井喷 | 1天，中国学者连续发表6篇CNS，在生命科学及材料学取得重大进展

枫叶 iNature 2022-12-11

iNature

2020年4月8日，中国学者在Cell，Nature 及Science 在线发表了6项重要研究成果，在生命科学及材料学取得进展，iNature系统盘点了这些成果：

【1】陆生植物的地上部分统称为叶圈，在大气二氧化碳和氧气的全球平衡中起着关键作用。叶圈是微生物群落定殖的最丰富的栖息地之一。植物是否以及如何控制叶缘微生物以确保植物健康尚不清楚。中国科学院分子植物科学卓越创新中心辛秀芳与美国密歇根州立大学何胜洋共同通讯在Nature 在线发表题为“A plant genetic network for preventing dysbiosis in the phyllosphere”的研究论文，该研究构建了“人工合成微生物群”，并通过细菌16S rRNA基因和基因组测序、“无菌植物培养系统”等实验明确了突变体植物的叶际微生群由“正常”变为“失衡且对植物有害”（dysbiotic）的状态并导致叶片发生类似病害的表型。进一步的研究发现突变体中重要免疫和水分平衡通路的缺失以及不同菌种之间的互作（抑制作用）导致了细菌群落结构的改变。此外，本工作还发现拟南芥另一个基因CAD1突变也会导致类似的细菌群落结构失衡及叶片坏死表型，并进一步发现CAD1功能与FLS2/EFR/CERK1/MIN7等相关，因此这几个基因存在于一个网络来共同维持叶际微生物群平衡。对植物微生物群稳态机制的研究可以帮助人们将来设计和改变植物微生物群落结构，从而改善植物生长和抗逆等性状，为人类生产和生活服务。

【2】许多缺乏信号肽的胞质蛋白（称为无前导货物）是通过非常规分泌方式分泌的，囊泡运输是主要途径。目前尚不清楚无信号肽的货物如何进入囊泡。2020年4月8日，清华大学葛亮团队在Cell在线发表题为“A Translocation Pathway for Vesicle-Mediated Unconventional Protein Secretion”的研究论文，该研究发现了一条调节小泡进入和无信号肽货物分泌的易位途径。该研究将TMED10鉴定为许多无信号肽货物分泌及囊泡进入的蛋白质通道。 TMED10 C末端区域与货物相互作用说明了货物的选择性释放。在体外重建测定中，TMED10直接介导无前导货物进入脂质体的膜转运，这取决于蛋白的解折叠并由HSP90s增强。TMED10位于内质网（ER）-高尔基体中间隔间，并引导货物进入该隔间。此外，货物诱导了TMD10同源寡聚体的形成，其可以充当货物转运的蛋白质通道。【3】胶质细胞转化为功能性神经元代表了一种潜在的治疗方法，可用于补充与神经退行性疾病和脑损伤相关的神经元丢失。低转换效率和在体内无法产生所需神经元类型的阻碍了以前使用转录因子表达在该领域的尝试。2020年4月8日，中国科学院上海神经所杨辉及周海波共同通讯在Cell 在线发表题为“Glia-to-Neuron Conversion by CRISPR-CasRx Alleviates Symptoms of Neurological Disease in Mice”的研究论文，该项研究通过运用最新开发的RNA靶向CRISPR系统CasRx特异性地在视网膜穆勒胶质细胞中敲低Ptbp1基因的表达，首次在成体中实现了视神经节细胞的再生，并且恢复了永久性视力损伤模型小鼠的视力。同时，该研究还证明了这项技术可以非常高效且特异地将纹状体内的星形胶质细胞转分化成多巴胺神经元，并且基本消除了帕金森疾病的症状。该研究将为未来众多神经退行性疾病的治疗提供一个新的途径。

【4】癌细胞因其增殖而增加脂肪生成，而固醇调节元件结合蛋白（SREBPs）的激活在此过程中起着核心作用。SREBP被内质网中的INSIG蛋白，SREBP裂解激活蛋白（SCAP）和固醇组成的复合物抑制。固醇水平对INSIG蛋白和SCAP之间相互作用的调节对于SCAP-SREBP复合物与内质网的分离和SREBPs的活化至关重要。但是，尚不清楚这种蛋白质的相互作用是否受固醇含量以外的其他机制调节，尤其是致癌信号是否起作用。2020年4月8日，，由浙江大学、青岛大学、中国台湾地区中国医药大学以及美国MD安德森癌症中心合作，吕志民，洪明奇，Xu Daqian共同通讯在Nature杂志上在线发表了题为“The gluconeogenic enzyme PCK1 phosphorylates INSIG1/2 for lipogenesis”的研究论文，该研究显示在人类肝细胞癌（HCC）细胞中激活的AKT在Ser90处磷酸化胞浆磷酸烯醇丙酮酸羧激酶1（PCK1）（糖异生中的限速酶）。磷酸化的PCK1易位到内质网，在这里它使用GTP作为磷酸盐供体来磷酸化Ser207的INSIG1和Ser151的INSIG2。这种磷酸化作用减少了固醇与INSIG1和INSIG2的结合，并破坏了INSIG蛋白与SCAP之间的相互作用，从而导致SCAP–SREBP复合物向高尔基体移位，SREBP蛋白（SREBP1或SREBP2）的活化以及SCAP的转录。下游脂肪形成相关基因，肿瘤细胞增殖和小鼠肿瘤发生。此外，Ser90的PCK1，Ser207的INSIG1和Ser151的INSIG2的磷酸化与不良的HCC预后相关。该研究发现突出了PCK1的蛋白激酶活性在SREBPs激活，脂肪形成和HCC发生中的重要性。

