該論文聚焦蜚蠊目中具有雙親撫育的木食性蟑螂和具有同胞利他行為的白蟻，發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)特化驅(qū)動(dòng)了不同社會(huì)性行為策略的產(chǎn)生，并闡明了白蟻品級(jí)分化的遺傳機(jī)制，為理解昆蟲社會(huì)性行為的形成機(jī)制提供了一個(gè)嶄新的框架。百邁客生物為該研究提供了轉(zhuǎn)錄組測序服務(wù)！

研究背景

昆蟲社會(huì)性表現(xiàn)為親代撫育和品級(jí)分化，即通過同胞間的利他行為延伸為生殖分工。這種適應(yīng)性創(chuàng)新導(dǎo)致了完全變態(tài)類群——膜翅目昆蟲（螞蟻、蜜蜂和寄生蜂等）的適應(yīng)性輻射，并得到大量的學(xué)術(shù)關(guān)注。然而，社會(huì)性行為雖然也在蜚蠊目中獨(dú)立起源（白蟻等），且起源更早，但相關(guān)研究卻被長期忽視。重要的是，社會(huì)性起源在蜚蠊目中與雜食性到木食性的轉(zhuǎn)變同時(shí)發(fā)生，為研究社會(huì)性起源提供了獨(dú)特的模型。

木食性蟑螂與白蟻以不同方式克服取食枯木所致的營養(yǎng)缺陷限制

李勝研究團(tuán)隊(duì)長期研究昆蟲變態(tài)發(fā)育的調(diào)控機(jī)制與演化規(guī)律，蜚蠊目昆蟲研究成果中取得了一系列重要進(jìn)展，揭示了蟑螂為“小強(qiáng)”的分子奧秘（Nature?Ecology?&?Evolution,?2025,?2022;?Science?Advances,?2024;?Nature?Communications,?2023,?2018;Molecular?Biology?Evolution,?2022;?Cell?reports,?2023;?National?Science?Review,?2025）。該研究成果在此基礎(chǔ)上開展，探究蜚蠊（蟑螂）演化為白蟻的具體機(jī)制。

研究內(nèi)容及結(jié)果

為探究白蟻社會(huì)性行為演化的奧秘，研究團(tuán)隊(duì)選取蟑螂-白蟻演化中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的代表性物種，獲得了三種蟑螂、一種半社會(huì)性木蟑螂以及四種社會(huì)性白蟻的高質(zhì)量基因組，并結(jié)合關(guān)鍵物種不同發(fā)育時(shí)期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，通過組學(xué)比較分析尤其是后續(xù)的功能驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)：

• 木食性和社會(huì)性演化都伴隨著大量基因丟失和基因家族收縮，表明社會(huì)性蜚蠊的適應(yīng)性創(chuàng)新并非源于新基因的獲得，而是由已有基因表達(dá)的高效組合所驅(qū)動(dòng)；
• 白蟻中精子運(yùn)動(dòng)相關(guān)基因發(fā)生丟失，提示雌性生殖系統(tǒng)內(nèi)不存在精子競爭，為一夫一妻制的出現(xiàn)作為生殖利他主義演化的前提（即漢密爾頓法則）提供了重要證據(jù)；
• 不同物種能量代謝基因的表達(dá)決定了其整體生長速率，而激素與能量代謝基因網(wǎng)絡(luò)的差異調(diào)控則決定了白蟻品級(jí)分化的方向；
• 在由雜食性向木食性轉(zhuǎn)變的過程中，木蟑螂采取“守財(cái)奴”式的能量節(jié)省模式，生長速度極慢；而白蟻則采用“能量分配”的模式，尤其是幼蟻被工蟻撫育的多寡直接決定幼蟻的發(fā)育命運(yùn)：撫育太多則產(chǎn)生大量的保幼激素，進(jìn)而抑制卵巢和翅芽的生長，最終發(fā)育為工蟻；只有撫育適當(dāng)才可產(chǎn)生適當(dāng)?shù)谋Ｓ准に?，從而獲得機(jī)會(huì)發(fā)育為生殖若蟻；這種能量分配方式導(dǎo)致生殖若蟻和工蟻的社會(huì)分工，形成兩個(gè)發(fā)育命運(yùn)完全不一樣的社會(huì)等級(jí)。

木食性蟑螂雙親撫育與白蟻同胞利他行為的演化

基于以上發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了社會(huì)性在蜚蠊目中的演化模型：

• 木蟑螂雖具群居及雙親哺育行為，但雙親的濫交習(xí)性不足以促進(jìn)利他主義，因而未能演化出同胞供養(yǎng)和撫育行為；
• 單片巢型（樹木既是居所也是食物）的木棲白蟻只有建巢初期具有嚴(yán)格的一夫一妻制，其同胞親緣關(guān)系在建巢初期最高，但由于后代在發(fā)育后期會(huì)優(yōu)先進(jìn)行繁殖，親緣關(guān)系隨巢群發(fā)展逐漸減弱，因此僅演化出有條件的利他行為，即表現(xiàn)為假工蟻；
• 離巢覓食性白蟻則具有嚴(yán)格的一夫一妻制，且其同胞親緣關(guān)系在整個(gè)蟻群生命周期中始終維持高位，因此演化出無條件利他行為，即表現(xiàn)為真工蟻保持不育狀態(tài)。

通過比較研究木蟑螂與白蟻，揭示了社會(huì)性演化的驅(qū)動(dòng)因素，繪制了從雜食性獨(dú)居蟑螂到具有不同社會(huì)性程度的白蟻的基因演化圖譜，為深入理解昆蟲適應(yīng)性性狀的創(chuàng)新提供了重要見解。

 

 

 

 

 

以上內(nèi)容來源于華南師范大學(xué)，侵刪

該研究揭示甘露糖富集的Cetobacterium?somerae能將日糧中的精氨酸在腸道內(nèi)轉(zhuǎn)化為腐胺，并由肝臟進(jìn)一步代謝為亞精胺，從而發(fā)揮減輕高脂日糧誘導(dǎo)的肝脂蓄積的作用，這一發(fā)現(xiàn)不僅闡明了腸道微生物與宿主之間跨界協(xié)同產(chǎn)生有益代謝物的全新機(jī)制，也為理解腸肝軸在代謝健康中的作用提供了突破性視角。百邁客生物為該研究提供了全長微生物多樣性測序服務(wù)。

研究背景

最新研究發(fā)現(xiàn)腸-肝軸涉及兩個(gè)器官間的相互作用，能通過多種微生物代謝物實(shí)現(xiàn)的雙向交流，表明腸道來源的細(xì)菌代謝物可能對肝臟健康產(chǎn)生正向或負(fù)向影響。為探究腸-肝相互作用，高脂飲食（HFD）模型是最成熟的實(shí)驗(yàn)方法之一，腸道、微生物群與宿主肝臟之間的這種特殊相互作用表明腸道微生物可能產(chǎn)生許多尚未表征的代謝物，這些代謝物可循環(huán)至肝臟以影響肝功能。然而，迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)任何腸道微生物代謝物經(jīng)肝臟代謝后轉(zhuǎn)化為有益于肝臟健康的成分。

研究結(jié)果

甘露糖補(bǔ)充緩解斑馬魚高脂飲食誘導(dǎo)的脂肪肝

因?yàn)橐延袌?bào)道表明甘露糖可改變腸道菌群組成并緩解小鼠脂肪肝，為了確定通過甘露糖富集或選擇腸道菌群是否能改善肝功能，進(jìn)行了添加甘露糖的HFD喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。喂養(yǎng)試驗(yàn)后，?HFD組斑馬魚的體重增長和肝臟三酰甘油（TAG）含量較正常脂肪飲食（NFD）組顯著增加，表明成功建立了營養(yǎng)性脂肪肝模型。與HFD組相比，NFD、5M（5?g/kg）和10M（10?g/kg）組通過降低肝臟脂合成相關(guān)基因的表達(dá)，肝臟TAG含量顯著降低，血清丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）和天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST）水平顯著下降。H&E染色顯示，相比HFD組，5M和10M組肝臟的空泡數(shù)量和損傷評(píng)分明顯減少。5M和10M組肝臟促炎因子相關(guān)基因的表達(dá)也有所降低，總體而言，還觀察到HFD添加甘露糖后在形態(tài)學(xué)和分子水平上改善了斑馬魚的腸道健康。

