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本周又有一期新的Science期刊（2018年6月8日）發(fā)布，它有哪些精彩研究呢？讓小編一一道來。本期的亮點(diǎn)是我國科學(xué)家再接再厲，在本期Science期刊上同時(shí)發(fā)表5篇論文，這5篇論文的標(biāo)題分別為“Pulmonary neuroendocrine cells amplify allergic asthma responses”、“A LIMA1 variant promotes low plasma LDL cholesterol and decreases intestinal cholesterol absorption”、“Structure of the maize photosystem I supercomplex with light-harvesting complexes I and II”、“Plants send small RNAs in extracellular vesicles to fungal pathogen to silence virulence genes”和“A selfish genetic element confers non-Mendelian inheritance in rice”。
圖片來自Science期刊。
1.Science：揭示肺神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞擴(kuò)大過敏性哮喘反應(yīng)機(jī)制
doi:10.1126/science.aan8546
肺部具有較大的表面面積，能夠檢測吸入空氣中的信號并對它們作出反應(yīng)。肺部和環(huán)境之間的異常相互作用導(dǎo)致許多疾病，如哮喘。體外數(shù)據(jù)表明肺神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞（pulmonary neuroendocrine cell, PNEC）是一類罕見的氣道上皮細(xì)胞，可起著化學(xué)傳感器的作用。一旦在體外培養(yǎng)中受到刺激，它們會(huì)釋放出富含神經(jīng)肽、胺類化合物和神經(jīng)遞質(zhì)的致密核心囊泡。這些生物活性分子能夠引發(fā)免疫反應(yīng)和生理反應(yīng)。近開展的一項(xiàng)體內(nèi)研究揭示出PNEC正常地形成被稱作神經(jīng)上皮小體（neuroepithelial body）的自聚集單元是限制初始肺部（naïve lung）中的免疫細(xì)胞數(shù)量所*的。然而，人們并不清楚PNEC是否能夠在體內(nèi)將外源性氣道信號（如過敏原）轉(zhuǎn)化為下游級聯(lián)反應(yīng)。
為了檢驗(yàn)PNEC在肺部中起著化學(xué)傳感器作用的假設(shè)，來自美國加州大學(xué)圣地亞哥分校、威斯康星大學(xué)麥迪遜分校、加州大學(xué)舊金山分校、華盛頓大學(xué)和中國上海交通大學(xué)的研究人員通過讓氣道上皮細(xì)胞中的Ascl1失活培育出缺乏PNEC的小鼠突變體。他們遵照現(xiàn)存的哮喘模型規(guī)定，讓這些小鼠突變體接觸卵清蛋白或屋塵螨。他們測試這些小鼠突變體是否顯示出與對照小鼠不同的哮喘反應(yīng)，并通過鑒定PNEC的分子效應(yīng)物和細(xì)胞靶標(biāo)闡明了它們的作用機(jī)制。作為對這些在小鼠中的功能測試的補(bǔ)充，他們還研究了人類哮喘患者的PNEC是否會(huì)出現(xiàn)病理變化。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年6月8日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Pulmonary neuroendocrine cells amplify allergic asthma responses”。
盡管在基線時(shí)是正常的，但是在遭受過敏原激發(fā)（allergen challenge）后，相比于對照小鼠，這些Ascl1發(fā)生突變的小鼠（即小鼠突變體）表現(xiàn)出嚴(yán)重下降的杯狀細(xì)胞增生（goblet cell hyperplasia）和免疫細(xì)胞數(shù)量。在研究可能產(chǎn)生的分子效應(yīng)物時(shí)，這些研究人員發(fā)現(xiàn)在遭受過敏原激發(fā)后，相對于對照小鼠，PNEC產(chǎn)生的幾種產(chǎn)物在這些小鼠突變體中下降了，這些產(chǎn)物包括降鈣素基因相關(guān)肽（CGRP）和γ-氨基丁酸（GABA）。