動(dòng)物群是迄今發(fā)現(xiàn)的蘊(yùn)含海綿動(dòng)物種類最多的動(dòng)物化石群。這一的發(fā)現(xiàn)為人類重新展現(xiàn)了史前物種大滅絕之后的海底世界。

在距今4.45億年前的奧陶紀(jì)末期，發(fā)生了顯生宙以來(lái)的第一次大規(guī)模生物滅絕事件。當(dāng)時(shí)陸地生物尚未進(jìn)化成型，而85%的海洋生物在短時(shí)間內(nèi)滅絕，整個(gè)海洋生態(tài)系統(tǒng)遭受重創(chuàng)。根據(jù)過(guò)往研究，該次事件后，海洋生物一片凋零。但由于記錄殘缺不全，人們很難重建當(dāng)時(shí)的生物世界是什么模樣。而這次發(fā)現(xiàn)為人類認(rèn)知奧陶紀(jì)末期大滅絕后的生物世界打開了新窗口：實(shí)際上，在災(zāi)難之后，海洋深處仍有豐富的、多門類的、多種生態(tài)的生物繁衍生息，甚至還生機(jī)蓬勃。此項(xiàng)成果已發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》雜志上。

[生物保護(hù)]

意英合作研究發(fā)現(xiàn)氣候變化影響700多種瀕危物種

據(jù)2017年2月17日《科技日?qǐng)?bào)》援引報(bào)道，意英聯(lián)合研究表明，目前有超過(guò)700種瀕危的哺乳動(dòng)物和鳥類受到氣候變化的負(fù)面影響，其中人類的“近親”——靈長(zhǎng)類動(dòng)物是受影響最嚴(yán)重的物種之一，因?yàn)槠錈釒⒌氐臍夂驍?shù)千年來(lái)一直很穩(wěn)定。研究成果發(fā)表于《自然·氣候變化》雜志。

研究人員認(rèn)為，靈長(zhǎng)類動(dòng)物和有袋目哺乳動(dòng)物中，受氣候變暖影響的數(shù)量最多。僅兩組哺乳動(dòng)物、嚙齒動(dòng)物和食蟲動(dòng)物可能會(huì)從氣候變化中受益，一方面由于它們的繁殖率高而快；另一方面也因?yàn)樗鼈儾⒉秽笥谀硞€(gè)特定的棲息地，而且常常生活在地洞中，而地洞為它們提供了一種對(duì)天氣變化幾乎“免疫”的環(huán)境。

研究人員開發(fā)出一款模型，將動(dòng)物的體重和其他屬性同氣候中的變化因素，如溫度變化進(jìn)行比較。論文作者指出，根據(jù)他們的模型，位列國(guó)際自然保護(hù)聯(lián)盟瀕危物種紅色名錄中的動(dòng)物，有47%的陸生哺乳動(dòng)物(873種中的410種)和23.4%的鳥類(1272種中的298種)，受氣候變化影響遠(yuǎn)超此前預(yù)期。

[組織工程]

科學(xué)家首次培育出人豬嵌合體胚胎

據(jù)科學(xué)網(wǎng)2017年1月30日?qǐng)?bào)道，一個(gè)國(guó)際科研小組26日在美國(guó)《細(xì)胞》雜志上宣布，他們把人類干細(xì)胞注入豬胚胎中，首次成功培育出人豬嵌合體胚胎，并在豬體內(nèi)發(fā)育了3到4周時(shí)間?？茖W(xué)家認(rèn)為，這項(xiàng)工作有助于在動(dòng)物體內(nèi)培育出可供移植的人類器官，從而解決移植器官來(lái)源嚴(yán)重不足的難題。

培育嵌合體胚胎分為兩個(gè)階段。首先，利用有“基因剪刀”之稱的CRISPR技術(shù)，刪除豬胚胎內(nèi)形成器官的關(guān)鍵基因，創(chuàng)造遺傳“空位”；其次，把人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞注入豬胚胎內(nèi)。誘導(dǎo)多能干細(xì)胞從人類體細(xì)胞中直接獲得，具有與胚胎干細(xì)胞一樣分化為各類細(xì)胞的能力。囊胚是動(dòng)物胚胎發(fā)育的一個(gè)早期階段，是一個(gè)中空的細(xì)胞球。吳軍介紹說(shuō)，他們使用3種不同狀態(tài)的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞分別植入1500多個(gè)豬囊胚。在植入豬體內(nèi)后，這些囊胚經(jīng)過(guò)21 d到28 d發(fā)育，有186個(gè)依然存活，其中不同狀態(tài)的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞在豬胚胎中形成“不等程度的嵌合”，但其總體嵌合率比例較低，每10萬(wàn)個(gè)豬細(xì)胞中可能只有不到1個(gè)人類細(xì)胞”。人類細(xì)胞比例低是一個(gè)好消息，因?yàn)槿藗儗?duì)人豬嵌合體的一大擔(dān)憂是它可能會(huì)太像人，包括人類細(xì)胞對(duì)豬的大腦發(fā)育產(chǎn)生影響。在新研究中，人類細(xì)胞發(fā)育成了肌肉細(xì)胞和其他組織器官的前體細(xì)胞，而不是腦細(xì)胞的前體細(xì)胞。