圖1-甘露糖補(bǔ)充不能直接緩解HFD誘導(dǎo)的肝臟脂肪變性，但會(huì)促進(jìn)C.somerae的生長

甘露糖補(bǔ)充改變腸道微生物群并選擇性富集CETOBACTERIUM

與HFD組相比，5M組和10M組中變形菌門（Proteobacteria）的相對豐度顯著降低，而梭桿菌門（Fusobacteriota）的相對豐度顯著增加。與HFD組相比，5M組和10M組中梭桿菌屬（Cetobacterium）的相對豐度顯著增加。腸道微生物群的α多樣性指數(shù)（Chao1和Shannon）在各組間無顯著差異。LEfSe分析顯示，5M組斑馬魚腸道中梭桿菌屬（Cetobacterium）高度富集。梭桿菌屬（Cetobacterium）是梭桿菌門（Fusobacteriota）的一個(gè)屬，在魚類中僅由單一物種C.?somerae代表，該菌通常棲息于多種魚類的腸道中。

此外，PCoA顯示HFD組和5M組的腸道微生物群完全分離，表明甘露糖補(bǔ)充顯著改變了斑馬魚的腸道微生物群組成。Spearman相關(guān)性分析顯示，變形菌門及其包含的近緣單胞菌屬（Plesiomonas）和氣單胞菌屬（Aeromonas）的相對豐度與TAG含量呈顯著正相關(guān)，而梭桿菌門（Fusobacteriota）和梭桿菌屬（Cetobacterium）的相對豐度與肝臟甘油三酯含量呈顯著負(fù)相關(guān)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證Cetobacterium、Plesiomonas和Aeromonas的豐度與肝臟TAG含量的關(guān)系，收集了斑馬魚和鯉魚的公共數(shù)據(jù)集。Spearman相關(guān)分析顯示，Cetobacterium與肝臟TAG含量呈一致的顯著負(fù)相關(guān)，而Plesiomonas和Aeromonas則沒有。

對C.?SOMERAE的基因組與生長分析揭示其代謝甘露糖的能力

為探究甘露糖補(bǔ)充后腸道中這些不同細(xì)菌類群豐度變化的原因，該團(tuán)隊(duì)對斑馬魚腸道中選定的菌株進(jìn)行了全基因組測序分析，包括C.?somerae?XMX-1,?Plesiomonas?shigelloides?CB5?和Aeromonas?veronii??XMX-5。結(jié)果證實(shí)這些菌株存在顯著的功能差異。

首先，三種菌株的基因組結(jié)構(gòu)存在明顯差異。由于甘露糖喂養(yǎng)的斑馬魚腸道中Cetobacterium相對豐度較高，進(jìn)一步比較了這三種細(xì)菌對單糖代謝途徑的差異。結(jié)果顯示，只有C.somerae具有代謝甘露糖的能力，進(jìn)一步的生長實(shí)驗(yàn)證實(shí)C.somerae可利用甘露糖作為其生長的主要碳源。相比之下，當(dāng)甘露糖作為主要碳源時(shí)，P.shigelloides?CB5和A.veronii?XMX?-5均未觀察到生長。

腸道C.?SOMERAE可減少斑馬魚肝臟脂肪蓄積

為明確甘露糖或C.?somerae是否能減少肝臟脂肪積累，研究了甘露糖對無菌（GF）斑馬魚肝臟脂肪積累的直接影響。結(jié)果證實(shí)，補(bǔ)充甘露糖的飲食并未減少肝臟脂肪積累，且與脂質(zhì)代謝和炎癥因子相關(guān)的基因表達(dá)未出現(xiàn)顯著變化。

然而，甘露糖改善的腸道菌群可減少斑馬魚肝臟脂肪積累。隨后，為直接驗(yàn)證C.?somerae補(bǔ)充對降低肝臟脂質(zhì)積累的影響，在喂食HFD的GF斑馬魚幼體中添加了濃度為106?CFUs/g的C.?somerae。與HFD組相比，補(bǔ)充C.?somerae的組別肝臟TAG含量和油紅染色顯著降低。C.?somerae對宿主的保護(hù)作用已在脂質(zhì)代謝和炎癥相關(guān)基因中得到證實(shí)。

此外，團(tuán)隊(duì)評(píng)估了P.?shigelloides?CB5或A.?veronii?XMX-5對肝臟降脂效果，證實(shí)這些菌株不影響斑馬魚肝臟脂肪含量。最后，發(fā)現(xiàn)C.?somerae可改善斑馬魚肝臟脂肪積累和腸道健康。

代謝組與基因組分析揭示了C.?SOMERAE中精氨酸-腐胺通路的存在

為探究C.?somerae可HFD下改善宿主肝臟健康的機(jī)制，結(jié)合基因組學(xué)和代謝組學(xué)分析以及同位素示蹤方法，來確定C.?somerae參與降低肝臟脂肪含量的活性成分。代謝組分析顯示，無菌培養(yǎng)基和C.?somerae上清液中的代謝物顯著分離，且組內(nèi)差異性較低。差異代謝物分析表明，腐胺是C.?somerae上清液中最豐富的代謝物之一。隨后團(tuán)隊(duì)基于C.?somerae的基因組序列注釋了腐胺代謝途徑中的主要酶，并發(fā)現(xiàn)C.?somerae擁有編碼精氨酸脫羧酶的基因，以及胍丁胺脫亞胺酶和N-氨甲酰腐胺酰胺酶的基因，從而從胍基丁胺中產(chǎn)生腐胺，這與其他細(xì)菌的研究結(jié)果一致。

此外，C.?somerae的全譜代謝組分析顯示，該細(xì)菌可利用精氨酸產(chǎn)生胍基丁胺并進(jìn)一步產(chǎn)生腐胺。進(jìn)一步的靶向代謝組分析表明，精氨酸在48小時(shí)被C.?somerae完全利用，腐胺含量達(dá)到2.22?μmol/mL。為驗(yàn)證該代謝途徑在C.?somerae中的存在，我們在培養(yǎng)基中添加了外源性同位素標(biāo)記的13C6?15N4-精氨酸。結(jié)果顯示，C.?somerae的上清液和細(xì)菌沉淀中均檢測到13C4?15N2-腐胺。最后，通過向培養(yǎng)基中補(bǔ)充D8-腐胺，驗(yàn)證C.?somerae是否能進(jìn)一步代謝腐胺生成亞精胺。結(jié)果表明，C.?somerae的上清液和細(xì)菌沉淀中均檢測到D8-腐胺，但未發(fā)現(xiàn)標(biāo)記的亞精胺。綜合分析表明，C.?somerae可通過精氨酸代謝途徑產(chǎn)生腐胺，該代謝物可能具有降低肝臟脂質(zhì)的潛在作用。

圖2-亞精胺是改善HFD誘導(dǎo)性肝脂肪變性的效應(yīng)分子

腐胺對肝功能無直接影響，但其下游宿主代謝產(chǎn)物精脒可緩解脂肪肝病理改

亞精胺作為腐胺的下游代謝產(chǎn)物，已被證實(shí)可緩解肝臟脂肪變性，但未在C.somerae基因組中發(fā)現(xiàn)亞精胺合成酶（srm）基因，且在細(xì)菌上清液中也未檢測到該酶。此外，在C.somerae培養(yǎng)物的任何組分中均未檢測到13C415N2-亞精胺到D8-亞精胺。檢測了斑馬魚基因組，發(fā)現(xiàn)其確實(shí)存在可將腐胺代謝為亞精胺的亞精胺合成酶（EC:2.5.1.16）基因。采用斑馬魚肝臟（ZFL）細(xì)胞模型進(jìn)行的同位素示蹤實(shí)驗(yàn)顯示，?ZFL?細(xì)胞中檢測到總亞精胺中有57.78%為D8-亞精胺，表明?ZFL?細(xì)胞能夠?qū)8-腐胺代謝D8-亞精胺。