在探究可能存在的細(xì)胞靶標(biāo)時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)與PNEC相類似的是，2型先天性淋巴細(xì)胞（ILC2）在氣道分叉處富集。作為PNEC產(chǎn)生的一種產(chǎn)物，CGRP刺激體外培養(yǎng)的ILC2產(chǎn)生白細(xì)胞介素-5（IL-5）。相反，讓ILC2中的CGRP受體基因Calcr1失活會(huì)抑制對過敏原作出的免疫反應(yīng)。與CGRP不同的是，GABA并不導(dǎo)致ILC2分泌的細(xì)胞因子增加。相反，讓GABA生物發(fā)生失活導(dǎo)致在遭受過敏原激發(fā)后發(fā)生的杯狀細(xì)胞增生存在缺陷，這提示著GABA是氣道上皮中發(fā)生的這種反應(yīng)所必需的。此外，在遭受過敏原激發(fā)后，給這些發(fā)生Ascl1突變的小鼠注入CGRP和GABA的混合物可恢復(fù)免疫細(xì)胞增加和杯狀細(xì)胞增生，這就表明這兩種產(chǎn)物是PNEC在體內(nèi)的主要分子效應(yīng)物。與這些來自小鼠的研究結(jié)果相一致的是，這些研究人員發(fā)現(xiàn)在人類哮喘患者中，PNEC的數(shù)量和它們形成的自聚集單元大小都增加了，這可能是這些患者對過敏原作出更強(qiáng)免疫反應(yīng)的原因。
這些研究結(jié)果證實(shí)盡管PNEC是氣道中一個(gè)罕見的細(xì)胞群體，但是它們在將氣道中的過敏原信號放大為粘膜2型免疫反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用。具體而言，PNEC通過它們產(chǎn)生的產(chǎn)物GABA刺激氣道上皮粘液產(chǎn)生。與此同時(shí)，PNEC通過它們產(chǎn)生的另一種產(chǎn)物CGRP刺激ILC2產(chǎn)生細(xì)胞因子，這些細(xì)胞因子接著招募下游的免疫細(xì)胞。PNEC和ILC2在富集氣道顆粒的氣道分叉處形成神經(jīng)免疫模塊。這些研究結(jié)果表明PNEC-ILC2軸的功能是檢測氣道中的輸入信號，如過敏原，并將這些輸入信號放大為肺部中的輸出信號，如過敏性哮喘反應(yīng)。
2.Science：重大進(jìn)展！血液測試可預(yù)測孕婦早產(chǎn)
doi:10.1126/science.aar3819
在一項(xiàng)新的研究中，來自美國斯坦福大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)、阿拉巴馬大學(xué)和丹麥國家血清研究所的研究人員開發(fā)出一種針對孕婦的新型血液測試方法，該方法能夠檢測她們的胎兒是否會(huì)早產(chǎn)，檢測準(zhǔn)確性為75％～80％。這種技術(shù)也可用于估計(jì)胎兒的胎齡（gestational age）或母親的預(yù)產(chǎn)期（due date），而且估計(jì)結(jié)果與超聲波檢查一樣可靠，但要比后者便宜。這種測試方法可能有助減少與早產(chǎn)相關(guān)的問題。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年6月8日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Noninvasive blood tests for fetal development predict gestational age and preterm delivery”。論文通信作者為斯坦福大學(xué)生物工程與應(yīng)用物理學(xué)教授Stephen Quake博士和斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院客座教授Mads Melbye博士。論文作者為前斯坦福大學(xué)博士后學(xué)者Thuy Ngo博士和斯坦福大學(xué)研究生Mira Moufarrej。
這種測試方法通過評估母體血液中的無細(xì)胞RNA（cell-free RNA）水平來測量母體、胎盤和胎兒基因的活性。這些研究人員使用妊娠期間收集的血液樣品，以便鑒定出哪些基因提供關(guān)于胎齡和早產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)的可靠信號。
這種胎齡測試方法是通過研究一組31名丹麥婦女在整個(gè)懷孕期間每周提供的血液開發(fā)出來的。這些女性都是足月妊娠。這些研究人員利用來自其中的21名女性的血液樣品構(gòu)建出一種統(tǒng)計(jì)模型，這種模型鑒定出9種由胎盤產(chǎn)生的可預(yù)測胎齡的無細(xì)胞RNA，并利用剩下的10名女性的血液樣品來驗(yàn)證這種模型。這種模型給出的胎齡估計(jì)值在大約45%的時(shí)間里是準(zhǔn)確的，這與懷孕頭三個(gè)月的超聲波檢查的胎齡估計(jì)結(jié)果（準(zhǔn)確率為48%）相當(dāng)。
