曹晓风研究组揭示AtPRMT3-RPS2B在促进核糖体生物合成以及维持生长与胁迫响应平衡的翻译调控机制王秀杰研究组发布重复序列扩增相关疾病的数据库DRED何康敏研究组及合作者发现黏着斑调控PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT信号时空激活的新机制李云海等团队合作发现了水稻和小麦种子大小和重量调控的新机制李云海团队发现了DA1调控根尖干细胞功能的重要机制田烨研究组发现TGF-β信号通路调控神经-肠道线粒体应激反应与脂质代谢田志喜/李家洋院士/谢芳/Jeff J. Doyle团队在豆科植物根瘤共生固氮进化机制研究中取得重要进展张永清研究组合作研发基因编辑动物新发突变数据库VDGE税光厚研究组合作揭示脐带血神经酰胺在早期预警儿童期代谢健康中的作用税光厚研究组合作揭示红细胞膜脂对维持性血液透析患者预后的作用税光厚研究组合作揭示大脑出血后代谢微环境的动态演变
曹晓风研究组揭示AtPRMT3-RPS2B在促进核糖体生物合成以及维持生长与胁迫响应平衡的翻译调控机制植物由于固着生长的特性，在生长发育过程中会面临多种环境变化。为了适应复杂的外界环境，植物进化出一系列精密的机制。在逆境条件下，植物往往牺牲自身的生长以增强生存能力。通过调控生长发育及胁迫响应相关基因的表达，植物能够更有效地适应外部环境变化，实现生长与胁迫响应之间的平衡。过去的研究主要集中在转录水平，然而其中的翻译调控机制仍知之甚少。核糖体作为细胞内的翻译机器，是蛋白质合成的重要场所，且容易受到各种内在/外在环境刺激的影响，使得其在生物体的生长发育和胁迫响应中起着关键作用。前期研究发现，拟南芥蛋白质精氨酸甲基转移酶AtPRMT3通过调控核糖体RNA前体(pre-rRNA)加工，参与核糖体的生物合成(Hang et al., PNAS, 2014)。进一步研究揭示了AtPRMT3与核糖体小亚基蛋白RPS2B协同调控细胞核内核糖体前体加工和抑制核仁胁迫过程的重要功能(Hang et al., Molecular Plant, 2021)。为深入探索AtPRMT3-RPS2B在调控核糖体动态加工，以及在植物生长与胁迫反应中的重要功能。本研究通过正向遗传学手段筛选获得显性抑制基因PDCD2-D1，它能够部分恢复 atprmt3突变体的生长发育缺陷和异常核糖体状态。研究表明， PDCD2通过促进核糖体前体从细胞核向细胞质的有效运输，在AtPRMT3-RPS2B所介导的核糖体前体动态组装过程中发挥重要的调控功能，从而确保细胞质中核糖体的正常翻译。此外，研究发现AtPRMT3-RPS2B是冷冻胁迫的负调控因子。结合多聚核糖体谱分析和Ribo-seq实验表明AtPRMT3-RPS2B在维持核糖体翻译平衡过程中具有重要功能。AtPRMT3-RPS2B的功能缺失促进胁迫相关基因的翻译，而抑制生长发育相关基因的翻译。从而在机制上阐明了atprmt3/rps2b突变体具有生长发育缺陷和抗冷冻表型的内在原因。综上所述， 本研究不仅揭示了核糖体翻译在植物生长发育和胁迫响应的表达平衡机制，也为作物生长与抗逆的研究提供了理论基础。该研究结果以题为“AtPRMT3-RPS2B promotes ribosome biogenesis and coordinates growth and cold adaptation trade-off”的研究论文于2024年10月8日发表在Nature Communications杂志 (DOI:10.1038/s41467-024-52945-8)。中国科学院遗传与发育生物学研究所曹晓风研究组助理研究员王震和博士生张笑凡为论文第一作者，曹晓风研究员和王震助理研究员为论文通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院先导项目的资助。图：AtPRMT3-RPS2B调控核糖体生物合成和维持翻译平衡的模式图
Plant Biotechnology Journal转座子(transposable elements, TEs)是真核生物基因组中广泛存在的DNA重复序列,约占水稻基因组的35%。转座子作为植物产生遗传变异的重要来源，通过多种机制调控基因表达及表型变异。水稻的泛转座子变异图谱研究表明，转座子在水稻驯化和育种性状改良中起着十分重要的作用。2024年10月1日，李家洋院士领衔的中国科学院遗传与发育生物学研究所和崖州湾国家实验室的科研团队合作在国际著名学术期刊Plant Biotechnology Journal在线发表了题为“Generation of OsGRF4 and OsSNAC1 alleles for improving rice agronomic traits by CRISPR/Cas9-mediated manipulation of transposable elements”的研究论文。该研究通过对水稻基因OsGRF4或OsSNAC1的非编码区进行转座子编辑，实现了对目的基因表达的精确调控，创制的优良等位基因为作物遗传育种提供了新策略。
