2019年4月5日Science期刊精华
来源：本站原创 2019-04-15 07:08
2019年4月15日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2019年4月5日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。图片来自Science期刊。1.我国科学家在两篇Science论文中揭示植物免疫受体ZAR1激活机制doi:10.1126/science.aav5868; doi:10.1126/science.aav5870; doi:10.1126/science
2019年4月15日讯/生物谷BIOON/---本周又有一期新的Science期刊（2019年4月5日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。
1.我国科学家在两篇Science论文中揭示植物免疫受体ZAR1激活机制
doi:10.1126/science.aav5868; doi:10.1126/science.aav5870; doi:10.1126/science.aax0174
尽管在十多亿年的进化中被区分开来，但是植物和动物都采用了类似的免疫策略来保护自己免受病原体侵害。一种重要的机制是由称为NLR的细胞质受体确定的，在植物中，NLR识别所谓的效应物，即入侵的微生物分泌到植物细胞中的分子。这些识别事件要么涉及NLR对效应物的直接识别，要么涉及NLR对效应物的间接识别，即NLR作为“保卫者（guard）”监测由效应物修饰的其他宿主蛋白或者说“被保护者（guardee）”。不论宿主直接识别还是间接识别效应物，都会导致细胞死亡，从而将微生物限制在感染部位。然而，到目前为止，我们还缺乏对植物NLR作用机制的详细了解，而且对这些分子如何在植物中发挥作用的理解在很大程度上是基于与动物NLR分子的比较。
如今，在两项新的研究中，中国清华大学的王宏伟（Hong-Wei Wang）课题组、清华大学生命科学学院的柴继杰（Jijie Chai）课题组和中国科学院遗传与发育生物学研究所的周俭民（Jian-Min Zhou）课题组将无活性的NLR分子转化为提供抗病性的活性复合物的一连串分子事件拼凑在一起。相关研究结果都发表在2019年4月5日的Science期刊上，论文标题分别为“Ligand-triggered allosteric ADP release primes a plant NLR complex”和“Reconstitution and structure of a plant NLR resistosome conferring immunity”。
这些作者着重关注一种名为ZAR1的NLR受体。作为一种古老的植物分子，这种蛋白很可能具有广泛的重要性，这是因为它与多个'被保护者'相互作用，以便识别不相关的细菌效应物。
通过使用低温电镜，这些作者观察到，在细菌效应物不存在的情况下，ZAR1与植物蛋白RKS1一起通过涉及ZAR1蛋白的多个结构域的相互作用维持在静止状态。一旦遭受感染，细菌效应物修饰植物蛋白PBL2，这随后激活RKS1，从而导致巨大的构象变化，这些构象变化首先允许植物将ADP交换为ATP，接着导致一种五聚体的轮状结构组装，他们将这种结构称为“ZAR1抗病小体（ZAR1 resistosome）”。
这种结构的一个显著特征是它与动物NLR蛋白的相似性：动物NLR蛋白一旦被激活，也会组装成轮状结构，作为细胞死亡执行和免疫信号转导的信号平台。然而，植物NLR和动物NLR组装的轮状结构之间的一个重要差异为ZAR1如何诱导细胞死亡提供了诱人的线索。这些作者能够在ZAR1中鉴定出一种高度有序的漏斗样结构。这种漏斗样结构将ZAR1抗病小体拴在质膜上，而且也是细胞死亡和抗病性所必需的。他们推测ZAR1可能在质膜中形成孔，并以这种方式扰乱细胞功能，从而导致免疫信号转导和细胞死亡。
2.Science：发现一种阻止同类相食的小肽---SELF-1
doi:10.1126/science.aav9856