隨后研究團(tuán)隊(duì)通過ZFL的HFD模型驗(yàn)證腐胺和亞精胺是否會(huì)影響肝臟脂質(zhì)代謝。與對照組相比，腐胺和亞精胺處理的?ZFL?細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)甘油三酯含量顯著降低。為驗(yàn)證亞精胺對肝功能的影響，在ZFL細(xì)胞和斑馬魚幼體中敲低了亞精胺合成酶。沉默亞精胺合成酶后，腐胺處理組的降脂效果消失，而亞精胺處理組仍保持該效應(yīng)。

HFD斑馬魚中腐胺-亞精胺交叉對話的發(fā)現(xiàn)

為驗(yàn)證腸道微生物產(chǎn)生的腐胺是否可轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟作為亞精胺合成的前體，體內(nèi)同位素示蹤實(shí)驗(yàn)顯示：腸道中的D8-腐胺可通過血液轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟，且肝臟可將84.50%的D8-腐胺代謝為D8-亞精胺，肝臟中亞精胺含量顯著高于腐胺。通過斑馬魚HFD模型進(jìn)一步驗(yàn)證了腐胺與亞精胺的降脂作用：與HFD組相比，腐胺和亞精胺處理組的肝臟甘油三酯含量均顯著降低；兩組肝臟中腐胺與亞精胺水平均恢復(fù)至正常水平。補(bǔ)充甘露糖和C.?somerae的實(shí)驗(yàn)組亦證實(shí)此結(jié)果，表明肝臟是腐胺轉(zhuǎn)化為亞精胺的主要代謝場所。

研究總結(jié)

該研究發(fā)現(xiàn)了一種涉及精氨酸-腐胺-亞精胺級(jí)聯(lián)代謝途徑的新機(jī)制，該機(jī)制通過腸道C.?somerae與宿主肝臟的協(xié)同作用改善肝臟脂肪變性。關(guān)于腸道-肝臟軸中微生物-宿主代謝相互作用產(chǎn)生有用代謝物亞精胺的新發(fā)現(xiàn)，提出了腸道-肝臟軸中宿主-微生物交叉對話的新概念。

該研究發(fā)現(xiàn)生長遲緩（postnatal growth retardation, PGR）仔豬后腸中富集的史氏甲烷短桿菌（Methanobrevibacter smithii）和低豐度的短酸生成菌通過抑制肝臟酮體代謝功能，促使枯否細(xì)胞向促炎型極化，加劇肝臟損傷，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)體生長受限。百邁客生物為該研究提供了轉(zhuǎn)錄組測序服務(wù)。

研究背景

仔豬出生后生長遲緩是養(yǎng)豬業(yè)中普遍存在的棘手問題，其發(fā)生率高，主要表現(xiàn)為體重增長緩慢、生產(chǎn)性能低下，不僅顯著增加了飼養(yǎng)周期與成本，更嚴(yán)重制約了養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；l(fā)展與經(jīng)濟(jì)效益提升。

近年來，大量研究證實(shí)腸道微生物群落是調(diào)控動(dòng)物早期生長發(fā)育的關(guān)鍵因素，其通過參與營養(yǎng)物質(zhì)代謝、調(diào)節(jié)免疫功能等多種途徑影響宿主健康。然而，在眾多腸道微生物中，哪些特定菌群與仔豬生長遲緩直接相關(guān)，以及這些菌群調(diào)控生長發(fā)育的具體分子機(jī)制仍不明確，這一研究空白嚴(yán)重阻礙了針對性防控技術(shù)的研發(fā)。因此，系統(tǒng)解析腸道微生物與仔豬生長遲緩的關(guān)聯(lián)及作用通路，成為當(dāng)前畜禽養(yǎng)殖領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與迫切需求。

研究內(nèi)容

研究團(tuán)隊(duì)通過大規(guī)模仔豬跟蹤試驗(yàn)，建立PGR仔豬模型，并系統(tǒng)分析了其腸道微生物組成與功能變化。發(fā)現(xiàn)PGR仔豬的后腸呈現(xiàn)出明顯的甲烷生成通路富集，而短鏈脂肪酸合成相關(guān)功能則明顯減弱。同時(shí)，肝臟酮體代謝水平顯著降低，肝臟損傷標(biāo)志物升高，且腸道M. smithii豐度與宿主酮體含量呈顯著負(fù)相關(guān)，提示M. smithii豐度和宿主酮體代謝水平可能與機(jī)體生長發(fā)育密切相關(guān)。

研究人員進(jìn)一步開展糞菌移植和M. smithii單菌定植實(shí)驗(yàn)，均發(fā)現(xiàn)M. smithii可以顯著降低肝臟酮體代謝水平，表現(xiàn)為抑制生酮通路關(guān)鍵酶HMGCS2表達(dá)和β-羥基丁酸產(chǎn)生，造成宿主生長阻滯。此外，M. smithii還能促進(jìn)肝臟枯否細(xì)胞M1型極化，引發(fā)炎癥反應(yīng)，可能源于M. smithii增加了腸道通透性，脂多糖通過腸肝循環(huán)影響肝臟功能。當(dāng)抑制M. smithii在腸道中的定植可以逆轉(zhuǎn)上述不良表型。

為了驗(yàn)證酮體代謝對肝臟免疫功能的影響，該研究在肝臟特異性敲除Hmgcs2基因后，發(fā)現(xiàn)宿主酮體生成顯著減少，肝臟M1型枯否細(xì)胞數(shù)量增加，T細(xì)胞數(shù)量無顯著影響，說明酮體可能特異性地調(diào)控枯否細(xì)胞的極化狀態(tài)。通過外源補(bǔ)充β-羥基丁酸，顯著緩解生長遲緩仔豬的肝臟損傷，有效改善其生長性能。

圖-史氏甲烷短桿菌引起仔豬發(fā)育遲緩的潛在機(jī)制

研究總結(jié)

該研究通過系統(tǒng)深入的實(shí)驗(yàn)，最終揭示了“M. smithii—肝臟酮體代謝—肝臟免疫”的調(diào)控軸在仔豬生長遲緩中的核心作用：PGR仔豬后腸富集的M. smithii與低豐度的短酸生成菌共同作用，一方面抑制肝臟酮體代謝功能，減少β-羥基丁酸生成；另一方面增加腸道通透性，通過腸肝循環(huán)引發(fā)肝臟枯否細(xì)胞M1型極化與炎癥反應(yīng)，加劇肝臟損傷，最終導(dǎo)致仔豬生長受限。而抑制M. smithii定植或外源補(bǔ)充β-羥基丁酸，均可有效逆轉(zhuǎn)生長遲緩表型。

該研究首次闡明了腸道微生物調(diào)控仔豬生長發(fā)育的全新分子機(jī)制，豐富了“腸-肝軸”在畜禽領(lǐng)域的研究內(nèi)涵；為仔豬生長遲緩的防控提供了精準(zhǔn)靶點(diǎn)，未來可通過靶向抑制M. smithii定植、調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)或外源補(bǔ)充酮體代謝產(chǎn)物等方式，開發(fā)新型防控技術(shù)，降低養(yǎng)殖業(yè)損失。同時(shí)，該研究也為其他畜禽生長障礙的機(jī)制研究與技術(shù)研發(fā)提供了重要的參考范式。

以上內(nèi)容來源于岳麓山實(shí)驗(yàn)室，侵刪

該研究首次揭示了H3K9me3和H3K27ac標(biāo)記的二價(jià)染色質(zhì)對復(fù)合型轉(zhuǎn)座子SVA的協(xié)同調(diào)控機(jī)理和生物學(xué)功能，并證明了SVA的RNA依賴性增強(qiáng)子活性及其在造血系統(tǒng)分化和衰老相關(guān)髓系偏好性造血中的重要生理意義，提示其有望成為干預(yù)造血發(fā)育異常和造血衰老的潛在靶標(biāo) 。百邁客生物為該研究提供了ONT三代測序服務(wù)！