微型反向重复转座子(miniature inverted-repeat TEs, MITEs)是一种短小、非自主的 DNA 转座子(100-800 bp)，是水稻基因组中数量较多的转座元件，至少与58%的水稻基因紧密相关。研究表明MITEs是水稻基因表达变异的主要驱动因素之一，利用MITE 插入多态性进行全基因组关联研究有助于挖掘控制农艺性状的潜在基因。该研究推测通过CRISPR/Cas9基因编辑技术合理设计基因非编码区的MITEs转座子分布可以上调或者下调目标基因的表达，从而创制新的基因等位基因型来改良水稻性状。为验证这一设想，该研究选择了水稻中的生长调节因子4基因OsGRF4 (growth-regulating factor 4)和胁迫响应基因OsSNAC1 (stress-responsive NAC1)进行研究。OsGRF4 可正向调控水稻产量的相关性状，在其终止密码子下游的1200 bp内插入了一个 294-bp的PIF/Harbinger超家族MITE。OsSNAC1 可以增强水稻的耐盐性，但在其上下游非翻译区中均未检测到MITE。研究发现水稻某些基因下游非编码区中的MITE可以介导靶基因的翻译抑制，因此该研究推测可以通过 CRISPR/Cas9技术删除OsGRF4下游非翻译区中的MITE创制出过表达的等位基因型。作者针对OsGRF4基因的MITE靶区域设计并构建了2个CRISPR/Cas9 sgRNAs对其进行编辑。对得到的无转基因的纯合突变体进行研究发现：OsGRF4基因的MITE删除使得OsGRF4mite突变体中靶蛋白的丰度都得到了提高，与产量相关的农艺现状得到了改善（图）。据报道，水稻基因上游非翻译区中的一些MITEs 可作为增强子，如 miniature Ping (mPing) TE，可以增加盐胁迫响应基因的转录水平。因此，作者尝试将 430-bp 的 mPing 插入到耐盐基因 OsSNAC1的上游非翻译区。对得到的纯合突变体进行研究发现：OsSNAC1基因的MITE插入使得OsSNAC1MITE突变体中靶基因的转录水平在盐胁迫下得到了提高，增强了其耐盐性（图）。本研究为转座子驱动的作物遗传育种提供了新途径。 中国科学院遗传与发育生物学研究所的博士研究生郑云娜，崖州湾国家实验室水稻创新团队的科研主管陈明江博士和博士后熊敦品为论文的共同第一作者，青年科学家王洪文为通讯作者。李家洋院士对这次科研合作给予了大力支持和指导。该研究得到了海南省院士创新平台专项科研基金、科技创新2030重大项目、崖州湾国家实验室2023年基础研究项目、国家自然科学基金委以及海南优秀人才团队项目的资助。图: 通过基因编辑技术合理设计非编码区的MITEs转座子分布来改良水稻性状
王秀杰研究组发布重复序列扩增相关疾病的数据库DREDGenomics, Proteomics & Bioinformatics人类基因组中短串联重复序列的异常扩增通常会导致严重的疾病，尤其是神经退行性疾病，例如脆性X综合征、亨廷顿病和脊髓小脑性共济失调等。对已知通过重复序列扩增导致疾病基因的系统整理有助于科研与医务人员全面了解这些疾病，以便开展相关致病机制和诊疗方法的研究。但目前尚缺乏针对重复序列扩增相关疾病的专门数据库。
为解决这一问题，中国科学院遗传与发育生物学研究所王秀杰研究组开发了重复序列扩增相关疾病的数据库DRED (http://omicslab.genetics.ac.cn/dred/)。该数据库涵盖了 PubMed 和 OMIM 中报道的所有重复序列扩增相关疾病及其致病基因，并提供每种疾病条目和疾病相关基因与重复序列的详细信息，以及这些基因的表达特征和人群变异情况等。该数据库还包含了研究团队基于机器学习方法预测出的516个可能通过重复序列扩增而导致疾病的基因，从而为鉴定新的重复序列扩增相关疾病及其致病机制提供参考。
该成果以“DRED: A Comprehensive Database of Genes Related to Repeat Expansion Diseases” 为题于2024年9月30日在线发表于Genomics, Proteomics & Bioinformatics杂志（DOI:10.1093/gpbjnl/qzae068）。王秀杰研究组的工程师史庆庆和已毕业的博士生戴敏为该论文的共同第一作者，王秀杰研究员为通讯作者。该研究得到了北京市自然科学基金重点项目和国家重点研发计划项目的资助。
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图：DRED数据库的框架和功能说明图
何康敏研究组及合作者发现黏着斑调控PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT信号时空激活的新机制PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT信号通路在细胞的生长、增殖、代谢和迁移等过程中起着重要的调控作用，该信号通路是癌症中突变频率最高的信号通路之一。然而，作为最重要以及研究最多的信号通路之一，PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT信号通路在哺乳动物细胞中时空激活的亚细胞定位和调控机制仍不清楚。