线虫最喜欢吃的食物是它的幼虫，它必须非常小心，不要意外地吃掉自己的后代。在一项新的研究中，来自德国马克斯-普朗克发育生物学研究所的研究人员发现这些仅一毫米长的微小线虫如何能够将自己的后代与其他线虫的后代区分开来，从而避免同类相食（cannibalism）。他们发现Pristionchus属线虫通过一种复杂的机制来识别它的后代。这些线虫在它们的表面上携带着一种较小的高度可变的似乎可由线虫鼻子检测到的蛋白。这种蛋白的可变部分可能起到自我识别代码的作用，即便发生一个氨基酸的变化也会导致同类相食。相关研究结果发表在2019年4月5日的Science期刊上，论文标题为“Small peptide–mediated self-recognition prevents cannibalism in predatory nematodes”。
论文通讯作者、马克斯-普朗克发育生物学研究所首席科学家Ralf Sommer说道，“自我识别在动植物王国中随处可见。它处于众多生物过程---从单细胞生物的聚集到各种动物的社会性或攻击性行为---的核心，而且也是负责抵御病原体的人类免疫系统的关键部分。然而，尽管自我识别普遍存在，但是这类有机体自我识别在此之前并没有在线虫中描述过。”Sommer将Pristionchus属线虫建立为与著名的秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）进行比较研究的模式生物。
3.Science：新的ALS基因表达图谱为疾病进展提供了前所未有的细节
doi:10.1126/science.aav9776
在一项新的研究中，来自美国纽约基因组中心、布罗德研究所、哥伦比亚大学、斯坦福大学、纽约大学、弗莱提荣研究所（Flatiron Institute）和瑞典皇家理工学院的研究人员利用新技术绘制出脊髓样本的基因表达图谱，这就为肌肉侧索硬化症（ALS，也称渐冻人症）患者的疾病发生和进展机制提供了新的见解。他们将空间转录组学（spatial transcriptomics）和一种新的计算方法结合在一起，获得脊髓中将近1.2万个基因在时间和空间上的基因表达测量值。结果就是产生一种新的多维基因表达图谱。这种基因表达图谱提供了史无前例的细节和规模，并且提供了一个以前无法获得的关于ALS疾病进展的观点。相关研究结果发表在2019年4月5日的Science期刊上，论文标题为“Spatiotemporal dynamics of molecular pathology in amyotrophic lateral sclerosis”。论文通讯作者为纽约基因组中心的Hemali Phatnani博士、纽约大学的Richard Bonneau教授和瑞典皇家理工学院的Joakim Lundeberg博士。
这些研究人员描述了这种时空基因表达图谱如何揭示利用传统测序方法无法观察到的ALS疾病的早期变化。他们还开发出新的计算方法来揭示疾病驱动的中枢神经系统中所有细胞类型的许多信号通路的活性变化，这可能为开发治疗方法和诊断方法提供新的靶标。
与以往的转录组分析研究相比，这项研究的独特之处在于这些研究人员使用的空间转录组学方法，它能够同时在组织切片的许多位置产生RNAseq图谱。因此，他们能够精确地记录组织中几乎每个基因的表达位置。基于此，他们就能够精确记录组织中几乎每个基因的表达位置。他们在ALS小鼠模型中检测了疾病发展的四个时间点，从成年最早期到末期。此外，他们还对ALS患者死后的脊髓样本进行了检测。
在这项新的研究中，这些研究人员收集来自1165个小鼠组织切片的76136个空间基因表达测量值（spatial gene expression measurement, SGEM）和来自80个人类组织切片的61031个SGEM（对于背景而言，下一个最大可比空间分辨率转录组学研究在同一时间点仅考虑了大约12个组织切片）。通过将来自很多组织切片的数据结合在一起，他们能够在待检测的组织区域同时检测将近1.2万个基因的表达。这是首次使用这种空间分辨率方法在这种深度和规模上研究ALS。
4.两篇Science揭示NLRP1B炎性体激活机制
doi:10.1126/science.aau1330; doi:10.1126/science.aau1208
炎性体是多蛋白复合物，它协调促炎性细胞因子分泌和细胞死亡。诸如炭疽致死因子之类的蛋白酶能够激活一种称为NLRP1B的炎性体，但是这种激活的机制仍然是不清楚的。Chui等人通过全基因组敲除筛选，发现致死因子对NLRP1B的蛋白水解诱导NLRP1B氨基末端结构域发生蛋白酶体降解和最终的细胞死亡。Sandstrom等人发现NLRP1B的氨基末端结构域的降解导致一种激活半胱天冬酶-1（caspase-1）的羧基末端片段释放。这种称为“功能性降解”的过程允许免疫系统检测病原体相关活动，就像它识别病原体相关抗原一样。
