910亿，美洲肺鱼拥有最大基因组
摘自8月15日《科技日报》报道，据最新一期Nature杂志报道，德国康斯坦茨大学和维尔茨堡大学领导的国际研究团队，对动物界最大基因组的拥有者——肺鱼进行了基因组测序。肺鱼基因组约为人类基因组大小的30倍。测序数据有望揭示当今陆地脊椎动物的鱼类祖先如何成功登陆的奥秘。
美洲肺鱼
图片来源：KATHERINE SEGHERS/LOUISIANA STATE UNIVERSITY
泥盆纪时期（约4.2亿至3.6亿年前），一种具有强健胸鳍和肺的肉鳍鱼类成功从浅水区域登陆，并能在海岸线上移动和呼吸，这与现今的陆地脊椎动物相似。这一事件标志着脊椎动物首次在陆地上移动，是进化史上的重要里程碑。所有后续的陆地脊椎动物，包括两栖动物、爬行动物、鸟类和哺乳动物（包括人类），都可追溯至这一鱼类祖先。然而，肉鳍鱼类为何如此适应陆地环境仍是未解之谜。为了找到答案，研究人员分析了泥盆纪祖先的现存最近亲属的遗传物质。这些最近亲属中，只有3个谱系的肺鱼至今仍存活，分别在非洲、南美洲和澳大利亚。这些古老的“活化石”看起来仍然非常像它们的祖先。研究人员对这3种谱系的肺鱼基因组进行了完整测序。结果显示，南美洲肺鱼的遗传物质在规模上打破了所有纪录：其DNA超过900亿个碱基，是已知最大的动物基因组，其大小是之前纪录保持者——澳大利亚肺鱼基因组的两倍多。
康斯坦茨大学进化生物学家阿克塞尔·迈耶说，南美洲肺鱼的19条染色体中，有18条的大小均超过了拥有近30亿个碱基的人类基因组。随着时间推移，自主转座子是肺鱼基因组膨胀到如此巨大的原因。这些DNA序列会“复制”，然后改变它们在基因组中的位置，进而导致基因组的增长。分析表明，南美洲肺鱼基因组的扩张速度是目前有记录以来最快的。在过去的每1000万年里，其基因组都会增长，增长的量相当于整个人类基因组的大小。而且它还在继续增长，有证据表明造成这一现象的转座子仍处于活跃状态。
研究人员确定了这一巨大基因组增长的机制，极端扩张的部分原因在于piRNA丰度极低。这种RNA通常会使转座子沉默。研究还发现，肺鱼鳍的进化与Shh信号通路的变化有关，这一发现为硬骨鱼的辐鳍与陆地脊椎动物手指之间的进化联系提供了额外证据，并有望揭示脊椎动物是如何从海洋登上陆地的。
相关论文信息：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07830-1
研究表明原始细胞壁形成归功于雨水
摘自8月23日《科技日报》报道，关于生命起源的一个主要未解之谜是，地球“原始汤”中漂浮的RNA液滴究竟如何演变成了被膜包裹的生命体——细胞。美国芝加哥大学和休斯敦大学生物学家和工程师在发表于Science Advances杂志的论文中提出了新见解。
38亿年前，在雨水的帮助下，原始细胞周围形成了一层网状壁。
图片来源：芝加哥大学普利兹克分子工程学院
论文演示了38亿年前雨水如何帮助原始细胞形成网状壁，这是从微小的RNA珠滴演变为细菌、植物、动物和人类的关键一步。研究探讨了一种由蛋白质、脂质和RNA等复杂分子自然形成的隔室，称为“凝集体液滴”。这些液滴就像是水中的油滴，长期以来被视为第一批原始细胞的候选者。任何包含新的、可能有用的RNA前生命突变的液滴，都会在几分钟内与其他RNA液滴交换这种RNA，这意味着它们很快会变得相同。这样就不会有分化和竞争带来的进化，也意味着没有生命。研究人员发现，含有早期RNA形式的凝集体液滴中，RNA交换得太快。他们假设，蒸馏水对凝集体液滴的影响可能与地球上生命的起源有关。而38亿年前蒸馏水可能存在的方式就是雨水。实验发现，将凝集体液滴转移到蒸馏水中可延长RNA交换的时间，从几分钟延长到几天。这段时间足以发生突变、竞争和进化。将凝集体液滴转移到蒸馏水中，液滴周围就会形成一层较硬的“皮肤”，从而限制它们交换RNA。当它们稳定下来，不再交换遗传物质，就能很好地储存自己的遗传信息。该状态至少持续几天，保证其遗传序列中发生突变，一个种群就可实现进化。在利用真实雨水和模拟雨水进行的实验中，研究人员发现了相同结果：雨水形成了原始细胞周围网状壁，创造了可能孕育生命的条件。