為了弄清楚如何預(yù)測早產(chǎn)，這些研究人員使用了來自38名有早產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)的美國女性的血液樣品，其中這些女性之前已發(fā)生過早期子宮收縮或早產(chǎn)。這些女性在她們懷孕第二個(gè)三個(gè)月或末三個(gè)月期間提供了血液樣品。在這組女性中，13名女性早產(chǎn)，其余的25名女性足月分娩。這些研究人員發(fā)現(xiàn)來自母體和胎盤的7個(gè)基因產(chǎn)生的無細(xì)胞RNA水平能夠預(yù)測哪些妊娠會(huì)提前結(jié)束。
Moufarrej說，“大多數(shù)是母體基因。我們認(rèn)為正是母體發(fā)出一種信號表明她準(zhǔn)備分娩了”，并指出這些預(yù)測早產(chǎn)的基因不同于那些提供胎齡相關(guān)信息的基因。
這些研究人員需要在更大的孕婦群體中驗(yàn)證這種新的測試方法，然后才能讓它廣泛地使用。 Quake指出，2008年他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)出的檢測唐氏綜合征的血液測試方法（PNAS, 21 October 2008, doi:10.1073/pnas.0808319105）如今每年在300萬多名孕婦中使用。
3.Science：我國科學(xué)家鑒定出有助調(diào)節(jié)血液膽固醇水平的LIMA1基因突變
doi:10.1126/science.aao6575
在一項(xiàng)新的研究中，來自中國科學(xué)院大學(xué)、武漢大學(xué)、新疆醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院、上海科技大學(xué)和中科院上海生命科學(xué)研究院的研究人員鑒定出一種至少部分地負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)血液中的膽固醇水平的基因突變。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年6月8日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“A LIMA1 variant promotes low plasma LDL cholesterol and decreases intestinal cholesterol absorption”。在這篇論文中，這些研究人員描述了他們?nèi)绾巫粉櫨幋a參與這個(gè)過程的一個(gè)關(guān)鍵蛋白的基因發(fā)生的突變。
這項(xiàng)研究著重分析一個(gè)家庭的基因，這個(gè)家庭除了一個(gè)成員之外都具有異常低的血液LDL-C水平。這些研究人員能夠分離出一種特定的基因突變，這種突變使得這個(gè)成員與這個(gè)家庭的其他成員與眾不同：LIMA1基因突變。基于這一結(jié)果，他們隨后對來自我國哈薩克族的508人---已知這些人具有低水平的血液LDL-C---進(jìn)行基因測試。他們著重分析的這個(gè)家庭也來自我國哈薩克族。對這些數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明那些具有較低血液LDL-C水平的人也攜帶這種相同的基因突變，而那些沒有攜帶這種突變的人具有正常的血液LDL-C水平。更加密切的研究發(fā)現(xiàn)這種基因突變負(fù)責(zé)產(chǎn)生一種他們稱之為LIMA1的蛋白。這些研究人員推測，這種蛋白是LDL-C的一種調(diào)節(jié)劑。
為了更多地了解關(guān)于LIMA1的信息，這些研究人員利用小鼠進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種蛋白似乎在小腸中表達(dá)。他們還提出能夠合成出這種蛋白，這可能導(dǎo)致人們開發(fā)出降低人體內(nèi)的膽固醇水平的藥物，并且有望降低患上心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。
4.Science：我國科學(xué)家解析出與兩個(gè)捕光復(fù)合物結(jié)合在一起的植物光系統(tǒng)I結(jié)構(gòu)
doi:10.1126/science.aat1156
