2016年7月29日Science期刊精华

　　2016年07月29日讯 本周又有一期新的Science期刊（2016年7月29日）发布，它有哪些精彩研究呢？让小编一一道来。

　　重磅！改写教科书上的共生经典例子

　　地衣（lichen）的词典条目可能需要编辑一下。一项新的研究推翻了关于地衣的古老的一种藻类-一种真菌共生观点，替换它的是一种略微复杂的观点：一种藻类-两种真菌，其中这两种真菌为已知的子囊菌和新发现的担子菌酵母。相关研究结果于2016年7月21日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Basidiomycete yeasts in the cortex of ascomycete macrolichens”。

　　论文共同作者、美国普渡大学真菌学家M. Catherine Aime在新闻稿中说，“这一发现推翻了我们关于地球上这种研究得最为透彻的共生关系的长期假设。这些酵母组成一个完整的但是之前不为人所知的群体，但是它们作为第三种共生伙伴存在于每个大陆上的许多种地衣中。”

　　论文通信作者、奥地利格拉茨大学博士后研究员Toby Spribille发起关于地衣组成的研究以便找出如何解释由相同的真菌和藻类组成的两种地衣之间的表型差异。这导致Spribille在这些地衣中发现一种担子菌酵母，该酵母的基因表达导致这些差异。Spribille在一项声明中说道，“我花了很长时间说服我自己，这不是由于污染造成的。”

　　当在这些地衣中寻找其他的真菌时，Spribille团队发现这种担子菌酵母都在它们当中存在。

　　深入探究新型HIV药物的作用机制

　　2016年7月，来自欧洲分子生物学实验室和海德堡大学医院的研究人员正在利用一种特殊的方法来检测一种新型的HIV药物，同时研究者还发现，但病毒开始对早期的药物产生抗性时，其并不会阻断或者抑制药物的效应，而是会绕过这些药物来感染机体。

　　研究者就描述了不成熟的HIV的详细作用机制；HIV包括两种形式：成熟病毒颗粒和未成熟病毒颗粒，不成熟的病毒颗粒实在感染个体的细胞中进行组装的，当未成熟的病毒颗粒离开细胞后，其在感染其他个体之前必须改变成为成熟的形式，当前研究者正在对一类新型药物进行临床试验，这类药物就可以抑制病毒的成熟过程，但截止到目前为止科学家并不清楚这种药物的作用机制。

　　为了从未成熟过渡到成熟状态，HIV不得不切断其主要结构单元之间的联系，并且对结构组分进行重排；文章中研究者就发现了一种重要的切割点，其可以连接病毒的衣壳蛋白和间隔肽1（spacer peptide），如果没有被切割，病毒就不会成熟；研究者利用电子断层扫描术和X线断层成像技术精确揭示了未成熟HIV的3D信息，他们发现，这种切割点往往隐藏到了病毒切割机器不能作用的区域，因此对于病毒成熟的过程而言，首先其结构必须发生改变，必须将切割点暴露出来。

　　研究者Florian Schur说道，当我们利用一种抑制性药物观察病毒结构时，我们发现，这种抑制药物并不会抑制切割机器发挥作用，而且这种药物会将不成熟的病毒结构锁定，以便其不能够被切割从而使得病毒成熟。当这种新型抑制药物被开发出来的时候，研究者就发现，这种抑制药物并不会影响携带特殊突变的HIV病毒，也就是说这些病毒对新型抑制药物是耐受的；随后通过确定病毒切割点的结构以及药物的作用机制，研究者就清楚地理解了这些突变所产生的效应。

　　研究者Krausslich说道，病毒并不会阻断药物的结合作用，而是会通过产生特殊的突变动摇病毒不成熟的结构来对药物产生耐受性。如今我们希望更加深入解析病毒和抑制性药物的作用机制，从而更加精确地理解抑制药物如何同病毒蛋白相结合，为后期开发更加精准的药物就提供了新的思路。

