2022年3月25日Science期刊精华

2022年3月29日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2022年3月25日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。

1.Science：我国科学家领衔揭示关闭玉米和水稻中的KRN2/OsKRN2基因可提高作物产量
doi:10.1126/science.abg7985

在谷类植物进化的独立过程中，许多性状的转变似乎是在趋同选择下进行的，以满足人类的特殊需要。识别不同谷类植物的趋同选择的基因可能有助于阐明作物物种的进化并加速育种计划。在过去的几十年中，科学家们一直在争论不同作物品系中的趋同表型选择是由保守的分子变化还是由不同的分子途径驱动。作为两种最重要的经济作物，玉米和水稻在进化过程中显示出一些保守的表型变化---包括种子散播、种子休眠的减少和谷物数量的增加，尽管它们经历了独立的选择。因此，玉米和水稻可以作为一个很好的系统来了解谷类植物之间趋同选择的程度。

尽管发现了一些趋同选择的基因，但是人们对玉米和水稻之间在全基因组范围内的分子趋同程度的了解是非常有限的。为了了解选择作用于直系同源基因（orthologous gene）的频率，来自中国农业大学、中国科学院、华中农业大学、湖北洪山实验室、扬州大学和德国马克斯-普朗克分子植物生理学研究所的研究人员在一项新的研究中研究了玉米中的籽粒产量（grain yield）数量性状基因位点KRN2和其水稻直系同源基因OsKRN2的功能和分子进化。这些作者还利用两个大型数据集，在玉米和水稻的全基因组范围内确定了趋同选择的基因。相关研究结果发表在2022年3月25日的Science期刊上，论文标题为“Convergent selection of a WD40 protein that enhances grain yield in maize and rice”。

在玉米和水稻中共同选择的直系同源基因，用于在驯化和改良期间的趋同表型转变。图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.abg7985。

这些作者确定了一个趋同选择的基因KRN2（kernel row number2），该基因在驯化的玉米和它的野生祖先teosinte之间存在差异。这个基因构成玉米籽粒行数的一个主要数量性状基因位点。在非编码上游区域的选择导致了KRN2表达的减少，并通过增加籽粒行数而增加了籽粒数。水稻的同源基因OsKRN2也经历了选择，并通过控制二级圆锥花序的分枝来负向调节籽粒数量。KRN2及其在水稻中的同源基因OsKRN2编码WD40蛋白，并与一个功能未知的基因DUF1644协同作用，这表明保守的蛋白相互作用控制了玉米和水稻的籽粒数量。田间试验表明，利用CRISPR基因编辑技术在玉米中敲除KRN2或在水稻中敲除OsKRN2可分别增加粮食产量约10%和约8%，而在其他农艺性状方面没有明显的牺牲。这表明KRN2及其同源基因在作物改良中的潜在应用。

在全基因组范围内，这些作者确定了一组490个直系同源基因在玉米和水稻进化过程中经历趋同选择，包括KRN2/OsKRN2。他们发现，趋同选择的直系同源基因似乎在玉米和水稻的两个特定途径中明显富集：淀粉和蔗糖代谢，以及辅因子的生物合成。对淀粉代谢途径中趋同选择的基因的深入分析表明，通过趋同选择的遗传趋同程度与针对特定选择的基因网络的保守性和复杂性有关。

2.Science：重大进展！揭示哺乳动物大脑多巴胺释放新机制
doi:10.1126/science.abn0532

当我们在日常生活中发起一个行动---追赶失控的餐巾纸或下车---时，大脑会释放一种叫做多巴胺的化学信使，协助调节控制这一行动的大脑区域。多巴胺信号传递是一个高度复杂的过程，也是科学家们渴望了解的一个过程---特别是考虑到它在帕金森病等运动障碍中的作用。

如今，在一项新的研究中，来自美国哈佛医学院的研究人员确定了大脑释放多巴胺的一种新机制。他们发现另一种叫做乙酰胆碱的化学信使可以通过与多巴胺神经元的一个以前不知道会启动它们放电的部分结合来触发它们放电。相关研究结果发表在2022年3月25日的Science期刊上，论文标题为“An action potential initiation mechanism in distal axons for the control of dopamine release”。