2024年11月1日，中国科学院遗传与发育生物学研究所何康敏研究组与中国科学院杭州医学研究所的方晓红研究组合作在Molecular Cell杂志在线发表了题为“Spatial organization of PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT signaling by focal adhesions”的研究论文。该研究使用活细胞单分子荧光成像，结合脂质分子探针设计、基因编辑、图像分析等方法，揭示了黏着斑（focal adhesion）调控PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT信号通路时空激活的新机制。 PIK3CA是人类癌症中突变频率最高的原癌基因，PTEN是突变频率最高的抑癌基因之一，PIK3CA和PTEN分别调控磷脂类磷酸肌醇分子PI(3,4,5)P3的生成和降解。通过开发高灵敏度的可遗传编码的PI(3,4,5)P3脂质分子探针，利用活细胞单分子荧光成像和图像定量分析，该研究发现PI(3,4,5)P3在细胞膜上介导细胞内外通讯的黏着斑高度富集。通过基因编辑对内源IA型PI3K进行标记，通过单分子成像发现IA型PI3K的激酶催化亚基和调节亚基均动态招募至黏着斑激活。PI(3,4,5)P3招募和激活包括AKT在内的多种信号分子，单分子成像也发现了内源的AKT分子被PI(3,4,5)P3动态招募至黏着斑周围激活。进一步，该研究发现激活的黏着斑激酶（FAK），调控IA型PI3K向黏着斑招募和激活，进而调控PI(3,4,5)P3在黏着斑的动态生成以及AKT的时空招募和激活。此外，该研究发现联合使用PI3Kα和FAK抑制剂，能够对AKT的激活、癌症细胞的生长、迁移和侵袭等产生更强的抑制效果。 因此，该研究通过开发和利用针对脂质分子的多种研究技术和方法，发现了黏着斑调控PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT信号时空激活的新机制。以往大量的研究认为PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT信号通路的时空激活主要依赖于配体激活的受体酪氨酸激酶或G蛋白偶联受体。而黏着斑作为介导细胞内外通讯的亚细胞结构，其介导的PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT信号的时空激活，是一种生长因子非依赖的激活机制，该机制可能是细胞在基础或生理状态下，响应细胞外环境激活PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT信号的主要途径。 中国科学院遗传发育所何康敏研究员和中国科学院杭州医学研究所方晓红研究员为本论文的通讯作者，遗传发育所博士生王静、安政旸、吴仲胜以及杭州医学研究所周卫副研究员为该论文的共同第一作者。该研究工作得到了北京大学黄建永研究员和张哲研究员、武汉大学刘郑教授、遗传发育所税光厚研究员和艾有为研究员、复旦大学柳素玲教授等的倾力合作与支持。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。图：黏着斑调控PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT信号时空激活的模式图
李云海等团队合作发现了水稻和小麦种子大小和重量调控的新机制水稻和小麦是重要的粮食作物，籽粒大小和粒重是影响作物产量的重要因素。因此，挖掘调控水稻和小麦籽粒大小和粒重的关键基因并解析其分子机制，对于提高作物产量具有重要的利用价值和指导意义。
近期，中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海研究组与汪迎春研究员、河南大学周云教授等合作发现了调控水稻和小麦籽粒大小和粒重的新机制。李云海团队与合作者前期报道了一个调控水稻籽粒大小和产量的转录因子GS2，而OsmiR396可以调控GS2表达。来自籼稻品种巨大粒的GS2在OsmiR396的靶位点发生了两个碱基的替换(由TC突变为AA)，该等位变异（NIL-GS2AA）能显著增加水稻的粒长、粒宽、粒重和产量（Duan et al., Nature Plants 2015）。为了进一步研究GS2调控种子大小和粒重的分子机制，该团队对近等基因系NIL-GS2AA进行诱变，筛选出了NIL-GS2AA的增强子eog1（enhancer1 of NIL-GS2AA）突变体。eog1突变体的粒长、粒宽和粒重相比NIL-GS2AA都显著增加。EOG1编码一个RNA结合蛋白，可以结合多个参与调控水稻籽粒大小基因的mRNA，并影响它们的表达量。进一步研究发现，OsGSK3可以磷酸化EOG1，从而调控EOG1的蛋白稳定性。