研究背景

二價(jià)染色質(zhì)（bivalent chromatin）是指基因組上同時(shí)被激活性組蛋白修飾和抑制性組蛋白修飾共同標(biāo)記的染色質(zhì)區(qū)域。例如，由激活性H3K4me3和抑制性H3K27me3共同標(biāo)記的二價(jià)啟動(dòng)子（bivalent promoter）；由激活性H3K4me1和抑制性H3K27me3共同標(biāo)記的靜息態(tài)增強(qiáng)子（poised enhancer）。這兩類二價(jià)染色質(zhì)對于譜系基因的表達(dá)和譜系分化發(fā)育的精確調(diào)控具有重要作用。然而，人類基因組中是否還有更多類型的二價(jià)染色質(zhì)？這些二價(jià)染色質(zhì)的調(diào)控機(jī)理和生物學(xué)功能是什么？目前尚未得到全面深入的解析。

在人類基因組中，轉(zhuǎn)座元件(transposable elements)占據(jù)了相當(dāng)大的比例，其功能并非以往所認(rèn)為的“垃圾DNA”那么簡單。近年來，越來越多的研究表明轉(zhuǎn)座元件在基因調(diào)控和基因組進(jìn)化中扮演了重要角色。然而，對于靈長類特異性的復(fù)合轉(zhuǎn)座元件(composite transposons)如何通過表觀遺傳調(diào)控機(jī)制影響細(xì)胞命運(yùn)決定，仍然知之甚少。

研究內(nèi)容

·復(fù)合轉(zhuǎn)座元件具有獨(dú)特的空間雙重染色質(zhì)標(biāo)記

研究團(tuán)隊(duì)首先通過對K562細(xì)胞系的組蛋白修飾ChIP-seq數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)基因組中存在1842個(gè)同時(shí)具有H3K9me3和H3K27ac修飾的基因座，其中大部分富集在轉(zhuǎn)座元件區(qū)域，特別是SVA、L1、Alu和LTR等轉(zhuǎn)座元件家族。值得注意的是，這些對立的組蛋白修飾并非共存于同一核小體，而是分布在轉(zhuǎn)座元件的不同區(qū)域，形成了獨(dú)特的空間雙重染色質(zhì)狀態(tài)。

圖1. 復(fù)合轉(zhuǎn)座元件攜帶空間分離的雙重染色質(zhì)標(biāo)記

·全基因組CRISPR篩選鑒定SVA調(diào)控因子

為了系統(tǒng)鑒定調(diào)控SVA表達(dá)的因子，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了SVA-GFP報(bào)告系統(tǒng)，通過在K562細(xì)胞中進(jìn)行全基因組CRISPR-Cas9篩選，成功鑒定出161個(gè)SVA抑制因子和237個(gè)激活因子。這些因子功能多樣，涉及組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑、轉(zhuǎn)錄調(diào)控和RNA代謝等多個(gè)過程。

圖2. 全基因組CRISPR篩選鑒定SVA表達(dá)調(diào)控因子

值得注意的是，m6A甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物組分METTL3和METTL14位列抑制因子前列，而著名的造血調(diào)控因子LM02則是最重要的激活因子之一。研究人員通過FACS和RNA-seq驗(yàn)證了這些因子對內(nèi)源性SVA表達(dá)的調(diào)控作用，發(fā)現(xiàn)這些調(diào)控具有SVA位點(diǎn)特異性和協(xié)同性。

·LM02和METTL3/14通過拮抗調(diào)控SVA雙重標(biāo)記

研究團(tuán)隊(duì)深入解析了排名最高的激活因子LM02和抑制因子METTL3/14的調(diào)控機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，LM02與TAL1形成復(fù)合物，結(jié)合在SVA的3’端，招募組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶CBP，促進(jìn)H3K27ac修飾，從而激活SVA轉(zhuǎn)錄。

圖3. LM02通過招募CBP促進(jìn)SVA 3’端H3K27ac修飾

另一方面，METTL3/14復(fù)合物通過催化SVA RNA的m6A修飾，招募YTHDC1和SETDB1，促進(jìn)SVA 5’端的H3K9me3修飾，抑制SVA轉(zhuǎn)錄。這兩條通路相互拮抗，共同維持SVA雙重染色質(zhì)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)平衡。

圖4. METTL3/14通過m6A-YTHDC1-SETDB1通路促進(jìn)SVA 5’端H3K9me3修飾

·SRNA依賴性增強(qiáng)子功能調(diào)控遠(yuǎn)端基因表達(dá)

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)SVA的增強(qiáng)子功能嚴(yán)格依賴其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA。通過構(gòu)建可誘導(dǎo)的CRISPRa系統(tǒng)，研究人員發(fā)現(xiàn)激活SVA可在約512 kb范圍內(nèi)增強(qiáng)基因表達(dá)，并加強(qiáng)SVA與靶基因啟動(dòng)子之間的染色質(zhì)環(huán)形成。

圖5. SVA通過RNA依賴性機(jī)制發(fā)揮增強(qiáng)子功能

最關(guān)鍵的是，使用反義寡核苷酸（ASO）敲低SVA RNA后，盡管DNA序列和局部組蛋白修飾未發(fā)生顯著變化，但其增強(qiáng)子活性大幅減弱，遠(yuǎn)端基因表達(dá)下降，證明SVA的增強(qiáng)子功能是RNA依賴性的。

·SVA調(diào)控造血分化命運(yùn)決定

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)SVA在造血分化中扮演重要角色。在K562細(xì)胞紅系分化和原代CD34+造血干/祖細(xì)胞（HSPCs）的體外紅系分化過程中，SVA表達(dá)顯著上調(diào)，LM02結(jié)合和H3K27ac修飾增強(qiáng)，而H3K9me3信號(hào)減弱。這些激活的SVA通過形成染色質(zhì)環(huán)，增強(qiáng)SLC4A1等紅系分化關(guān)鍵基因的表達(dá)。ASO介導(dǎo)的SVA敲低嚴(yán)重?fù)p害紅系分化進(jìn)程。

圖6. SVA激活促進(jìn)紅系分化相關(guān)基因表達(dá)

研究還發(fā)現(xiàn)不同的SVA亞群分別在紅系和巨噬細(xì)胞分化中被激活，調(diào)控不同的基因網(wǎng)絡(luò)。在造血干細(xì)胞命運(yùn)抉擇中，SVA表達(dá)促進(jìn)髓系分化而抑制淋巴系分化。在體外雙向分化體系中敲低SVA，導(dǎo)致髓系細(xì)胞減少而淋巴系細(xì)胞比例增加。

·SVA激活助推衰老相關(guān)髓系偏倚

隨著年齡增長，造血系統(tǒng)逐漸呈現(xiàn)髓系偏倚（Myeloid bias）。本研究發(fā)現(xiàn)，與年輕人相比，老年人來源的HSPCs中SVA上的H3K9me3減少、H3K27ac增加，轉(zhuǎn)錄活性和染色質(zhì)環(huán)強(qiáng)度更高，更強(qiáng)勁地激活髓系基因程序。在老年HSPCs中敲低SVA，能夠部分逆轉(zhuǎn)髓系分化傾向，使造血輸出恢復(fù)平衡。

圖7. 衰老相關(guān)SVA激活導(dǎo)致髓系偏倚

研究總結(jié)

該研究系統(tǒng)揭示了復(fù)合轉(zhuǎn)座元件SVA通過獨(dú)特的空間雙重染色質(zhì)標(biāo)記和RNA依賴性增強(qiáng)子功能，在細(xì)胞命運(yùn)決定中發(fā)揮重要調(diào)控作用。這項(xiàng)研究不僅深化了對轉(zhuǎn)座元件功能多樣性的理解，也為探索發(fā)育、衰老和疾病中的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制提供了新視角。

值得一提的是，該研究開發(fā)的SVA-GFP報(bào)告系統(tǒng)和全基因組篩選策略為研究其他重復(fù)元件的調(diào)控機(jī)制提供了有力工具。未來研究可以進(jìn)一步探索不同SVA亞群的功能特異性，以及這些元件在更多生物學(xué)過程和疾病狀態(tài)中的作用機(jī)制。