蚊子通过感知红外辐射来追踪人类
摘自8月27日《科技日报》报道，美国加州大学圣芭芭拉分校领导的一个团队，在已知的蚊子“感觉能力清单”中又新增加了一项——红外辐射感知能力。研究结果发表在最新一期Nature杂志上。
埃及伊蚊等蚊子利用多种线索从远处定位宿主。这些线索包括人类呼出的二氧化碳、气味、视觉、皮肤散发的对流热以及人体散发的湿度。然而，这些线索都有各自的局限性。研究人员猜测，有更可靠的方向性线索帮助蚊子追踪人类，比如红外辐射。此次，团队将可传播登革热等病毒的雌性埃及伊蚊放在两个区域进行对照实验。两个区域都暴露在相同浓度的人类气味和二氧化碳中，其中有一个区域还暴露在来自人类皮肤温度的红外辐射源下。
结果发现，来自34℃（与人类皮肤温度接近）的红外辐射源使蚊子的寻主活动增加了一倍，且在距离红外辐射源约70厘米的范围内，这种活动频率仍维持较高水平。这表明感知红外辐射是蚊子用来定位人类的新途径。蚊子无法像感知可见光那样直接感知到红外辐射，因为其能量太低，无法激活动物眼睛中用于检测可见光的视紫红质蛋白。但团队发现，蚊子触角尖端有一种温度敏感蛋白TRPA1，其本质是一个温度传感器，可帮助蚊子检测红外辐射。这一发现有助于解释为什么宽松的衣服特别能防止蚊虫叮咬。因为其不仅可以阻止蚊子接触人类皮肤，还可以让红外辐射在皮肤和衣服之间消散，让蚊子无法感知到红外辐射。
大规模调查揭示万余种食物相关微生物
摘自8月30日《中国科学报》报道，微生物是人类食物的组成部分，可以影响人类自己的微生物群，但人们对食物中的微生物组成知之甚少。现在，科学家在一项新研究中通过对2533种不同食物样本的宏基因组测序，建立了一个“食物微生物组”数据库，为人类深入了解食物与健康之间的微妙联系提供了新视角。研究团队分析识别出10899种与食物相关的微生物，其中半数为科学界此前未知的物种。这些食物相关的微生物在成人肠道微生物组中占比约3%，在婴儿中则高达56%。相关研究8月29日发表于Cell。
图片来自：Pixabay
为了更全面、更有效地表征食物微生物群，研究团队采用了宏基因组学技术，这是一种能够同时对样本中所有遗传物质进行测序的分子工具。该技术在分析人类微生物组和环境样本方面已有广泛应用，但在大规模食物研究中尚属首次。该团队总共分析了来自50个国家的2533个与食物相关的宏基因组，其中包括1950个新测序的宏基因组。这些宏基因组来自多种食物类型，其中65%来自乳制品，17%来自酿造饮品，5%来自发酵肉类。这些宏基因组数据包括10899种食物相关微生物的遗传物质，这些微生物被分为1036种细菌和108种真菌。分析结果显示，相似食物类型往往含有相似的微生物，但乳制品之间的微生物差异较大，这可能与调查的乳制品种类数量较多有关。
虽然研究人员并未在食品样品中发现明显的致病菌，但发现了一些可能不太理想的微生物——它们会影响食物的味道或保质期。研究人员强调，了解不同食物中的微生物组成，对于提升产品质量和满足消费者需求具有重要意义，还可以帮助食品监管机构管理食品中的微生物，并验证食品的来源。了解食物微生物组也可能对人类健康产生影响，因为我们通过饮食摄入的一些微生物可能成为我们自身微生物组的稳定成员。研究小组将新数据库与先前测序的19833个人类宏基因组进行了比较。他们发现，与食物相关的微生物物种约占成年人肠道微生物群的3%，占新生儿肠道微生物群的50%以上。
相关论文信息：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S009286742400833X?via%3Dihub