遗传分析表明EOG1与OsGSK3在同一遗传途径调控水稻籽粒大小和粒重，但独立于GS2。此外，通过基因编辑技术敲除EOG1在小麦中的同源基因TaEOG1A/B/D也会显著增加籽粒的长、宽和粒重，这表明EOG1在水稻和小麦中具有保守的功能。该研究揭示了OsGSK3-EOG1途径调控水稻籽粒大小和粒重的新机制，为提高水稻和小麦产量提供了理论基础和基因资源。 该研究成果以“Control of grain size and weight by the RNA-binding protein EOG1 in rice and wheat”为题于2024年10月22日在线发表于Cell Reports杂志（DOI:10.1016/j.celrep.2024.114856）。李云海研究组的严莉、焦兵阳、段朋根和河南大学郭光辉为该论文的共同第一作者，遗传发育所李云海研究员和河南大学周云教授为共同通讯作者。该项研究得到了生物育种专项、中国科学院先导专项，国家重点研发计划等项目的资助。
李云海团队发现了DA1调控根尖干细胞功能的重要机制植物根系在维持植物正常生长发育中发挥重要作用。植物根系通过吸收土壤中的营养和水分来促进植物的生长。而根系的持续生长与发育是由根尖分生组织通过不断分裂分化维持。在拟南芥根的干细胞龛中，转录因子WOX5在静止中心（QC）中特异表达，并且在调节根尖干细胞分化中起着核心作用。目前已报道多个途径参与调控WOX5的转录，但是，WOX5蛋白稳定性的调控机制仍不清楚。
在早期的研究中，中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海团队及其合作者发现，拟南芥DA1基因编码一个有活性的肽酶，是调控种子与器官大小的关键因子。DA1可以切割多个器官大小的关键因子，从而调控器官大小。同时，DA1也可切割茎尖分生组织的关键转录因子WUS，影响其蛋白稳定性，从而调控茎尖分生组织的大小。近期，中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海团队进一步研究发现，拟南芥中具有肽酶活性的DA1可以切割WOX5蛋白，影响WOX5的蛋白稳定性，从而调控根尖分生组织干细胞分化的重要机制。da1-1突变体产生额外的小柱干细胞层（CSCs），而DA1的过表达植株则表现出CSCs提前分化的表型。遗传关系分析表明DA1与WOX5位于同一遗传通路调控根尖干细胞的分化。进一步研究结果显示，植物激素细胞分裂素在根中促进DA1蛋白的积累，导致WOX5蛋白降解，进而促进根尖细胞的分化。该研究首次鉴定了调控WOX5蛋白稳定性的关键因子，揭示了根尖干细胞功能调控的新机制。
相关研究结果以“The cleavage of WOX5 by the peptidase DA1 connects cytokinin signaling and root stem cell regulation”为题于2024年10月21日在线发表于Current Biology杂志(DOI:10.1016/j.cub.2024.09.052)。在读博士生崔桂彩，已出站博士后翟亦倩和已毕业的李玉博士为该论文第一作者，李云海研究员和中国科学院植物研究所郑雷英副研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目和中国科学院先导专项B的资助。
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图：Cytokinin-DA1-WOX5控制根尖干细胞功能的工作模型
田烨研究组发现TGF-β信号通路调控神经-肠道线粒体应激反应与脂质代谢神经系统可以感知环境刺激和内部应激，协调组织间一系列的生理过程，譬如衰老和代谢。当神经元识别到细胞内部的线粒体损伤时，会释放“ mitokine”信号，激活外周组织的线粒体未折叠蛋白反应（Mitochondrial Unfolded Protein Response, UPRmt），系统性的协调蛋白质稳态和机体健康。形态发生素是一类分泌型信号因子，会在细胞间形成浓度梯度，进而调控胚胎发育过程中的细胞分化、组织形成和器官建成。转化生长因子β（Transforming Growth Factor-β, TGF-β）作为一种形态发生素，调控生长发育的功能已广为人知。然而，TGF-β信号能否作为mitokine介导细胞非自主性UPRmt激活，并参与相关生理功能的调控仍有待进一步研究。