　　解析出寨卡病毒NS2B/NS3蛋白酶与一种硼酸抑制剂结合时的晶体结构

　　正在持续的寨卡病毒爆发与严重性神经障碍相关联。寨卡病毒依赖它的NS2B/NS3蛋白酶进行多聚蛋白（polyprotein）加工，在宿主细胞蛋白酶的配合下，将这种多聚蛋白切割成病毒复制所需的多个蛋白。因此，这种酶是一种有吸引力的药物靶标。

　　在一项新的研究中，来自德国吕贝克大学和海德堡大学的研究人员解析出这种寨卡病毒蛋白酶与一种拟肽类硼酸抑制剂（peptidomimetic boronic acid inhibitor）结合在一起时的分辨率为2.7埃的晶体结构。这种结构表明硼酸基团与甘油之间形成一种环状二酯结构。这种抑制剂的P2 4-氨基甲基苯丙氨酸（P2 4-aminomethylphenylalanine）部分与NS2B的非保守性Asp83形成盐桥，从而可能解释了这种酶的高催化效率。

　　在春化期间，拟南芥转录抑制因子VAL1触发多硫蛋白介导的FLC沉默

　　拟南芥开花基因位点C（Flowering Locus C, FLC）遭受多硫蛋白沉默会加快开花，而且是在一种低温依赖性表观遗传开关（cold-dependent epigenetic switch）的参与下完成的。

　　在一项新的研究中，来自英国约翰伊恩斯中心和帝国理工学院的研究人员鉴定出FLC基因内成核位点上的一个单点突变会阻止这种表观遗传开关发生作用。这种突变阻断植物同源结构域-多梳蛋白抑制复合物2（plant homeodomain-Polycomb repressive complex 2, PHD-PRC2）发生成核，并且表明转录抑制因子VAL1在这种沉默机制中发挥作用。在体内，VAL1定位到这个成核区域，促进组蛋白去乙酰化和FLC转录沉默，并且与保守的凋亡-剪接相关蛋白复合物（apoptosis- and splicing-associated protein, ASAP）的组分相互作用。

　　利用CRISPR/Cas系统开发出分子记录设备

　　在一项新的研究中，来自美国哈佛大学的研究人员利用细菌的CRISPR/Cas适应性免疫系统，开发出一种方法永久性记录活细胞中的分子事件。这项研究的重要性在于提供概念验证：一种吸引人的细菌免疫系统可能被用作为一种具有令人印象深刻的记录容量的工具。相关研究结果于2016年6月9日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Molecular recordings by directed CRISPR spacer acquisition”。

　　研究人员利用含有CRISPR DNA位点和精简的Cas蛋白复合体版本的大肠杆菌菌株开展实验。这种最小的Cas蛋白复合体由Cas1和Cas2---将DNA寡聚物整合到宿主细胞基因组中所必需的---的可诱导版本组成，但缺乏破坏病毒所需的所有组分。研究人员发现通过以一种时间排序的方式将特定的人工合成DNA序列引入到这些细胞中（比如，在不同的日子里，导入不同的人工合成DNA寡聚物），在CRISPR位点上所产生的序列确实准确地反应这些DNA寡聚物的引入顺序。

　　利用定向进化（directed evolution），研究人员继续构建出新的Cas1和Cas2版本：相比于它们的野生型蛋白，它们能够以一种略微不同但可以辨别出的方式整合DNA寡聚物（依然按照时间顺序整入）。让这些经过基因修饰的酶Cas1和Cas2受到不同诱导物的控制能够允许研究人员以两种不同的方式---依赖于哪种Cas1和Cas2版本在运作---记录DNA事件。

　　首次开发出基因组编辑技术GESTALT追踪细胞谱系

　　根据一项新的研究，在经过基因改造的斑马鱼胚胎中让特定的人工合成DNA片段发生突变能够让研究人员不可逆地对发育期间的细胞和它们的子细胞进行标记。这种技术允许沿着成体细胞谱系图追踪到它们的胚胎起源。相关研究结果于2016年5月26日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Whole organism lineage tracing by combinatorial and cumulative genome editing”。