美異種器官再造移植讓大鼠體內(nèi)長(zhǎng)出小鼠胰島

據(jù)2017年1月26日《科技日?qǐng)?bào)》報(bào)道，英國(guó)《自然》雜志24日在線發(fā)表了一項(xiàng)再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重大進(jìn)展：在大鼠體內(nèi)生長(zhǎng)、然后被移植回糖尿病小鼠體內(nèi)的小鼠胰島能長(zhǎng)時(shí)間正常發(fā)揮功能。這項(xiàng)研究在應(yīng)用前還需面對(duì)倫理與法律的挑戰(zhàn)。

據(jù)悉，美國(guó)斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院中內(nèi)啟光團(tuán)隊(duì)，將小鼠多能干細(xì)胞注入無(wú)法長(zhǎng)出胰腺的大鼠胚胎，在干細(xì)胞發(fā)育為胰島細(xì)胞后將它們分離出來(lái)，移植到糖尿病小鼠體內(nèi)。研究團(tuán)隊(duì)在超過(guò)一年的時(shí)間中，成功將小鼠的血糖值控制在了正常水平，且除了移植的最初5 d外，小鼠并不需要長(zhǎng)期的免疫抑制。

美國(guó)哈佛大學(xué)研究人員周喬(音譯)表示，在患者喪失胰島素分泌細(xì)胞、藥物無(wú)法控制Ⅰ型糖尿病病情的情況下，胰島移植能為患者帶來(lái)希望。然而，包括糖尿病患者在內(nèi)，成千上萬(wàn)等待器官移植的患者都面臨著難以找到合適的捐贈(zèng)器官的問(wèn)題。多能干細(xì)胞具有生產(chǎn)出無(wú)限量替代細(xì)胞和組織的潛力，但要在人類中應(yīng)用，上述方法必須經(jīng)過(guò)修正。

[植物生理]

中國(guó)農(nóng)科院植保所揭示水稻程序性細(xì)胞死亡新機(jī)制

據(jù)科學(xué)網(wǎng)2017年1月17日?qǐng)?bào)道，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保所王國(guó)梁團(tuán)隊(duì)，通過(guò)圖位克隆方法鑒定到一個(gè)負(fù)調(diào)控水稻程序性細(xì)胞死亡的死亡抵抗蛋白(DRP)，揭示了該蛋白通過(guò)調(diào)控水稻細(xì)胞色素C從線粒體的釋放而控制細(xì)胞程序性死亡發(fā)生的機(jī)制。相關(guān)成果在線發(fā)表在《科學(xué)公共圖書館·病原學(xué)》上。

植物的假病斑突變是在沒(méi)有外來(lái)病原物侵染情況下細(xì)胞自發(fā)形成的程序性細(xì)胞死亡，這種遺傳學(xué)上的突變會(huì)帶來(lái)抗性相關(guān)基因的誘導(dǎo)表達(dá)和植物對(duì)病蟲害的抗性增強(qiáng)。假病斑發(fā)生與形成機(jī)制的深入研究對(duì)了解植物程序性細(xì)胞死亡分子機(jī)制、植物抗性機(jī)理與信號(hào)傳導(dǎo)都具有重要的意義，同時(shí)可為選育植物抗性新材料提供分子依據(jù)與遺傳材料。

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)在水稻組織培養(yǎng)過(guò)程中得到的一個(gè)水稻假病斑突變體dj-lm進(jìn)行了遺傳、生化和細(xì)胞生物學(xué)分析。該突變體從苗期到水稻成熟全生育期均呈假病斑表型，植株的抗病性增強(qiáng)，并伴有明顯的活性氧簇產(chǎn)生。利用圖位克隆方法成功克隆了控制該假病斑表型的基因OsDRP1E，發(fā)現(xiàn)OsDRP1E的E409V點(diǎn)突變導(dǎo)致細(xì)胞死亡。進(jìn)一步的功能分析表明，OsDRP1E的E409V突變會(huì)影響其鳥苷三磷酸酶活性、線粒體的定位和細(xì)胞色素C的釋放。