2024年10月19日，中国科学院遗传与发育生物学研究所田烨研究组在《Nature Communications》杂志在线发表研究文章“ASI-RIM neuronal axis regulates systemic mitochondrial stress response via TGF-β signaling cascade” （DOI:10.1038/s41467-024-53093-9）。该研究揭示了TGF-β信号通路调控神经-肠道的跨组织UPRmt激活的分子机制，并分析了TGF-β信号通路对于线虫寿命、免疫和脂质代谢的调控作用。 该研究组首先鉴定到了形态发生素TGF-β配体daf-7基因失活显著抑制神经组织线粒体损伤诱导的细胞非自主性UPRmt。同时，daf-7所在的TGF-β Dauer信号通路的各个组分对于系统性UPRmt的激活都是必须的。进一步研究证明，仅在一对ASI神经元抑制daf-7的功能，就可以抑制神经-肠道线粒体应激信号的传递。并且，从ASI神经元中释放的配体DAF-7，通过RIM神经元上的受体DAF-1，激活下游的TGF-β Dauer信号通路，进而诱导肠道细胞的UPRmt。研究人员发现，仅在ASI神经元中造成线粒体损伤，就足以激活肠道中的UPRmt。在此模型中，UPRmt的激活不仅依赖于ASI-RIM神经元轴和TGF-β Dauer信号通路，还依赖于神经递质多巴胺并受到GABA的负调控。随后，作者对神经组织线粒体损伤模型线虫的生理表型进行了检测，发现其具有更长的寿命、更强的致病菌抗性和更少的脂质累积。 综上所述，这项研究揭示了一对ASI神经元中的线粒体损伤跨组织激活UPRmt的分子机制——TGF-β Dauer信号通路通过ASI-RIM神经元轴，系统性调节蛋白稳态，并强调了TGF-β在调节机体的适应性变化、代谢改变和衰老进程等方面的关键作用。由于TGF-β信号的具有很高的保守性，因此，在哺乳动物中通过操纵TGF-β信号协调线粒体应激信号，以调控机体的健康衰老将成为可能。同时，靶向特定神经元中的感觉输入或相应受体，也可作为维持线粒体稳态和平衡脂质累积水平的一种有前景的途径。图：TGF-β信号通路通过ASI-RIM神经元轴协调系统性线粒体应激反应 遗传发育所田烨研究组博士生王子豪和博士后张茜为该论文的共同第一作者，参与该工作的还有硕士生蒋亚云和博士生周俊，田烨研究员为该论文的唯一通讯作者。该研究得到科技部国家重点研发计划，国家自然科学基金委项目，中国科学院战略性先导科技专项（B类），中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划，博士后创新人才支持计划，中国博士后科学基金等资助。
田志喜/李家洋院士/谢芳/Jeff J. Doyle团队在豆科植物根瘤共生固氮进化机制研究中取得重要进展Journal of Integrative Plant Biology生物固氮是植物最重要的进化事件之一，一直以来其进化背后的遗传基础都是科学家们研究的热点。能够进行根瘤共生固氮（root nodule symbiosis, RNS）的植物都分布在固氮分支（nitrogen fixing nodulation clade，NFNC）内，但固氮分支内固氮植物和非固氮植物均有分布，因此关于根瘤共生固氮的进化机制长期以来备受争议。目前关于根瘤共生固氮起源和进化存在三种假说：一种假说认为根瘤共生固氮是一次起源，即1995年Soltis等提出的“The putative predisposition event”假说，即根瘤共生固氮所属分支的物种存在一个共同祖先，并且获得了一种能结瘤的倾向(predisposition)，这种易于结瘤倾向的获得是一次起源的(Soltis et al., 1995)。第二种是根瘤共生固氮多次起源假说，该假说认为结瘤能力在NFNC内经历了多次独立进化。对于根瘤菌豆科植物共生固氮，有研究认为大约在6千万年前，豆科在短时间内进行快速分化，并且结瘤特征在此期间经历了6-7次独立起源(Doyle, 2011)。第三种是多重独立丢失假说，Griesmann等人通过参与共生固氮的NIN和RPG等在NFNC内多数不结瘤的物种中丢失的现象，证明多重独立丢失的假说(Griesmann et al., 2018; van Velzen et al., 2018)。根瘤共生固氮的进化研究已经取得了系列进展，但是作为农业系统中最重要的生物固氮方式，豆科植物根瘤共生固氮，其进化过程中关键的遗传创新基础尚无明确研究。
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近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所/崖州湾国家实验室田志喜团队、崖州湾国家实验室李家洋院士团队、中国科学院分子植物科学卓越创新中心谢芳团队、康奈尔大学Jeff J. Doyle团队通过对16个豆科物种和32个非豆科物种进行谱系基因组学分析，构建了48个物种的同源基因簇，发现豆科植物根瘤共生固氮进化过程中存在基因获得、基因丢失和保守基因的利用。豆科获得基因是通过基因复制产生的，在黄酮类相关合成途径上富集。其中豆科获得的CHI重复基因经历了显著的结构变异和RNS功能变异。CHI1B而不是其重复基因CHI1A可以增强豆科结瘤（图1）。以上研究结果说明黄酮类相关合成途径基因复制和新功能化在豆科植物根瘤共生固氮进化中起到重要作用。