圖8. SVA通過雙重染色質(zhì)標(biāo)記和RNA依賴性增強(qiáng)子功能調(diào)控細(xì)胞命運(yùn)的工作模型

以上內(nèi)容來源于綠色生物制造全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，侵刪

該研究構(gòu)建兩個(gè)表型差異的菜用型和果用型兩性株栽培品種的高質(zhì)量基因組及其單倍型分型的性別決定區(qū)（SDRs），破譯了番木瓜果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)性狀逐步選擇及其兩性株性狀獨(dú)特起源的遺傳基礎(chǔ)。百邁客生物為該研究提供了基因組、群體、轉(zhuǎn)錄組測序及部分分析服務(wù)！

研究背景

番木瓜（Carica?papaya）是中國和世界熱帶地區(qū)最重要的熱帶水果之一，被世界衛(wèi)生組織列為最有營養(yǎng)價(jià)值的十大水果之首，同時(shí)也是研究熱帶樹木和水果果實(shí)性狀及性別決定遺傳與基因組學(xué)的理想模型系統(tǒng)。然而，番木瓜關(guān)鍵果實(shí)馴化性狀的形成及商業(yè)上至關(guān)重要的兩性株現(xiàn)象的基因組基礎(chǔ)仍知之甚少。

研究內(nèi)容

團(tuán)隊(duì)經(jīng)過十年努力，搜集了來自全球4大州20多個(gè)國家地區(qū)的340多份番木瓜種質(zhì)資源，開展核心種質(zhì)鑒定和育種技術(shù)攻關(guān)，保存了超過300份番木瓜核心種質(zhì)并建立了成熟高效的遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)體系。團(tuán)隊(duì)通過對野生型、菜用普通型和鮮食水果型番木瓜的群體基因組分析，闡明了其馴化歷史和地理傳播模式。

基于全重實(shí)驗(yàn)室熱帶生物組學(xué)大數(shù)據(jù)中心的全基因組選擇和分子設(shè)計(jì)育種技術(shù)體系，鑒定出了42個(gè)與果實(shí)大小、甜度和維生素C含量等關(guān)鍵育種性狀顯著相關(guān)的分子標(biāo)記。

整合正向遺傳學(xué)和基因編輯等功能實(shí)驗(yàn)證據(jù)鑒定了控制番木瓜果實(shí)大小、甜度和維生素C含量的關(guān)鍵選擇基因，揭示了馴化和改良過程中針對CpPUP11和CpICMT的分步式選擇重塑果實(shí)大小，以及針對CpMAPK1、CpCOX、CpCIN和CpUBE3的人工選擇提升果實(shí)甜度和維生素C含量的遺傳基礎(chǔ)（圖1和圖2）。

同時(shí)，研究者發(fā)現(xiàn)從野生雄株到栽培兩性株性別轉(zhuǎn)換的兩次獨(dú)立事件（MSY1-HSY1和MSY3-HSY3），形成了兩個(gè)獨(dú)特的兩性株特異性Yh品系（HSY1和HSY3），揭示了一條獨(dú)特的雄性偏向的兩性株進(jìn)化路徑。

這種性別轉(zhuǎn)換是由針對雄性偏好基因的選擇驅(qū)動(dòng)的，并在Yh連鎖區(qū)域中定位了一個(gè)與性別轉(zhuǎn)換密切相關(guān)13?bp串聯(lián)重復(fù)結(jié)構(gòu)變異（HSY3-TR-13bp）。該兩性株特異性變異位于雄性偏好基因CpPGLP1A中，且被HSY3群體選擇固定（圖3）。

圖1. CpPUP11決定番木瓜果實(shí)寬度

圖2.?CpCIN啟動(dòng)子變異調(diào)控番木瓜果實(shí)果糖含量

圖3.?兩性株性別的多系起源及雄性偏向基因?qū)尚灾晷詣e馴化的貢獻(xiàn)

研究總結(jié)

該研究系統(tǒng)揭示了番木瓜馴化的基因組基礎(chǔ)，描繪了分步選擇重塑果實(shí)性狀的演化軌跡，以及雄性偏好選擇驅(qū)動(dòng)新型兩性性別系統(tǒng)產(chǎn)生的遺傳基礎(chǔ)，為重要熱帶作物的馴化性狀演化與性別決定機(jī)制提供了新的認(rèn)見解，促進(jìn)了番木瓜從組培擴(kuò)繁到全兩性株種子苗繁育方式的轉(zhuǎn)變。

以上內(nèi)容來源于中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院，侵刪

百邁客生物作為多組學(xué)基因科技服務(wù)領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，以重要參展商身份在本屆大會(huì)上精彩亮相。會(huì)議期間，公司全面展示了基于高通量測序的基因組學(xué)研究整體解決方案，涵蓋全基因組組裝、重測序、群體遺傳進(jìn)化分析與全基因組關(guān)聯(lián)分析等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，并通過分享在全球范圍內(nèi)支撐動(dòng)植物多組學(xué)研究的成功案例，彰顯了其深厚的技術(shù)積累與項(xiàng)目執(zhí)行力，獲得了現(xiàn)場眾多科研工作者的關(guān)注與認(rèn)可。

展位現(xiàn)場交流氛圍熱烈，百邁客生物技術(shù)團(tuán)隊(duì)與來自世界各地的學(xué)者圍繞當(dāng)前基因組學(xué)研究的難點(diǎn)、趨勢與應(yīng)用前景進(jìn)行了多輪深入探討。針對與會(huì)者提出的各類技術(shù)問題，團(tuán)隊(duì)提供了細(xì)致而專業(yè)的解答，也與許多科研機(jī)構(gòu)建立了進(jìn)一步合作的意向。

作為深耕多組學(xué)領(lǐng)域多年的領(lǐng)軍企業(yè)，百邁客生物的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)已覆蓋中國、歐洲、亞太、美洲等全球主要市場，累計(jì)為超過1500家科研院所、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、制藥企業(yè)及種業(yè)公司提供高質(zhì)量的組學(xué)技術(shù)服務(wù)和定制化解決方案。憑借扎實(shí)的技術(shù)積淀與持續(xù)的服務(wù)創(chuàng)新，公司已協(xié)助客戶在《Cell》《Nature》《Science》等國際頂級(jí)期刊上發(fā)表論文數(shù)千篇，累計(jì)影響因子超萬分，持續(xù)推動(dòng)生命科學(xué)前沿成果向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用轉(zhuǎn)化。

未來，百邁客生物將繼續(xù)緊跟多組學(xué)技術(shù)發(fā)展前沿，秉持“服務(wù)科研、助力創(chuàng)新”的宗旨，通過不斷升級(jí)的產(chǎn)品與解決方案，賦能全球科研工作者。公司期待與學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界攜手，共同推進(jìn)基因組學(xué)及相關(guān)交叉領(lǐng)域的科學(xué)探索與技術(shù)突破。

該研究首次揭示了缺磷環(huán)境促進(jìn)作物SL外排的生理現(xiàn)象，并解析了其分子機(jī)制，填補(bǔ)了通過調(diào)控SL外排控制獨(dú)腳金寄生研究領(lǐng)域的空白。百邁客生物為該研究提供了生物云平臺(tái)分析服務(wù)。

研究背景

寄生植物對作物的危害由來已久，其中尤以列當(dāng)科-獨(dú)腳金屬（Striga?spp.）和列當(dāng)屬（Orobanche?spp.）寄生植物危害最為嚴(yán)重。獨(dú)腳金主要危害高粱、玉米及谷子等單子葉作物，而列當(dāng)則主要危害番茄、向日葵等雙子葉作物。二者每年造成約近7000萬公頃土地受到侵染，3億人糧食安全受到威脅，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)100-120億美元。因此，深入研究寄生植物的作用機(jī)制，解析宿主與寄生植物互作過程，對于作物抗寄生研究具有重要意義。