5.Science：追踪玉米中的减数分裂
doi:10.1126/science.aav6428
植物不像动物那样从早期发育中留下生殖细胞谱系，而是根据需要产生生殖细胞。Nelms和Walbot以玉米为研究对象，利用玉米植物顶部花药中体细胞和发育中生殖细胞之间的大小差异，在减数分裂过程中分离单个生殖细胞以进行花粉发育。他们使用单细胞RNA测序来研究减数分裂过程中的转录组变化。这些研究表明随着减数分裂的进展，减数分裂的特化程度也在增加，与此同时，在减数分裂细线期的过渡阶段，这种转录组发生重组。
6.Science：揭示磷脂酰丝氨酸调控ROP6在植物质膜中的聚集
doi:10.1126/science.aav9959
质膜中罕见的一些脂质变体起着信号转导成分的作用。通过研究模式植物拟南芥的根尖细胞，Platre等人发现在质膜中相对丰富的磷脂酰丝氨酸也调节信号通路。在对来自植物生长素的信号作出反应时，磷脂酰丝氨酸是ROP6（一种小的鸟苷三磷酸酶）在膜中聚集所必需的。磷脂酰丝氨酸浓度的变化改变了ROP6的聚集，从而改变了生长素信号反应。
7.Science：多次失去飞行的鸟群在与飞行相关的基因调节区域上存在趋同进化
doi:10.1126/science.aat7244
来自差异很大的分类群（taxa）的物种在性状上也会发生类似的变化。哪些潜在的遗传因素引起这些平行变化仍然是一个悬而未决的问题。Sackton等人观察了多次失去飞行的鸟群---平胸类鸟（ratite）和tinamous（产于南美洲的一种走禽），并发现与飞行相关的基因相关的调节区域存在趋同性，但蛋白编码区域不存在趋同性。这些调节区域内发生的变化影响了肢体发育，可能代表了跨越分类群的趋同变化的快速途径。
8.Science：入侵的鸟类也能传播本土植物的种子
doi:10.1126/science.aau8751
当人类将外来物种引入敏感的生态系统时，外来物种的入侵和本土物种的灭绝通常会随之而来。由此产生的生态群落可以在幸存者和新入侵者之间产生不同寻常的相互作用。 Vizentin-Bugoni等人分析了夏威夷的种子传播网络结构，在那里，本土鸟类大多被入侵者所取代。他们发现本土植物如今依靠入侵的鸟类进行种子传播。这种传播相互作用网络是复杂和稳定的，这也是世界其他地区的本土种子传播网络的特征。在某些情况下，引入的物种似乎可能融入本地生态系统。（生物谷 Bioon.com）
图片来自Science期刊。
1.我国科学家在两篇Science论文中揭示植物免疫受体ZAR1激活机制
doi:10.1126/science.aav5868; doi:10.1126/science.aav5870; doi:10.1126/science.aax0174
尽管在十多亿年的进化中被区分开来，但是植物和动物都采用了类似的免疫策略来保护自己免受病原体侵害。一种重要的机制是由称为NLR的细胞质受体确定的，在植物中，NLR识别所谓的效应物，即入侵的微生物分泌到植物细胞中的分子。这些识别事件要么涉及NLR对效应物的直接识别，要么涉及NLR对效应物的间接识别，即NLR作为“保卫者（guard）”监测由效应物修饰的其他宿主蛋白或者说“被保护者（guardee）”。不论宿主直接识别还是间接识别效应物，都会导致细胞死亡，从而将微生物限制在感染部位。然而，到目前为止，我们还缺乏对植物NLR作用机制的详细了解，而且对这些分子如何在植物中发挥作用的理解在很大程度上是基于与动物NLR分子的比较。
如今，在两项新的研究中，中国清华大学的王宏伟（Hong-Wei Wang）课题组、清华大学生命科学学院的柴继杰（Jijie Chai）课题组和中国科学院遗传与发育生物学研究所的周俭民（Jian-Min Zhou）课题组将无活性的NLR分子转化为提供抗病性的活性复合物的一连串分子事件拼凑在一起。相关研究结果都发表在2019年4月5日的Science期刊上，论文标题分别为“Ligand-triggered allosteric ADP release primes a plant NLR complex”和“Reconstitution and structure of a plant NLR resistosome conferring immunity”。