【5】2020年4月8日，中国农科院哈尔滨兽医研究所陈化兰，步志高及中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所武桂珍共同通讯在Science 在线发表题为“Susceptibility of ferrets, cats, dogs, and other domesticated animals to SARS–coronavirus 2”的研究论文，该研究调查了雪貂和与人类密切接触的动物对SARS-CoV-2的易感性。结果表明，新冠病毒在狗、猪、鸡和鸭子中的复制能力很差，但在雪貂和猫身上能有效复制。该研究还发现，新冠病毒可通过呼吸道飞沫在猫之间传播。目前仍不明确猫能否将病毒传染给人类，因此猫主人尚无需恐慌。

【6】2020年4月8日，北京航空航天大学刘明杰团队在Nature 在线发表题为“Layered nanocomposites by shear-flow-induced alignment of nanosheets”的研究论文，该研究提出了一种在不混溶的水凝胶/油界面处利用剪切流诱导的二维纳米片排列，来生产具有高度有序的层状结构的纳米复合材料的策略。研究人员认为，该策略可以很容易地扩展以对齐各种二维纳米填料，可以应用于各种结构复合材料，并导致高性能复合材料的发展。

植物的地上部分可统称为phyllosphere，而这其中的叶片组织是植物进行光合作用和能量代谢的中心部位。与植物根部类似，植物叶片的表面和内部存在细菌、真菌等微生物群；但是相比对植物根际微生物群的许多研究，目前对植物如何控制叶际微生物群的稳态以及叶际微生物群的平衡如何影响植物健康生长还知之甚少。

phyllosphere中生活着各种各样的微生物，一些phyllosphere生物以附生植物的形式生活在植物表面，而其他叶微生物以内生菌的形式生活在叶片内部。与深入研究根定殖菌群在植物健康中的作用相反，phyllosphere菌群对植物生长，发育和健康的集体社区贡献尚不清楚。

phyllosphere在功能上不同于地下根际。例如，与根相比，叶子具有较大的质外体，这促进了光合作用所必需的气体交换，并为微生物群的定殖提供了空气充裕的内部空间。叶片微生物群的组成会受到宿主基因型的影响，最近的一项生态研究表明，叶片细菌多样性与陆地生态系统生产力之间存在正相关。但是，phyllosphere微生物区系的这些变化是否对植物健康产生了因果关系（或仅仅是其结果）仍然是一个尚未解决的基本问题。

该工作前期的一项研究发现一个拟南芥的基础免疫和叶片水分平衡缺陷的四突变体（fls2/efr/cerk1/min7）植物在高湿度环境下会出现叶片内部细菌菌群过度繁殖和叶片黄化/坏死的表型。这表明叶际微生物群失衡会破坏植物健康。该工作在此基础上构建了“人工合成微生物群”，并通过细菌16S rRNA基因和基因组测序、“无菌植物培养系统”等实验明确了突变体植物的叶际微生群由“正常”变为“失衡且对植物有害”（dysbiotic）的状态并导致叶片发生类似病害的表型。进一步的研究发现突变体中重要免疫和水分平衡通路的缺失以及不同菌种之间的互作（抑制作用）导致了细菌群落结构的改变。

此外，本工作还发现拟南芥另一个基因CAD1突变也会导致类似的细菌群落结构失衡及叶片坏死表型，并进一步发现CAD1功能与FLS2/EFR/CERK1/MIN7等相关，因此这几个基因存在于一个网络来共同维持叶际微生物群平衡。对植物微生物群稳态机制的研究可以帮助人们将来设计和改变植物微生物群落结构，从而改善植物生长和抗逆等性状，为人类生产和生活服务。

注：部分解析参考自中国科学院分子植物科学卓越创新中心的官网介绍。

参考链接：

http://www.sippe.ac.cn/tpxw/202004/t20200409_5535461.html

参考消息：

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2161-8

https://science.sciencemag.org/content/early/2020/04/07/science.abb7015

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30286-5

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2183-2

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30323-8

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2185-0

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