[微生物]

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)現(xiàn)作物疫病發(fā)生新機(jī)制

據(jù)2017年1月20日《科技日?qǐng)?bào)》報(bào)道，美國(guó)《科學(xué)》雜志以研究長(zhǎng)文形式在線發(fā)表南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王源超團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)關(guān)于作物疫病發(fā)生機(jī)制的成果。研究團(tuán)隊(duì)觀察到，疫霉菌攻擊宿主時(shí)會(huì)使出一招瞞天過(guò)海的“誘餌模式”(DECOY)：疫霉菌在侵染植物早期，向胞外分泌糖基水解酶XEG1攻擊植物細(xì)胞壁，而植物則利用水解酶抑制子GIP1抑制其活性；在進(jìn)化的過(guò)程中，病原菌又獲得了XEG1的失活突變體XLP1，以誘餌“DECOY”的方式，競(jìng)爭(zhēng)性干擾抑制子GIP1，與XEG1協(xié)同攻擊植物的抗病性。在稍早的研究中，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)植物能夠利用細(xì)胞膜上的受體識(shí)別XEG1，啟動(dòng)基礎(chǔ)水平的抗性，但是病原菌又可以分泌效應(yīng)子到寄主細(xì)胞內(nèi)干擾其抗性。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的疫病菌有160多種，能侵染數(shù)千種植物，是全球糧食、食品和生態(tài)安全的重要威脅。這些新發(fā)現(xiàn)為開發(fā)能誘導(dǎo)植物廣譜抗病性的生物農(nóng)藥提供了重要的理論基礎(chǔ)。

[細(xì)胞生物學(xué)]

清華大學(xué)揭示真核生物電壓門控鈉離子通道的近原子分辨率三維結(jié)構(gòu)

據(jù)2017年2月11日《光明日?qǐng)?bào)》報(bào)道，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院顏寧研究組在《科學(xué)》在線發(fā)表了《真核生物電壓門控鈉離子通道的近原子分辨率三維結(jié)構(gòu)》的研究長(zhǎng)文，在世界上首次報(bào)道了真核生物電壓門控鈉離子通道(“鈉通道”)的近原子分辨率的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，為理解其作用機(jī)制和癲癇、心律失常等相關(guān)疾病致病機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。

顏寧研究組放棄了對(duì)于大分子量蛋白的追求，而利用序列分析選取長(zhǎng)度最短的真核鈉離子通道，成功利用重組技術(shù)獲得了表達(dá)量較高、性質(zhì)穩(wěn)定均一的美洲蟑螂的鈉通道蛋白，并利用單顆粒冷凍電鏡的方法，重構(gòu)出了可以清晰分辨絕大多數(shù)側(cè)鏈的真核生物鈉離子通道的三維結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的解析為理解鈉通道的離子選擇性、電壓依賴的激活與失活特性以及配體抑制機(jī)理提供了重要的分子基礎(chǔ)。該研究成果標(biāo)志著所有經(jīng)典的電壓門控陽(yáng)離子通道都有了三維結(jié)構(gòu)模板，而其中由單鏈折疊而成的真核鈣離子和鈉離子通道結(jié)構(gòu)都是顏寧實(shí)驗(yàn)室率先獲得。

[合成生物學(xué)]

美造出“穩(wěn)定”的半合成有機(jī)體向創(chuàng)造新生命形式邁出重要步伐

據(jù)2017年1月26日《科技日?qǐng)?bào)》報(bào)道，美國(guó)斯克里普斯所羅梅斯伯格研究小組通過(guò)優(yōu)化人工堿基等途徑，制造出了“穩(wěn)定”的半合成有機(jī)體，對(duì)未來(lái)的生物醫(yī)療開發(fā)具有重要意義，也朝著創(chuàng)造新生命形式邁出重要一步。有關(guān)研究成果發(fā)表在美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上。

2014年，羅梅斯伯格等宣布，他們制造出兩個(gè)相配對(duì)的人工堿基X與Y，并將這個(gè)新的堿基對(duì)成功插入大腸桿菌的DNA中，制造出第一個(gè)半合成有機(jī)體。人工堿基研究被美國(guó)《科學(xué)》雜志評(píng)為2014年十大科學(xué)突破之一。但所制造的半合成有機(jī)體生長(zhǎng)緩慢，而且非自然堿基X與Y無(wú)法永久性傳遞下去，會(huì)隨著細(xì)胞的分裂很快消失。