　　论文共同通信作者、哈佛大学研究员Alex Schier和同事们的新方法被称作合成靶标阵列基因组编辑用于谱系追踪（genome editing of synthetic target arrays for lineage tracing, GESTALT）。它的工作流程为：将外源DNA片段（合成靶标阵列）导入单个受精细胞的基因组中，然后在发育过程中，通过基因组编辑特异性地和累积性地让这种阵列发生突变，这样早期的突变标记着很多细胞，而后期的突变标记着少量细胞。对这种阵列发生的突变进行限制意味着有机体的正常发育不受影响。

　　Schier说，研究人员随后在一项概念验证实验中利用这种GESTALT方法追踪成年斑马鱼器官中的细胞谱系。研究人员发现来自每种成年斑马鱼组织起源自小量建立者细胞（founder cell, 也译作生成细胞）。确实，在大多数组织中，少于25种等位基因（合成阵列的突变版本）产生90%以上的细胞。作为一种极端的例子，仅仅5种等位基因产生血液中98%以上的细胞。

　　母亲孕期饮食会影响后代DNA的表达

　　研究人员对8%低蛋白饮食和20%蛋白的正常饮食进行了比较研究，探究不同饮食下孕鼠的后代的影响。在正常饮食的断奶后，研究人员观察后代DNA甲基化的任何差异。

　　最初，研究人员一无所获，但是通过不同方式对核糖体的数据进行分析后，他们发现了巨大的遗传差异。

　　研究人员说，当细胞受到压力时，例如当营养水平较低时，他们会改变蛋白质的生产作为一种生存策略。低蛋白饮食组的后代有甲基化基因，减缓了基因的表达，可能会影响核糖体的功能，以及更小的后代（可能轻25%）。

　　这些表观遗传效应发生在一个关键的时间框架内，即子宫内，这些影响缺可能会是永久性的。相比断奶后后代本身的因素，怀孕期间母亲的饮食可能更多的影响后代的表观遗传状态和体重。

　　科学家探明致病菌实施快速感染策略的新机制

　　近日，刊登在国际杂志Science上的一篇研究报告中，来自瑞典于默奥大学（Umea University）等结构的研究人员通过研究首次发现，细菌可以扩大疾病基因来快速引发感染。20多年前，本文的研究者们首次发现人类致病性耶尔森菌的感染策略，这种细菌会利用一种细胞壁上的特殊蛋白组装形成一种“注射器”样的结构，这种名为三型分泌系统（T3SS）的结构可以将细菌的毒性蛋白转移到宿主细胞中破坏宿主细胞的代谢。

　　此后，研究者们在其它细菌中也相继发现了这种三型分泌系统，而且三型分泌系统被认为是细菌引发感染的常见机制；如今科学家又发现了细菌感染和形成“毒性注射器结构”的必要蛋白产生之间的关联。

　　文章中，研究者分析了假结核耶尔森菌的毒力策略，该细菌可以引发急性腹泻、呕吐以及胃痛，细菌感染所需的基因位于细菌细胞核外部的环状染色体中，即毒力质粒上。研究人员利用人类细胞进行感染性试验，随后再用动物模型证实研究结果，结果表明，单个拷贝的毒性质粒并不足以诱发细菌感染，当细菌同宿主细胞接触时，其会诱发一种拷贝模式来增加毒性质粒的数量。

　　研究者Helen Wang表示，耶尔森菌如今已经发展出了一种聪明的策略，为了携带较多的质粒，细菌往往需要更多能量，而且这会影响细菌的代谢和生长，但细菌可以以单一拷贝的质粒为作为模板快速扩增，从而达到引发感染的水平，很多毒力质粒可以帮助细菌构建三型分泌系统，从而提高细菌感染宿主细胞的能力。