陰天或遮陰的樹木會(huì)引起光線波動(dòng)，這種光線波動(dòng)能夠?qū)е轮参锕庀到y(tǒng)I和II（PSI和PSII）中的能量流動(dòng)失去平衡。Xiaowei Pan等人解析出與兩個(gè)捕光復(fù)合物（LHC）結(jié)合在一起的PSI結(jié)構(gòu)。一個(gè)LHC與PSI永jiu性地結(jié)合在一起。另一個(gè)LHC在jia條件下給PSII提供光能，但是能夠通過一種檢測葉綠體的氧化還原環(huán)境的激酶磷酸化后切換至一種PSI結(jié)合狀態(tài)。 LHC在光系統(tǒng)I和II之間的移動(dòng)有助于維持均勻的能量流動(dòng)。在將PSI核心連接到每個(gè)LHC上的結(jié)構(gòu)中可觀察到兩個(gè)含葉綠素的亞基。
5.Science：對類人猿基因組進(jìn)行高分辨率比較分析
doi:10.1126/science.aar6343
迄今為止獲得的大多數(shù)非人靈長類動(dòng)物基因組因它們存在許多空白區(qū)域和依賴于參考人類基因組提供的指導(dǎo)而被“人源化（humanized）”。 為了消除這種人源化影響，Zev N. Kronenberg等人 生成并組裝一只黑猩猩、一只紅毛猩猩和兩個(gè)人的長讀取基因組，并將它們與之前獲得的大猩猩基因組進(jìn)行比較。這種分析識別出人類和特定猿譜系特異性的基因組結(jié)構(gòu)變異。人類和黑猩猩大腦類器官之間的比較結(jié)果表明相對于黑猩猩而言，人類中特定基因下調(diào)表達(dá)與這種分析中鑒定出的非編碼變異相關(guān)聯(lián)。
6.Science：發(fā)現(xiàn)來自泥盆紀(jì)南極洲的化石四足動(dòng)物
doi:10.1126/science.aaq1645
當(dāng)我們想到所有現(xiàn)代脊椎動(dòng)物的祖先---泥盆紀(jì)四足動(dòng)物（Devonian tetrapod）---時(shí)，我們往往想象成兩棲動(dòng)物樣生物從水中遷移到潮濕的熱帶森林或沼澤。的確，之前描述的這類四足動(dòng)物樣品都是從熱帶地區(qū)獲得的。Robert Gess和Per Erik Ahlberg如今描述了兩個(gè)來自泥盆紀(jì)南極洲（Devonian Antarctica）的化石四足動(dòng)物。因此，四足動(dòng)物的分布可能是性的，這促使我們重新思考這個(gè)重要群體產(chǎn)生的環(huán)境。
7.Science：蜜蜂也存在對零的理解
doi:10.1126/science.aar4975; doi:10.1126/science.aat8958
有人說，社會(huì)對零的理解的發(fā)展促進(jìn)了人類的重大智力進(jìn)步，并且我們被認(rèn)為在這種理解中是獨(dú)yi無二的。盡管近的研究已表明其他的一些脊椎動(dòng)物也理解“空集（empty set）”的概念，但是Scarlett R. Howard等人如今證實(shí)對這種概念的理解存在于未經(jīng)培訓(xùn)的蜜蜂中。 這一發(fā)現(xiàn)提示著這種理解在處理環(huán)境復(fù)雜性的親緣性較遠(yuǎn)物種中獨(dú)立地進(jìn)化出來，而且它可能比之前認(rèn)識的更加廣泛地分布。
8.Science：我國科學(xué)家揭示植物通過胞外囊泡運(yùn)送小RNA沉默致病真菌中的毒力基因
doi:10.1126/science.aar4142; doi:10.1126/science.aat9343
植物能夠利用小RNA（sRNA）干擾病原菌中的毒力基因表達(dá)。Qiang Cai等人證實(shí)小芥菜植物擬南芥通過胞外囊泡將防御性sRNA運(yùn)送到壞死性真菌灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea）中。這些含sRNA的胞外囊泡在感染位點(diǎn)堆積，并且被灰葡萄孢菌細(xì)胞攝取。這些運(yùn)送過來的宿主sRNA誘導(dǎo)真菌中的致病性基因沉默。因此，在與這種病原菌的進(jìn)化軍備競賽中，擬南芥進(jìn)化出胞外囊泡介導(dǎo)的RNA干擾作為它的免疫反應(yīng)的一部分。
9.Science：我國科學(xué)家揭示自私的遺傳因子賦予水稻非孟德爾遺傳
doi:10.1126/science.aar4279
讓野生稻和馴化水稻雜交經(jīng)常導(dǎo)致雜交不育。這種遺傳障礙能夠阻止來自野生稻的潛在有益基因轉(zhuǎn)移到馴化水稻品種中。為了理解這些阻止基因流動(dòng)的遺傳障礙，Xiaowen Yu等人繪制出一種決定著野生稻和馴化水稻之間的不育性的數(shù)量性狀基因座（QTL）。這種QTL編碼在配子發(fā)生過程中都表達(dá)的兩個(gè)開放閱讀框（ORF）。這兩個(gè)ORF編碼一種影響花粉發(fā)育的毒素和一種維持花粉活力所必需的解毒劑。因此，自私的遺傳因子能夠引起促進(jìn)生殖隔離的進(jìn)化策略產(chǎn)生。（生物谷 ）
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