这些作者着重关注一种名为ZAR1的NLR受体。作为一种古老的植物分子，这种蛋白很可能具有广泛的重要性，这是因为它与多个'被保护者'相互作用，以便识别不相关的细菌效应物。
通过使用低温电镜，这些作者观察到，在细菌效应物不存在的情况下，ZAR1与植物蛋白RKS1一起通过涉及ZAR1蛋白的多个结构域的相互作用维持在静止状态。一旦遭受感染，细菌效应物修饰植物蛋白PBL2，这随后激活RKS1，从而导致巨大的构象变化，这些构象变化首先允许植物将ADP交换为ATP，接着导致一种五聚体的轮状结构组装，他们将这种结构称为“ZAR1抗病小体（ZAR1 resistosome）”。
这种结构的一个显著特征是它与动物NLR蛋白的相似性：动物NLR蛋白一旦被激活，也会组装成轮状结构，作为细胞死亡执行和免疫信号转导的信号平台。然而，植物NLR和动物NLR组装的轮状结构之间的一个重要差异为ZAR1如何诱导细胞死亡提供了诱人的线索。这些作者能够在ZAR1中鉴定出一种高度有序的漏斗样结构。这种漏斗样结构将ZAR1抗病小体拴在质膜上，而且也是细胞死亡和抗病性所必需的。他们推测ZAR1可能在质膜中形成孔，并以这种方式扰乱细胞功能，从而导致免疫信号转导和细胞死亡。
2.Science：发现一种阻止同类相食的小肽---SELF-1
doi:10.1126/science.aav9856
线虫最喜欢吃的食物是它的幼虫，它必须非常小心，不要意外地吃掉自己的后代。在一项新的研究中，来自德国马克斯-普朗克发育生物学研究所的研究人员发现这些仅一毫米长的微小线虫如何能够将自己的后代与其他线虫的后代区分开来，从而避免同类相食（cannibalism）。他们发现Pristionchus属线虫通过一种复杂的机制来识别它的后代。这些线虫在它们的表面上携带着一种较小的高度可变的似乎可由线虫鼻子检测到的蛋白。这种蛋白的可变部分可能起到自我识别代码的作用，即便发生一个氨基酸的变化也会导致同类相食。相关研究结果发表在2019年4月5日的Science期刊上，论文标题为“Small peptide–mediated self-recognition prevents cannibalism in predatory nematodes”。
论文通讯作者、马克斯-普朗克发育生物学研究所首席科学家Ralf Sommer说道，“自我识别在动植物王国中随处可见。它处于众多生物过程---从单细胞生物的聚集到各种动物的社会性或攻击性行为---的核心，而且也是负责抵御病原体的人类免疫系统的关键部分。然而，尽管自我识别普遍存在，但是这类有机体自我识别在此之前并没有在线虫中描述过。”Sommer将Pristionchus属线虫建立为与著名的秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）进行比较研究的模式生物。
3.Science：新的ALS基因表达图谱为疾病进展提供了前所未有的细节
doi:10.1126/science.aav9776
在一项新的研究中，来自美国纽约基因组中心、布罗德研究所、哥伦比亚大学、斯坦福大学、纽约大学、弗莱提荣研究所（Flatiron Institute）和瑞典皇家理工学院的研究人员利用新技术绘制出脊髓样本的基因表达图谱，这就为肌肉侧索硬化症（ALS，也称渐冻人症）患者的疾病发生和进展机制提供了新的见解。他们将空间转录组学（spatial transcriptomics）和一种新的计算方法结合在一起，获得脊髓中将近1.2万个基因在时间和空间上的基因表达测量值。结果就是产生一种新的多维基因表达图谱。这种基因表达图谱提供了史无前例的细节和规模，并且提供了一个以前无法获得的关于ALS疾病进展的观点。相关研究结果发表在2019年4月5日的Science期刊上，论文标题为“Spatiotemporal dynamics of molecular pathology in amyotrophic lateral sclerosis”。论文通讯作者为纽约基因组中心的Hemali Phatnani博士、纽约大学的Richard Bonneau教授和瑞典皇家理工学院的Joakim Lundeberg博士。
这些研究人员描述了这种时空基因表达图谱如何揭示利用传统测序方法无法观察到的ALS疾病的早期变化。他们还开发出新的计算方法来揭示疾病驱动的中枢神经系统中所有细胞类型的许多信号通路的活性变化，这可能为开发治疗方法和诊断方法提供新的靶标。