高粱是世界第五大糧食作物，起源于非洲薩赫勒地區(qū)，具有高度耐逆、耐貧瘠等表型。同時(shí)，干旱、貧瘠（尤其是缺磷）條件會(huì)誘導(dǎo)作物根系分泌獨(dú)腳金內(nèi)酯（Strigolactones,?SLs），刺激土壤中獨(dú)腳金種子的萌發(fā)，導(dǎo)致寄生問題。因此，高粱成為獨(dú)腳金的主要宿主，也常被用作研究植物寄生問題的模式作物。盡管近些年關(guān)于通過調(diào)控獨(dú)腳金內(nèi)酯合成通路來抗寄生的研究有所報(bào)道，但對于缺磷環(huán)境下作物與獨(dú)腳金互作的分子機(jī)制仍知之甚少。

研究內(nèi)容及結(jié)果

為探究缺磷條件下高粱誘導(dǎo)獨(dú)腳金寄生的生理過程，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了高粱水培缺磷模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并發(fā)現(xiàn)在缺磷處理下高粱根系和水培液中SL含量顯著升高。進(jìn)一步通過缺磷處理和SL處理高粱根系轉(zhuǎn)錄組測序聯(lián)合分析，確定了ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族編碼基因SbSLT1和SbSLT2為高粱SL外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的候選基因。SbSLT1和SbSLT2受到缺磷和SL處理顯著誘導(dǎo)表達(dá)，表達(dá)模式、原位雜交等實(shí)驗(yàn)表明SbSLT1和SbSLT2主要在高粱根系表皮細(xì)胞表達(dá)，符合其外排SL到土壤中的功能特性。

研究團(tuán)隊(duì)利用酵母、爪蟾卵母細(xì)胞以及擬南芥異源表達(dá)系統(tǒng)，證實(shí)了SbSLT1和SbSLT2均具有顯著的SL轉(zhuǎn)運(yùn)活性。進(jìn)一步探究發(fā)現(xiàn)它們的同源蛋白SbSLT1-LIKE和SbSLT2-LIKE均不具備SL轉(zhuǎn)運(yùn)活性，強(qiáng)調(diào)了SbSLT1和SbSLT2在高粱ABCG家族轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白中的SL轉(zhuǎn)運(yùn)功能特異性。

為深入解析SbSLT1和SbSLT2轉(zhuǎn)運(yùn)SL的分子機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)利用AlphaFold結(jié)合HOLE對SbSLT1和SbSLT2在細(xì)胞膜上形成的SL轉(zhuǎn)運(yùn)通道進(jìn)行了預(yù)測，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果最終確定了SbSLT1-F693和SbSLT2-F642為關(guān)鍵氨基酸位點(diǎn)，有趣的是，同源蛋白SbSLT1-LIKE和SbSLT2-LIKE并不存在該保守氨基酸位點(diǎn)，這也解釋了二者不具備SL轉(zhuǎn)運(yùn)活性的現(xiàn)象。通過蛋白序列比對發(fā)現(xiàn)，單子葉植物中SbSLT1和SbSLT2的同源蛋白與已知的雙子葉SL轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白均具有該保守苯丙氨酸位點(diǎn)，說明在單雙子葉植物中可能存在保守的SL轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。

進(jìn)一步構(gòu)建高粱SbSLT1和SbSLT2基因編輯敲除株系進(jìn)行功能驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)敲除突變體材料的根系分泌物中SL含量較對照株系顯著降低，且利用該分泌物處理獨(dú)腳金種子，萌發(fā)率顯著下降。田間小區(qū)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)突變掉SbSLT1和SbSLT2基因的高粱寄生率降低了67-94%以上，同時(shí)高粱的產(chǎn)量損失減少了49%-52%。

研究總結(jié)

綜上所述，SbSLT1和SbSLT2基因在提升作物抗寄生能力，減少寄生對作物造成的損失方面具有顯著的應(yīng)用潛力。該研究為高粱、玉米等經(jīng)濟(jì)作物抗獨(dú)腳金等寄生植物寄生問題提供了新的解決策略，為應(yīng)對寄生植物對全球經(jīng)濟(jì)損失和糧食安全威脅具有重要戰(zhàn)略意義。

這項(xiàng)突破性研究，不僅揭示了作物抵御寄生威脅的關(guān)鍵機(jī)制，更展現(xiàn)了從分子解析到田間驗(yàn)證的完整科研閉環(huán)。值得注意的是，百邁客生物云平臺(tái)為該研究的數(shù)據(jù)分析提供了重要支撐，再次印證了現(xiàn)代生命科學(xué)的重大突破，早已離不開生物信息學(xué)的強(qiáng)大支撐。

作為連接實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與科研結(jié)論的核心橋梁，生信技能已成為前沿科研人員不可或缺的核心競爭力?——?從基因組序列的精準(zhǔn)組裝、轉(zhuǎn)錄組表達(dá)譜的差異分析，到表觀遺傳修飾的特征挖掘、代謝組與表型組的關(guān)聯(lián)解析，再到分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與驗(yàn)證，每一個(gè)關(guān)鍵科研環(huán)節(jié)都離不開生信技術(shù)的深度參與。它不僅能幫助科研人員從海量、復(fù)雜的生物數(shù)據(jù)中挖掘出隱藏的生物學(xué)規(guī)律，更能打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究的局限，實(shí)現(xiàn)?“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)科研創(chuàng)新”?的全新范式。

可以說，掌握扎實(shí)的生信技能，就意味著手握了打開生命奧秘之門的鑰匙，能夠在前沿科研領(lǐng)域搶占先機(jī)，加速從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的成果轉(zhuǎn)化。

發(fā)表數(shù)量

2025年，Nature Genetics共發(fā)表文章246篇，其中研究型論文（Article）211篇，其余為少量評(píng)述、簡報(bào)等類型文章。該期刊為月刊（Volume 57，Issues1-12）,各期論文數(shù)量略有差異，但全年發(fā)表整體均勻，總發(fā)表量較上年穩(wěn)中有升。在所有發(fā)表文章中，植物相關(guān)文章僅39篇，占比約16%。

核心研究物種

從物種分布來看，2025年度Nature?Genetics上發(fā)表的植物文章中，小麥占比最高，年發(fā)文量7篇。其中，2025年6月9日，該期刊同時(shí)在線發(fā)表三篇小麥抗病領(lǐng)域的重磅研究論文；其次依次為水稻（6篇）、棉花（4篇）、玉米（3篇）等物種。這一現(xiàn)象也印證了作物研究在全球植物科學(xué)與農(nóng)業(yè)生物育種中的核心地位。

多組學(xué)融合研究特點(diǎn)

2025年度Nature?Genetics收錄的植物研究，普遍采用“多組學(xué)聯(lián)合分析”的技術(shù)策略，單一組學(xué)研究占比極低。

· 泛基因組聯(lián)合多組學(xué)

通過構(gòu)建物種泛基因組，結(jié)合重測序、轉(zhuǎn)錄組、代謝組等技術(shù)，挖掘結(jié)構(gòu)變異對性狀的調(diào)控作用，成為該領(lǐng)域的重要研究方向。2月，133個(gè)地錢樣本泛基因組+基因環(huán)境關(guān)聯(lián)分析研究、72個(gè)葡萄屬超級(jí)泛基因組+結(jié)構(gòu)變異+eQTL分析、3月，11個(gè)大豆基因組結(jié)合GWAS和轉(zhuǎn)錄組等研究、4月，30個(gè)蘋果屬泛基因組+比較基因組、24個(gè)紫花苜蓿泛基因組+SV-GWAS+全基因組選擇分析、30個(gè)稻屬（亞）基因組泛基因組+比較基因組研究、8個(gè)代表性花生泛基因組+遺傳進(jìn)化+SV-GWAS研究、7月，9種豆科植物泛基因組+比較基因組研究、8月，27個(gè)擬南芥泛基因組+結(jié)構(gòu)變異分析、23個(gè)燕麥屬的35個(gè)燕麥種質(zhì)泛基因組+遺傳進(jìn)化+GWAS+功能驗(yàn)證、10月，70個(gè)稻屬T2T泛基因組+著絲粒遺傳多樣性與演化規(guī)律、56個(gè)玉米種質(zhì)泛基因組+SV-GWAS+eQTL研究，這些研究全面展現(xiàn)了泛基因組技術(shù)在植物遺傳育種與演化研究中的核心應(yīng)用價(jià)值及前沿發(fā)展趨勢。