该研究以题为“Duplication and sub-functionalization of flavonoid biosynthesis genes plays important role in Leguminosae root nodule symbiosis evolution”于2024年8月在植物学著名期刊Journal of Integrative Plant Biology上在线发表（DOI:10.1111/jipb.13743）。图1：豆科获得的CHI1重复基因在豆科植物根瘤共生固氮中功能分化 更有意思的是，研究人员发现Lateral suppressor (Ls)在非豆科物种中都有同源基因但在豆科物种中都没有同源基因，是豆科丢失的同源基因簇。将来自于番茄的Ls基因，来自于水稻的Ls的同源基因MONOCULM 1 (MOC1)和Os7分别在大豆(Glycine max)和蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)中表达导致其几乎完全丧失结瘤能力（图2）。进一步的研究发现，Ls、MOC1和Os7可以和NSP2 (NODULATION SIGNALING PATHWAY 2)和CYCLOPS互作，降低NSP2/NSP1和CCaMK/CYCLOPS复合体对NIN (NODULE INCEPTION)基因的转录激活作用，抑制NIN的表达进而抑制豆科植物结瘤（图2）。以上研究结果表明，Ls的丢失是豆科植物根瘤共生固氮必须的。此项研究成果以题为“Loss of Lateral suppressor gene is associated with evolution of root nodule symbiosis in Leguminosae”近日在国际著名期刊Genome Biology上在线发表(DOI:10.1186/s13059-024-03393-6)。 另外，研究过程中还发现一种植物保守的组织蛋白酶H (cathepsin H, CTSH)蛋白可以和Ls、MOC1和Os7互作，其自身也可以影响豆科植物结瘤（图2）。植物保守基因中大约一半是豆科植物响应根瘤菌的差异表达基因，这暗示植物保守的同源基因簇可以作为通过反向遗传学研究RNS的候选基因。 综合以上研究成果，研究人员认为豆科植物对根瘤菌共生固氮的适应性进化需要植物保守的基因、豆科获得基因，同时还要丢失豆科丢失基因，豆科植物根瘤菌共生固氮的建立是上述基因共同作用的结果。 基因复制产生的豆科获得基因在豆科植物根瘤共生固氮进化过程中发生分化的研究中，中国科学院遗传发育所博士后刘腾飞（现入职中国农业科学院生物技术研究所）、中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士后刘海月、中国农业科学院深圳农业基因组研究所科研助理冼文飞、中国科学院遗传发育所博士毕业生刘智（现入职河北省农林科学院粮油作物研究所）为论文共同第一作者。豆科植物根瘤共生固氮进化过程中丢失Ls的研究中，中国科学院遗传发育所博士后刘腾飞（现入职中国农业科学院生物技术研究所）、博士毕业生刘智（现入职河北省农林科学院粮油作物研究所）、博士后范敬伟、博士生袁亚钦和中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士后刘海月为论文共同第一作者。中国科学院遗传发育所/崖州湾国家实验室田志喜研究员、崖州湾国家实验室李家洋院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心谢芳研究员和康奈尔大学Jeff J. Doyle教授为两篇论文共同通讯作者。中国科学院遗传发育所向帅盈、杨霞（现入职崖州湾国家实验室）、刘羽诚、刘书林、张敏和申妍婷参与了研究。中国科学院植物研究所焦远年研究员和中国农业科学院深圳农业基因组研究所程时锋研究员为论文提供了重要指导。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导、中国科学院青年基础研究和科学探索奖等项目的资助。
张永清研究组合作研发基因编辑动物新发突变数据库VDGE基因编辑动物在生物科学和医学研究中发挥着至关重要的作用，并且在农业领域展现出巨大的实际应用潜力。近年来，随着基因编辑技术突飞猛进的发展，基因编辑动物的数量在过去十年间获得了急速的增长。基因编辑系统在全基因组水平上对DNA序列的影响，以及基因编辑动物中可能出现的脱靶新发突变是人们普遍关注的问题。然而，目前仍然缺乏对基因编辑动物数据的整理、汇总以及标准化分析，限制了研究人员深入挖掘和利用这些数据的能力。