图片来自Pixabay/CC0 Public Domain。

这些发现揭示了更多关于大脑中的乙酰胆碱和多巴胺系统是如何相互作用的，并挑战了现有的观点，即信号是在神经元的一端启动并流向另一端，在那里促使化学信使的释放。更具体地说，这项新的研究表明，传统上被认为是输出结构的神经元轴突也能启动信号传递。

3.Science：新研究揭示尼帕病毒附着糖蛋白的结构和抗原性
doi:10.1126/science.abm5561

尼帕病毒和亨德拉病毒属于亨德拉尼帕病毒属（henipavirus, HNV），都是由原产于世界某些地区的蝙蝠携带。这些亨德拉尼帕病毒会在物种之间跳跃，并能感染许多其他哺乳动物，包括人类。它们引起脑部炎症和呼吸道症状。感染这些病毒的人有50%至100%的机会死亡。已经有一种疫苗被批准用于马身上，一种改良版的疫苗进入了人体临床试验。

在一项新的研究中，来自美国华盛顿大学等研究机构的研究人员针对尼帕病毒（Nipah virus, NiV）和亨德拉病毒（Hendra virus, HeV）如何攻击宿主细胞以及试图对抗这种攻击的免疫反应提供了新细节。这些结果指明了预防和治疗这些致命疾病的多管齐下的策略。相关研究结果于2022年3月3日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Architecture and antigenicity of the Nipah virus attachment glycoprotein”。

尼帕病毒附着糖蛋白同源四聚体的结构，图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.abm5561。

论文通讯作者、华盛顿大学医学院生物化学副教授David Veesler博士研究了蝙蝠对许多危险病毒的免疫力，并对冠状病毒、其他相关病毒和亨德拉尼帕病毒的感染性复合物进行分子结构和功能研究。他的实验室还研究了抗体和病毒的相互作用，为设计这两种病毒的抗病毒药物和疫苗提供了线索。

4.Science：在2021年12月，英国Omicron感染病例迅速增加
doi:10.1126/science.abn8347

SARS-CoV-2的Omicron变体在2021年的最后几个月席卷全球。尽管一些国家的疫苗覆盖率非常高，而且高度传播的Delta变体也很普遍，但还是发生了这一波新的疫情。Elliott等人利用从一项名为REACT-1的社区传播研究中收集的数据，从2021年11月27日的第一份病例报告开始，追踪了英国Omicron占据主导地位的过程。这些数据显示，伦敦年轻成年人的患病率急剧上升，在12月中旬达到6%以上。大多数参与者报告了味觉和嗅觉丧失、发烧和咳嗽等经典症状。黑人和亚裔群体、打了两针疫苗的人（尽管打了三针的人没有）以及生活在不太富裕社区的人出现了过多的Omicron感染。到12月17日，75%的感染估计是由Omicron变体引起的。

5.胰淀素受体表型的结构基础
doi:10.1126/science.abm9609

胰淀素受体（amylin receptor, AMYR）是由降钙素（CT）受体（CTR）和三种受体活性修饰蛋白（RAMP）--- AMY1R、AMY2R和AMY3R---之一组成的异源二聚体。选择性的AMYR激动剂和AMYR/CTR双重激动剂正被开发为肥胖症的治疗方法；然而，肽结合和选择性的分子基础是未知的。Cao等人确定了活性AMYR与胰淀素（amylin）、AMY1R与鲑鱼CT（sCT）、AMY2R与sCT或人CT（hCT）以及CTR与淀粉、sCT或hCT结合在一起时的结构和动力学。所有AMYR与胰淀素结合在一起时的复合物的构象是相似的，受到RAMP和一个有序的中肽基序---称之为bypass基序（bypass motif）---的限制。CT结合的AMYR复合物是不同的，与CT结合的CTR复合物存在重叠。这些研究结果表明，基于CT的肽对AMYR的激活与基于胰淀素的肽对它们的激活是不同的。这对开发AMYR治疗方法有重要意义。（生物谷 Bioon.com）