·?完整基因組（T2T）+多組學(xué)

當(dāng)前，研究結(jié)合PacBio HiFi、ONT?Ultra-long測序和Hi-C等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)端粒到端粒的完整基因組（T2T）組裝，為后續(xù)變異挖掘與著絲粒、端粒等機(jī)制解析提供高質(zhì)量參考基因組。2025年，有多篇相關(guān)研究見刊，3篇陸地棉T2T基因組（包含陸地棉TM-1、ZM113、具有極高體細(xì)胞再生能力的Jin668）、甜橙單倍型T2T基因組、六倍體小麥T2T基因組、70個(gè)稻屬AA組基因組近T2T組裝、亞洲梨與歐洲梨的單倍型T2T基因組等。

六倍體現(xiàn)代小麥T2T基因組

四倍體陸地棉TM-1 T2T基因組

·?圖位克隆+功能驗(yàn)證

圖位克隆與功能驗(yàn)證是植物基因功能研究的經(jīng)典核心技術(shù)組合，二者協(xié)同形成 “基因定位—功能解析”的完整研究閉環(huán)，在作物優(yōu)異基因挖掘、分子育種等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。2025年6月9日，Nature Genetics同時(shí)在線發(fā)表三篇小麥抗病領(lǐng)域研究，均采用“圖位克隆+功能驗(yàn)證”的手段，對小麥條銹病、小麥白粉病進(jìn)行了基因克隆、功能驗(yàn)證及遺傳機(jī)制解析，深化了對小麥抵御病原菌分子機(jī)制的科學(xué)認(rèn)知；12月15日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)萬建民院士團(tuán)隊(duì)的研究通過圖位克隆和轉(zhuǎn)基因驗(yàn)證，證實(shí)調(diào)控堊白的基因是OsTPS8，揭示了水稻堊白與種子活力的協(xié)同調(diào)控新機(jī)制。

·?基因組組裝+多組學(xué)

高質(zhì)量參考基因組是植物多組學(xué)研究的基石，其完整性、準(zhǔn)確性直接決定了重測序比對、轉(zhuǎn)錄組定量、代謝組關(guān)聯(lián)分析等下游研究的可靠性。盡管當(dāng)前植物基因組測序與組裝技術(shù)飛速發(fā)展，單仍存在某些亞種、品種、野生近緣種的基因組空缺。2025年相關(guān)研究成果顯著：1月3日，廣西大學(xué)亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張積森團(tuán)隊(duì)解析了現(xiàn)代栽培甘蔗的復(fù)雜基因組，結(jié)合群體測序挖掘甘蔗糖份相關(guān)位點(diǎn)；3月，通過3個(gè)煙草基因組+5,196份簡化基因組測序，揭示重要模式植物基因組進(jìn)化與復(fù)雜性狀調(diào)控機(jī)制；8月，完成亞洲梨與歐洲梨高質(zhì)量基因組組裝，結(jié)合362份不同種質(zhì)重測序數(shù)據(jù)，揭示亞洲梨和歐洲梨的演化歷史，開展果實(shí)品質(zhì)相關(guān)SV-GWAS研究；11月，通過甜玉米基因組組裝，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組、代謝組和功能驗(yàn)證的系統(tǒng)整合分析，全面揭示了甜玉米風(fēng)味形成的遺傳與分子機(jī)制。

·?群體重測序+多組學(xué)

群體重測序與多組學(xué)（轉(zhuǎn)錄組、代謝組、表觀組等）的聯(lián)合應(yīng)用，是解析植物復(fù)雜性狀遺傳機(jī)制、挖掘優(yōu)異基因的核心技術(shù)范式，尤其在植物育種與物種演化研究中價(jià)值突出。例如，在水稻紋枯病抗性研究中，通過對178份商業(yè)水稻進(jìn)行測序和人工接種，結(jié)合GWAS分析與重測序，發(fā)現(xiàn)了天然優(yōu)勢等位基因SBRR1，并完成遺傳機(jī)制解析和基因功能驗(yàn)證；在小麥條銹病研究中，對來自全球2,191個(gè)小麥種質(zhì)的變異組數(shù)據(jù)和超過47,000條跨多種環(huán)境和病原菌品系的YR抗性數(shù)據(jù)，利用GWAS分析分析抗性基因位點(diǎn)，克隆抗性基因并評(píng)估其有效性；在1325份茶樹及其近緣種重測序研究中，揭示茶樹與其近緣種的遺傳分化、進(jìn)化瓶頸、種間基因滲入以及野生資源保護(hù)現(xiàn)狀，同時(shí)結(jié)合GWAS和mGWAS鑒定了葉片形態(tài)、兒茶素、咖啡因等農(nóng)藝性狀及風(fēng)味代謝物的關(guān)鍵候選基因；在甜橙的起源與在馴化研究中，收集測序226份柑橘材料，組裝了甜橙和酸橙的T2T基因組以及4個(gè)相關(guān)柑橘品種的基因組，明確甜橙起源于酸橙與柑橘的雜交。

此外，泛轉(zhuǎn)錄組研究、植物串聯(lián)激酶蛋白（TKPs）研究、化學(xué)轉(zhuǎn)錄組研究水稻耐熱性、小麥串聯(lián)激酶RWT4作用機(jī)制研究等也取得了一定進(jìn)展。

驗(yàn)證方法

為確保研究結(jié)論的可靠性與實(shí)用性，文章普遍采用分子驗(yàn)證、表型驗(yàn)證、群體驗(yàn)證相結(jié)合的方法。

分子層面驗(yàn)證：通過基因克隆、表達(dá)分析（qPCR、轉(zhuǎn)錄組）、蛋白互作實(shí)驗(yàn)（酵母雙雜交、ChIP-seq）等，驗(yàn)證基因功能與調(diào)控關(guān)系。玉米研究通過雙熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)等驗(yàn)證轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)變異對基因表達(dá)的影響；紫花苜蓿研究通過表達(dá)差異分析篩選耐鹽候選基因MsMAP65。

表型層面驗(yàn)證：通過基因編輯（CRISPR-Cas9）、過表達(dá)等轉(zhuǎn)基因技術(shù)，構(gòu)建突變體或過表達(dá)植株，驗(yàn)證基因?qū)δ繕?biāo)性狀的調(diào)控作用。紫花苜蓿研究通過過表達(dá)MsGA3ox1基因，證實(shí)其可顯著提高葉片數(shù)量、降低莖葉比，提升飼用品質(zhì)。

群體與田間驗(yàn)證：通過大規(guī)模自然群體的基因型與表型關(guān)聯(lián)分析，驗(yàn)證遺傳變異的普遍性；結(jié)合田間試驗(yàn)驗(yàn)證性狀改良效果，確保成果的育種應(yīng)用價(jià)值。陸地棉研究通過品種推廣面積與田間表現(xiàn)，驗(yàn)證早熟品種的生產(chǎn)適用性；紫花苜蓿研究通過基因組選擇分析，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)變異標(biāo)記對性狀預(yù)測的準(zhǔn)確性優(yōu)于SNP標(biāo)記。

發(fā)表單位

2025年Nature Genetics植物類文章發(fā)表單位以中國科研機(jī)構(gòu)為主導(dǎo)，在全球39篇植物科學(xué)領(lǐng)域的文章中，第一單位來自中國的文章達(dá)30篇，占總數(shù)的約77%。核心單位包括南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院等；國際合作方面，加州大學(xué)戴維斯分校、以色列海法大學(xué)、比利時(shí)根特大學(xué)、澳大利亞莫納什大學(xué)等機(jī)構(gòu)較活躍。

總結(jié)

2025年《Nature Genetics》植物領(lǐng)域研究清晰呈現(xiàn)三大趨勢：

T2T與泛基因組融合：從單一參考基因組向泛基因組 + T2T 組裝升級(jí)，提升遺傳變異捕獲精度。

多組學(xué)整合加速：代謝組、轉(zhuǎn)錄組與基因組結(jié)合，解析作物風(fēng)味、品質(zhì)、抗病等復(fù)雜性狀的遺傳基礎(chǔ)。

非作物植物崛起：苔蘚、地錢等低等植物成為演化基因組學(xué)熱點(diǎn)，拓展植物適應(yīng)機(jī)制研究邊界。

?