2024年10月29日，中国科学院遗传与发育生物学研究所张永清研究组联合昆明动物研究所王国栋研究组和国家生物信息中心赵文明研究组在《Nucleic Acids Research》杂志发表论文“VDGE: a data repository of variation database for gene-edited animals across multiple species”(DOI:10.1093/nar/gkae956)。研究团队从本实验室的基因编辑猴和基因编辑犬出发，同时收集、整理并分析了目前具有家系全基因组数据的相关数据集，构建了基因编辑动物新发突变数据库VDGE（https://ngdc.cncb.ac.cn/vdge），首次实现了对基因编辑动物新发突变的标准化分析、整合和展示，为相关数据的深入挖掘和充分利用提供了一个综合的信息平台。 VDGE包括6个关键模块，分别是物种（Species），家系（Animal trios），样本（Samples），目标突变（On-target mutations），以及变异（Variations）和相关基因（Genes）。VDGE目前的数据主体来源于具有家系全基因组测序数据的相关数据集，涵盖了恒河猴、食蟹猴和犬等物种的107个动物家系，174个全基因组测序样本，56个目标突变，115,710个变异及12,708个相关基因。除此之外，VDGE还整合了部分缺乏全基因组测序数据的基因编辑猪和犬，以及它们的相关目标突变信息。未来，VDGE将进一步整合更多的基因编辑物种及多种类型的变异数据，为领域内的研究人员提供一个更加全面和多样化的数据资源平台。 国家生物信息中心赵文明正高级工程师、昆明动物研究所王国栋研究员、遗传与发育生物学研究所张永清研究员为该论文的共同通讯作者。张永清组助理研究员石文文、国家生物信息中心博士生金恩慧和遗传与发育生物学研究所数据中心方璐工程师为该论文的共同第一作者。该研究得到科技创新2030项目、国家重点研发计划、中国科学院先导专项和春城计划等基金项目资助。
税光厚研究组合作揭示脐带血神经酰胺在早期预警儿童期代谢健康中的作用先前的研究表明，低出生体重（出生体重< 3000g）是导致后期血糖调节受损和2型糖尿病（T2DM）的独立风险因素。但是，异常出生体重，包括低出生体重和高出生体重导致后期生命代谢紊乱风险的分子机制尚未完全阐明。
脂质是一类高度多样化的生物分子，支撑着包括对胎儿生长和发育至关重要的细胞信号传导等多种生理功能。既往关于母体和胎儿联系的脐带血研究多集中于出生时及妊娠结局，并没有关注出生时脂质分子对未来儿童代谢的深远影响。
2024年10月，中国科学院遗传与发育生物学研究所税光厚研究组与北京协和医学院肖新华研究组、香港中文大学马青云研究组等合作在《National Science Review》发表题为“Cord blood ceramides facilitate early risk identification into childhood metabolic health”的论文（DOI: 10.1093/nsr/nwae352），揭示了脐带血神经酰胺在调控出生体重和儿童时期代谢健康方面的潜在作用机制。
研究人员纳入了152例母婴对的横断面队列，对脐带血样本进行了鞘脂组学分析。发现与正常出生体重儿相比，低出生体重和高出生体重儿的脐带血中特定神经酰胺水平显著变化，这些变化可能影响儿童的代谢健康。特别是，中链至超长链神经酰胺在非最佳出生体重的新生儿脐带血中呈现V型变化模式，表明这些脂质的高于最佳水平与不健康的出生体重相关联。此外，该研究通过胎盘组织蛋白质组学分析，探讨了这些变化背后的分子机制。研究团队利用跨组学整合分析，结合胎盘蛋白质组和脐带血神经酰胺数据，揭示了与脐带血神经酰胺水平变化相关的分子途径，发现“硒氨基酸代谢”途径在出生体重偏离最佳水平时受到显著影响，这可能影响胎儿的生长发育和代谢。通过对香港HAPO研究中50对母婴的脐带血样本进行分析，发现出生时脐带血中的某些神经酰胺种类能够预测儿童7岁时的血脂水平，包括总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇 。总之，该项研究表明脐带血脂质水平对于预测儿童期糖脂代谢健康具有重要的预测价值，可为糖脂代谢生命早期干预提供一定的理论依据，具有重要的临床意义。
遗传发育所税光厚研究员、北京协和医学院肖新华主任、香港中文大学马青云教授为该论文共同通讯作者。该研究受到了国家自然科学基金、国家高水平医院临床研究基金、北京市科技新星计划等支持。
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研究设计
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图：脐带血神经酰胺对儿童代谢健康的预测价值
税光厚研究组合作揭示红细胞膜脂对维持性血液透析患者预后的作用与同龄普通人相比，透析患者因心脑血管（CCV）并发症而死亡的风险增加了40倍。CCV并发症是慢性肾脏病（CKD）发病率和死亡率的重要原因，因此开发预后标志物以促进透析患者CCV并发症的早期评估对临床实践中的患者管理至关重要。红细胞（RBC）分布宽度表示循环红细胞大小的异质性指数，是血液透析患者全因死亡率和心血管死亡率的有力预测指标。
