人类起源新发现,非洲南部古湿地见证“小柯”论文速递

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《自然》

● 人类起源于非洲南部古湿地

2019年10月28日，《自然》杂志在线发表了澳大利亚加文医学研究所Vanessa M. Hayes和韩国国立釜山大学Axel Timmermann等研究人员的最新发现，他们研究表明人类起源于非洲南部的古湿地，并发现了人类的第一次迁徙。

研究人员从当代南部非洲人那里获得了代表性差、根源最深的母源L0线粒体DNA分支资源（198个新的有丝分裂基因组，总计1217个有丝分裂基因组），并发现了非洲赞比西河以南L0d1'2、L0k以及L0g Khoe San后裔的地理隔离。

通过建立线粒体基因组的时间线、频率和扩散，研究人员表明，L0谱系出现在非洲南部残留的麦加迪卡迪-奥卡万戈古湿地内，大约200 ka（95％置信区间240-165 ka）。

遗传差异表明L0谱系持续存在70000年，然后在130至110 ka的异地东北到西南方向扩散。

古气候代用资料和模型数据表明，湿度增加打开了绿色走廊，首先是东北，然后是西南。随后的家园干燥对应着持续有效的种群数量（L0k），而湿干循环和可能的海洋觅食适应使西南移民实现了人口增长（L0d1'2），这得到了广泛的东南沿海考古证据的支持。

综上所述，研究人员认为在解剖学上的现代人类起源于非洲南部，该人类具有持续的家园定居，然后才似乎是由区域气候变化所引起的人类第一次迁徙。

据了解，解剖学上现代人类起源于大约200千年前（ka）的非洲。

尽管一些最古老的骨骼遗骸表明其起源于非洲东部，但非洲南部却是当代人口的家园，这些人口是人类遗传系统发育的最早分支。

相关论文信息：

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1714-1

《自然—生物技术》

● 具有广谱枯萎病抗性的水稻问世

美国密苏里大学Bing Yang、德国杜塞尔多夫大学Wolf B. Frommer以及菲律宾国际水稻研究所Ricardo Oliva等人员合作取得进展。他们利用基因组编辑技术产生了具有细菌性枯萎病广谱抗性的水稻。这一研究成果于10月28日在线发表于国际学术期刊《自然—生物技术》。

研究人员使用CRISPR–Cas9介导的基因组编辑在所有三个SWEET基因启动子中引入突变。通过对63个Xanthomonas oryzae pv. oryzae（简称为Xoo）菌株中转录激活物样效应蛋白（TALe）基因的序列分析进一步改进编辑，该分析揭示了SWEET13等位基因的多个TALe变体。

研究人员在SWEET14中也创建了突变，这也是非洲Xoo品系两种TAL的靶标。研究人员将总共五个启动子突变同时引入到水稻系Kitaake和优秀超级品种IR64和Ciherang-Sub1中。

稻田试验表明，基因组编辑的SWEET启动子赋予了水稻品系强大的广谱抗性。

据了解，水稻的细菌性疫病是存在于亚洲和非洲的重要疾病。病原体Xoo分泌六种已知的TALe中的一种或多种，这些效应蛋白结合特定的启动子序列并至少诱导三种宿主蔗糖转运蛋白基因SWEET11、SWEET13和SWEET14中的一种，其表达是疾病易感性所必需的。

相关论文信息：

https://www.nature.com/articles/s41587-019-0267-z

● 科学家研制出水稻抗枯萎病诊断试剂盒

近日，德国杜塞尔多夫大学Wolf B. Frommer和美国密苏里大学Bing Yang等研究人员合作研发了水稻抗枯萎病诊断试剂盒。2019年10月28日，国际知名学术期刊《自然—生物技术》在线发表了这一成果。

研究人员报道了一种诊断试剂盒，可用于在野外分析细菌疫病并鉴定合适的抗性系。

具体来说，这个试剂盒包括SWEET启动子数据库、用于检测SWEET诱导的RT–PCR引物、工程化的报告稻系从而可视化SWEET蛋白的积累以及敲除水稻系以鉴定细菌分离株中的毒力机制。

研究人员还开发了CRISPR – Cas9基因组编辑的Kitaake水稻，以评估EBE突变抗性的功效，以及可预测特定地理区域最佳抗性基因集的软件，并开发了两个具有抗性的“超级”水稻系，这些水稻系将使农民能够种植最有可能抵抗稻疫病的植物。

据介绍，抗枯萎的水稻系是细菌枯萎病（由Xanthomonas oryzae pv. Oryzae引起）最有效的解决方案。

关键抗性机制涉及SWEET基因作为易感性因子。细菌转录激活因子样（TAL）效应子与SWEET基因启动子中的效应子结合元件（EBE）结合并诱导SWEET基因。TAL效应子无法识别的EBE变体阻止诱导，从而引起抗性。