与以往的转录组分析研究相比，这项研究的独特之处在于这些研究人员使用的空间转录组学方法，它能够同时在组织切片的许多位置产生RNAseq图谱。因此，他们能够精确地记录组织中几乎每个基因的表达位置。基于此，他们就能够精确记录组织中几乎每个基因的表达位置。他们在ALS小鼠模型中检测了疾病发展的四个时间点，从成年最早期到末期。此外，他们还对ALS患者死后的脊髓样本进行了检测。
在这项新的研究中，这些研究人员收集来自1165个小鼠组织切片的76136个空间基因表达测量值（spatial gene expression measurement, SGEM）和来自80个人类组织切片的61031个SGEM（对于背景而言，下一个最大可比空间分辨率转录组学研究在同一时间点仅考虑了大约12个组织切片）。通过将来自很多组织切片的数据结合在一起，他们能够在待检测的组织区域同时检测将近1.2万个基因的表达。这是首次使用这种空间分辨率方法在这种深度和规模上研究ALS。
4.两篇Science揭示NLRP1B炎性体激活机制
doi:10.1126/science.aau1330; doi:10.1126/science.aau1208
炎性体是多蛋白复合物，它协调促炎性细胞因子分泌和细胞死亡。诸如炭疽致死因子之类的蛋白酶能够激活一种称为NLRP1B的炎性体，但是这种激活的机制仍然是不清楚的。Chui等人通过全基因组敲除筛选，发现致死因子对NLRP1B的蛋白水解诱导NLRP1B氨基末端结构域发生蛋白酶体降解和最终的细胞死亡。Sandstrom等人发现NLRP1B的氨基末端结构域的降解导致一种激活半胱天冬酶-1（caspase-1）的羧基末端片段释放。这种称为“功能性降解”的过程允许免疫系统检测病原体相关活动，就像它识别病原体相关抗原一样。
5.Science：追踪玉米中的减数分裂
doi:10.1126/science.aav6428
植物不像动物那样从早期发育中留下生殖细胞谱系，而是根据需要产生生殖细胞。Nelms和Walbot以玉米为研究对象，利用玉米植物顶部花药中体细胞和发育中生殖细胞之间的大小差异，在减数分裂过程中分离单个生殖细胞以进行花粉发育。他们使用单细胞RNA测序来研究减数分裂过程中的转录组变化。这些研究表明随着减数分裂的进展，减数分裂的特化程度也在增加，与此同时，在减数分裂细线期的过渡阶段，这种转录组发生重组。
6.Science：揭示磷脂酰丝氨酸调控ROP6在植物质膜中的聚集
doi:10.1126/science.aav9959
质膜中罕见的一些脂质变体起着信号转导成分的作用。通过研究模式植物拟南芥的根尖细胞，Platre等人发现在质膜中相对丰富的磷脂酰丝氨酸也调节信号通路。在对来自植物生长素的信号作出反应时，磷脂酰丝氨酸是ROP6（一种小的鸟苷三磷酸酶）在膜中聚集所必需的。磷脂酰丝氨酸浓度的变化改变了ROP6的聚集，从而改变了生长素信号反应。
7.Science：多次失去飞行的鸟群在与飞行相关的基因调节区域上存在趋同进化
doi:10.1126/science.aat7244
来自差异很大的分类群（taxa）的物种在性状上也会发生类似的变化。哪些潜在的遗传因素引起这些平行变化仍然是一个悬而未决的问题。Sackton等人观察了多次失去飞行的鸟群---平胸类鸟（ratite）和tinamous（产于南美洲的一种走禽），并发现与飞行相关的基因相关的调节区域存在趋同性，但蛋白编码区域不存在趋同性。这些调节区域内发生的变化影响了肢体发育，可能代表了跨越分类群的趋同变化的快速途径。
8.Science：入侵的鸟类也能传播本土植物的种子
doi:10.1126/science.aau8751
当人类将外来物种引入敏感的生态系统时，外来物种的入侵和本土物种的灭绝通常会随之而来。由此产生的生态群落可以在幸存者和新入侵者之间产生不同寻常的相互作用。 Vizentin-Bugoni等人分析了夏威夷的种子传播网络结构，在那里，本土鸟类大多被入侵者所取代。他们发现本土植物如今依靠入侵的鸟类进行种子传播。这种传播相互作用网络是复杂和稳定的，这也是世界其他地区的本土种子传播网络的特征。在某些情况下，引入的物种似乎可能融入本地生态系统。（生物谷 Bioon.com）
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