2024年8月，中国科学院遗传与发育生物学研究所税光厚研究组与北京协和医学院李雪梅研究组等合作在《Redox Biology》发表题为“Combinatorial lipidomics and proteomics underscore erythrocyte lipid membrane aberrations in the development of adverse cardio-cerebrovascular complications in maintenance hemodialysis patients”的研究论文（DOI:10.1016/j.redox.2024.103389），揭示了维持红细胞膜脂组成对降低透析患者心脑血管并发症风险的重要性。
研究人员在基线时收集了117名透析患者的红细胞，以及基线时从45名具有相同随访期的透析患者中收集的血浆，分别纳入了红细胞和血浆队列进行脂质组学分析。通过多变量Cox回归分析，在调整年龄、性别和透析时间后，共有68种RBC脂质和28种血浆脂质与新发心脑血管（CCV）事件显著相关（主要是极性脂质）。与仅包括年龄、性别和透析年份的基础模型相比，红细胞脂质组[PA 40:5，PI 34:2，PC 42:6，AUC=0.83]和血浆脂质组[PC O-34:1，GM3 18:1; O2/25:0，TG 44:1（16:1_28:0），AUC=0.94]均显著改善了新发CCV事件的预测性能。临床和生化指标的相关性分析以及蛋白质组学分析，进一步揭示了了红细胞阴离子磷脂积聚在透析患者CCV并发症发展中的病理生理意义。即使在血液透析的相对早期阶段，扭曲的膜脂质不对称也会导致膜变形能力受损、异常的细胞间相互作用和高危个体红细胞中谷胱甘肽代谢的改变。总之，该研究结果强调了脂质代谢尤其是极性磷脂，与透析患者血管病变发展的相关性。该研究所提出的脂质预测因子小组有望促进基线时对高危患者的识别，以便更好地管理患者，并可能为这部分高危个体采用替代治疗。
北京协和医学院李雪梅主任、中国科学院遗传与发育生物学研究所税光厚研究员及客座研究人员林茜雯博士为本文的共同通讯作者。该研究受到了国家高水平医院临床研究基金、国家科技支撑计划、北京市科技计划项目等支持。
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图:脂质驱动的红细胞膜脂特性和代谢改变影响肾透析病人心脑血管事件结局
税光厚研究组合作揭示大脑出血后代谢微环境的动态演变非创伤性脑出血（ICH）是最具破坏性的中风形式。ICH发病后48小时内，出现以脑血流量减少为标志的急性低灌注和低代谢阶段，随后是持续2至14天的可变再灌注阶段，最终过渡到慢性正常化阶段(14天后)。生物标志物小组有助于疾病监测和预后。
为了解读ICH神经相关代谢失调的分子见解，必须直接检查脑脊液（CSF）中的脂质变化。由于CSF可以在需要手术干预的脑出血患者的手术中收集，因此可以在临床上潜在地实施基于CSF的生物标志物小组，用于疾病管理和预后。 2024年6月，中国科学院遗传与发育生物学研究所税光厚研究组与陆军军医大学西南医院胡荣研究组等合作在《Science Bulletin》发表题为“CSF multi-omics of intracerebral hemorrhage from onset to reperfusion underscores lipid metabolism in functional outcome”的研究论文（DOI:10.1016/j.scib.2024.06.005），描述了脑出血患者脑脊液中代谢变化的分子特征，构建了对脑出血患者功能预后的脑脊液脂质预测模型，为脑出血的疾病监测和及时临床干预以改善神经功能预后提供了见解。研究人员对50名脑出血患者（在第1天至第14天的四个时间点收集）和22名对照参与者共136份脑脊液CSF样本，进行了包括脂质组学在内的多组学研究。发现与健康对照组相比，脂质是ICH发病时最主要的显著改变的代谢物，其临床相关性超过了极性代谢物。mRS评分衡量神经系统发病后的残疾程度（0-无症状，>3-中度至重度残疾），通常用作监测康复情况的指标。研究人员发现在发病至再灌注阶段，甘油三酯（TAG）谱的恢复（即DHA TAG的减少和短链TAGs的增加）与未来12个月更好的预后（即较低的mRS评分）显著相关。一个包含TAG48:2（18:1）和TAG48:1（16:1）的双脂质小组，加上年龄和性别构建的模型，可根据ICH后3个月的mRS定义的功能结果将ICH患者分为两组，证明了基于CSF的预后小组在疾病管理中的潜在临床效用。此外，脂质组学和蛋白质组学的结合强化了超长链（C22-C26）半乳糖神经酰胺（GalCer）和硫酸脑苷脂（SL）的增加归因于降解减弱，这可能有助于重建神经元连接的过程中促进主动的髓鞘再形成。总之，该研究提供的多组学CSF数据集为理解发病后大脑微观结构中的关键代谢事件提供了宝贵的资源，强调了以脂质为中心的干预靶点，用以改善ICH后的代谢损伤。 陆军军医大学西南医院神经外科胡荣主任和中国科学院遗传与发育生物学研究所税光厚研究员为该论文共同通讯作者。该研究受到了国家自然科学基金、、重庆市卫生健康委员会与科技局联合项目、科技部国家重点研发计划等项目的资助。
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