相关论文信息：

https://www.nature.com/articles/s41587-019-0268-y

《自然—方法学》

● 科学家发现CRISPR失效原因

德国欧洲分子生物学实验室Wolfgang Huber、Lars M. Steinmetz和葛兰素史克公司Gerard Drewes等研究人员发现，生物可塑性能够挽救CRISPR敲除中的靶标活性。2019年10月28日，《自然—方法学》在线发表了这项成果。

研究人员设计了一种实验策略，将RNA测序和三级质谱相结合，以表征193个靶向136个不同基因的缺失（经过基因验证），在HAP1细胞中这些缺失由CRISPR诱导的移码产生。

研究人员观察到了大约三分之一靶标的残余蛋白表达，水平从低到未变化不等；并确定了两种因果机制，翻译重新开始导致N末端被截断的目标蛋白，或者跳过了被编辑的外显子，产生内部序列缺失的蛋白亚型。

对三个截短的靶标BRD4、DNMT1和NGLY1的详细分析显示，这些蛋白部分保留了功能。

这些结果表明，系统性表征CRISPR-Cas9产生的基因敲除细胞系中残余蛋白表达或功能对于表型解释是必要的。

据介绍，通过CRISPR–Cas9引起的移码突变高效实现了基因敲除。尽管可以通过DNA测序方便地验证DNA编辑的效率，但目前仍缺乏对蛋白质消除效率的系统理解。

相关论文信息：

https://www.nature.com/articles/s41592-019-0614-5

● 高速双光子显微镜可用于小鼠大脑成像

近日，美国斯坦福大学Mark J. Schnitzer及其研究小组研发出可用于清醒小鼠大脑成像的千赫兹双光子显微镜。这一研究成果于2019年10月28日在线发表于国际学术期刊《自然—方法学》。

研究人员介绍，双光子显微镜是在散射介质中成像的主要技术，通常可提供约10–30 Hz的帧采集速率。

为了观察高速现象，研究人员建立了一台具有400个照明光束的双光子显微镜，其能够以高达1 kHz的速率对211000 µm2面积样品进行采集。

使用此显微镜，研究人员可以在清醒小鼠的大脑中观察到微循环血流、快速静脉收缩和神经元钙离子升高，并具有毫秒级的时间分辨率。

相关论文信息：

https://www.nature.com/articles/s41592-019-0597-2

《自然—遗传学》

● HDAC9基因可影响主动脉钙化

HDAC9基因与动脉粥样硬化性主动脉钙化有关，并影响血管平滑肌细胞表型，这一成果由美国麻省总医院Christopher J. O’Donnell和Rajeev Malhotra等研究人员近期取得。该研究于10月28日在线发表于《自然—遗传学》。

研究人员进行了全基因组关联荟萃分析，以确定与腹主动脉钙化程度（n=9417）或胸主动脉钙化程度（n=8422）相关的单核苷酸多态性（SNP）。在全基因组水平上，两个遗传位点HDAC9和RAP1GAP与腹主动脉钙化相关（P <5.0×10-8）。

在全基因组阈值时，没有SNP与胸主动脉钙化相关。HDAC9在人类主动脉平滑肌细胞中表达的增加促进了钙化以及收缩力的降低，而HDAC9在人类主动脉平滑肌细胞中的抑制作用则抑制钙化并增强细胞收缩力。

在基质Gla蛋白缺乏小鼠中（人类血管钙化模型），缺乏HDAC9的小鼠主动脉钙化减少了40％，并提高了存活率。

这项转化基因组研究确定了与腹主动脉钙化相关的第一个遗传风险位点，并描述了HDAC9在血管钙化发展中的未知作用。

据介绍，主动脉钙化是将来心血管事件的重要独立预测因子。

相关论文信息：

https://www.nature.com/articles/s41588-019-0514-8

● 研究揭示无义介导mRNA降解所产生的影响

西班牙巴塞罗那科技学院Fran Supek和Ben Lehner等研究人员发现，无意介导的mRNA降解对遗传病、基因编辑和癌症免疫治疗的影响。该研究10月28日在线发表于《自然—遗传学》。

研究人员表示，过早的终止密码子（PTC）可能导致截短蛋白的产生或者通过无意义介导的mRNA降解（NMD）引起的信使RNA降解。

这些结果中任一个的发生都可以改变突变的效果，NMD的参与取决于一系列规则。

通过应用这些规则在全基因组范围内获得的资源（称为NMDetective），研究人员探索了NMD对遗传疾病和治疗方法的影响。

首先，人类遗传疾病的不同之处在于NMD要么通常会加剧要么会减轻PTC的影响。

其次，无法触发NMD是CRISPR–Cas9基因编辑导致基因失活无效的原因。最后，NMD是癌症免疫疗法功效的决定因素，只有逃脱NMD的移码后转录本才能预测反应。

这些结果证明了将NMD规则纳入临床决策的重要性。此外，这些结果暗示抑制NMD可能有效增强癌症免疫疗法。

相关论文信息：

https://www.nature.com/articles/s41588-019-0517-5

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