在新的研究中，羅梅斯伯格等進(jìn)行了三大改進(jìn)。首先，優(yōu)化了所使用的核苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)工具，加快了大腸桿菌的生長(zhǎng)速度，并在分裂時(shí)容易保留堿基X與Y；第二，人工堿基Y獲得優(yōu)化，更容易在DNA復(fù)制過(guò)程中被合成DNA分子的酶識(shí)別，從而讓細(xì)胞更容易復(fù)制人工堿基對(duì)；第三，研究人員利用最新基因編輯工具CRISPR/Cas9開發(fā)了一個(gè)查錯(cuò)工具，它會(huì)把不含X與Y堿基對(duì)的基因序列視為外來(lái)入侵者，這樣不含X與Y堿基的細(xì)胞將被銷毀。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，優(yōu)化后的半合成有機(jī)體細(xì)胞分裂60次后依然保持有X與Y堿基。羅梅斯伯格據(jù)此認(rèn)為：改進(jìn)措施讓半合成有機(jī)體細(xì)胞在分裂過(guò)程中能無(wú)限保留兩個(gè)人工堿基：這項(xiàng)工作使用的是單細(xì)胞生物，而不是更復(fù)雜的有機(jī)體：所制造的半合成有機(jī)體目前尚無(wú)實(shí)際應(yīng)用，只能用來(lái)存儲(chǔ)基因信息，但將來(lái)可用于幫助創(chuàng)造單細(xì)胞有機(jī)體的新功能，從而在新藥研發(fā)等方面發(fā)揮重要作用。

[干細(xì)胞技術(shù)]

我國(guó)揭示RNA結(jié)合蛋白DDX5在體細(xì)胞重編程中的關(guān)鍵作用

據(jù)科學(xué)網(wǎng)2017年1月20日?qǐng)?bào)道，中科院廣州生物醫(yī)藥與健康院姚紅杰課題組揭示了RNA結(jié)合蛋白(RBP)DDX5對(duì)體細(xì)胞重編程的重要作用和調(diào)節(jié)機(jī)制，加深了對(duì)RBP介導(dǎo)細(xì)胞命運(yùn)決定的認(rèn)識(shí)。相關(guān)研究成果在《細(xì)胞·干細(xì)胞》雜志在線發(fā)表。

課題組發(fā)現(xiàn)，重編程過(guò)程中，雖然DDX5的表達(dá)逐步上升，但卻發(fā)揮著抑制重編程的作用。DDX5功能缺失通過(guò)影響微小RNA(microRNA)125b的表達(dá)水平，從而上調(diào)非經(jīng)典PRC1復(fù)合物里的RING1和YY1結(jié)合蛋白(RYBP)的表達(dá)水平。DDX5功能缺失和RYBP過(guò)表達(dá)在重編程早期影響間質(zhì)細(xì)胞向上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)變，在重編程晚期影響多能性基因的激活。

研究發(fā)現(xiàn)，DDX5功能缺失上調(diào)RYBP，從而進(jìn)一步促進(jìn)了組蛋白H2A賴氨酸K119位點(diǎn)的泛素化(H2AK119ub1)的水平，并促進(jìn)H2AK119ub1富集到部分胚層分化特異基因的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上，進(jìn)而抑制這類基因的表達(dá)。

課題組還發(fā)現(xiàn)，RYBP存在于兩個(gè)完全不同的復(fù)合物中，一部分RYBP與多梳抑制復(fù)合物1(PRC1復(fù)合物)存在于同一個(gè)復(fù)合物中，可能發(fā)揮抑制部分胚層分化基因的作用；而另一部分RYBP與多能性因子OCT4存在于同一個(gè)復(fù)合物，發(fā)揮基因激活的作用。RYBP在基因組中的結(jié)合位點(diǎn)有很大一部分與OCT4的結(jié)合位點(diǎn)相重疊，而且RYBP有利于招募OCT4到組蛋白去甲基化酶基因Kdm2b的啟動(dòng)子區(qū)，并激活內(nèi)源多能性基因的表達(dá)從而促進(jìn)體細(xì)胞重編程，此功能是PRC1非依賴性的。

該研究揭示了RBP DDX5在調(diào)節(jié)體細(xì)胞重編程中的重要功能，并凸顯了Ddx5-microRNA-125b-Rybp上下游關(guān)系在體細(xì)胞重編程中的重要性。該研究首次揭示了RNA結(jié)合蛋白在體細(xì)胞重編程中的調(diào)控作用，同時(shí)揭示了RNA結(jié)合蛋白與表觀遺傳信息之間的crosstalk在細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變中發(fā)揮重要作用，為細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變的機(jī)制研究和技術(shù)開發(fā)提供了新思路。