染色體水平超大基因組：

研究團(tuán)隊(duì)利用PacBio?HiFi長讀長測序和Hi-C三維基因組技術(shù)，成功組裝了H.?gigas的染色體水平的高質(zhì)量基因組（大小13.92?Gb）?；蚪M分析揭示了其兩大主要特征：內(nèi)含子延長和重復(fù)序列擴(kuò)張。與近緣物種相比，H.?gigas的內(nèi)含子長度顯著增加，主要是由于重復(fù)序列的插入，尤其是串聯(lián)重復(fù)和長散在重復(fù)序列（LINEs）轉(zhuǎn)座子。H.?gigas基因組中71.98%為重復(fù)序列，主要為串聯(lián)重復(fù)，占到基因組的46.03%，顯著高于其他無脊椎動(dòng)物。特別是，與其他無脊椎動(dòng)物基因組相比，H.?gigas基因組中長單元串聯(lián)重復(fù)序列（小衛(wèi)星，10-100?bp）的比例更高，其比例與無脊椎動(dòng)物基因組大小正相關(guān)。這些重復(fù)的產(chǎn)生可能與深淵極端環(huán)境的適應(yīng)有關(guān)。

地理隔離塑造了不同鉤蝦群體的遺傳分化：

研究團(tuán)隊(duì)對馬里亞納海溝的510只（11個(gè)群體）、雅浦海溝94只（1個(gè)群體）及西菲律賓海盆深淵區(qū)的18只（1個(gè)群體）H.?gigas個(gè)體進(jìn)行了高覆蓋的全基因組重測序和群體遺傳學(xué)分析。結(jié)果顯示來自馬里亞納海溝11個(gè)不同深度（~7000-11000米）群體不存在遺傳分化，表明生活在馬里亞納海溝內(nèi)的鉤蝦是一個(gè)完全混合的群體，高靜水壓不會(huì)限制其在海溝內(nèi)的垂直遷移。而西菲律賓海盆的鉤蝦群體與馬里亞納海溝的群體則表現(xiàn)出明顯的遺傳分化。這兩個(gè)海溝間相隔~1500公里，表明地理隔離阻礙了群體間的基因交流。

冰期-間冰期氣候變化可能影響深淵種群動(dòng)態(tài)歷史：

研究結(jié)果顯示H.?gigas的有效種群在約100萬年前經(jīng)歷了一次急劇下降，這與更新世深海溫度的大幅波動(dòng)高度吻合。經(jīng)過遺傳瓶頸后，鉤蝦群體又經(jīng)歷了種群擴(kuò)張。這一結(jié)果說明，更新世時(shí)期大的冰期-間冰期氣候變化可能不僅造成了陸地動(dòng)物的大規(guī)模滅絕，而且也深刻影響了深海甚至深淵動(dòng)物。

宿主-微生物協(xié)同合作適應(yīng)深淵極端環(huán)境：

研究團(tuán)隊(duì)通過宏基因組和代謝組學(xué)整合分析揭示了H.gigas與共生菌的協(xié)同合作可能是鉤蝦適應(yīng)深淵極高靜水壓和食物匱乏環(huán)境的關(guān)鍵。

氧化三甲胺（TMAO）是一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在滲透壓調(diào)節(jié)以及在高靜水壓條件下維持細(xì)胞完整性方面發(fā)揮著重要作用。檢測發(fā)現(xiàn)，隨著深度增加，鉤蝦腸道內(nèi)容物中TMAO濃度顯著升高，體組織中也呈現(xiàn)類似趨勢。鉤蝦自身編碼fmo3基因，可將三甲胺（TMA）轉(zhuǎn)化為TMAO。而其優(yōu)勢共生菌Psychomonas的基因組中攜帶cutC和cutD基因簇，可將膽堿分解為TMA；同時(shí)擁有torYZ操縱子，可以將TMAO還原為TMA，從而調(diào)控宿主體內(nèi)的TMAO濃度，形成動(dòng)態(tài)平衡。

極低的生產(chǎn)力和有限的食物被認(rèn)為是制約深海生物代謝的關(guān)鍵因素之一。有研究推測H.?gigas可能具備消化木質(zhì)碎屑的能力。該研究在H.gigas基因組中發(fā)現(xiàn)了4種內(nèi)切葡聚糖酶基因，可以將纖維素初步分解為纖維二糖；在共生菌Psychomonas中發(fā)現(xiàn)了纖維二糖酶、celB基因和磷酸纖維二糖酶，負(fù)責(zé)將纖維二糖進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為D-葡萄糖，從而形成完整的纖維素代謝通路。這一機(jī)制可能最終促使H.gigas能夠高效利用深淵食物資源，從而使其在食物匱乏的深淵海溝中成為一大優(yōu)勢類群。

總?結(jié)

目前，理解動(dòng)物如何適應(yīng)深淵仍然是一個(gè)科學(xué)難題。H.?gigas的基因組是全球已發(fā)表的“最深”的動(dòng)物基因組，其群體研究產(chǎn)出的數(shù)據(jù)量是迄今為止全球最大規(guī)模的單一海洋物種重測序，為研究深淵生態(tài)系統(tǒng)提供了寶貴的數(shù)據(jù)資源。該研究結(jié)果也為深入理解生命如何適應(yīng)深淵環(huán)境提供了新的見解。

研究成果以“Microbial?ecosystem?and?ecological?driving?forces?in?the?deepest?ocean?sediments”為題發(fā)表在《Cell》雜志上。百邁客生物為該研究提供了測序服務(wù)。

Microbial ecosystem and ecological driving forces in the deepest ocean sediments

研究背景

深淵區(qū)（水深超6,000米，或根據(jù)聯(lián)合國教科文組織定義為水深超過6500米）占海洋垂直深度的45%，以極端高壓（110兆帕）、低溫（接近冰點(diǎn)）、黑暗及有機(jī)質(zhì)稀缺為特征。盡管環(huán)境嚴(yán)酷，這里卻孕育了獨(dú)特的生物群落，如凝膠狀魚類、端足類甲殼動(dòng)物及依賴化能合成的微生物。這些生物通過基因和代謝途徑的適應(yīng)性進(jìn)化，成為研究生命極限的范本。

從1960年起，人類對深淵的探索歷程一直伴隨著巨大的代價(jià)和犧牲，也為現(xiàn)代深淵研究奠定了基礎(chǔ)。直至中國“奮斗者號(hào)”全海深載人潛水器的出現(xiàn)（2020年創(chuàng)下10,909米下潛紀(jì)錄），深淵科考進(jìn)入新階段。其220公斤有效載荷、高速水聲通信系統(tǒng)及高國產(chǎn)化率，顯著提升了采樣精度與效率。

研究內(nèi)容及結(jié)果

構(gòu)建海洋最深生態(tài)系統(tǒng)圖景

上海交通大學(xué)肖湘團(tuán)隊(duì)，作為全球深海高壓微生物領(lǐng)域極少數(shù)至今在研的科學(xué)團(tuán)隊(duì)，與中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所等國內(nèi)多家科研單位共同參加了“奮斗者”號(hào)載人潛水器TS21航次，探索了馬里亞納海溝、雅浦海溝和菲律賓海盆6000-11000米水深區(qū)域，其中雅浦海溝最深點(diǎn)為人類首次探索，采集了包括水體、沉積物、宏生物、巖石等千余份樣本。

通過對采集的1，648份沉積物樣本進(jìn)行宏基因組測序，研究人員鑒定7,564個(gè)原核微生物物種，其中89.4%為未報(bào)道的新物種，這說明深淵微生物具有超乎想象的物種新穎性，盡管深淵調(diào)查區(qū)域的面積不足全球海洋的億分之一，其物種多樣性與已知的全球海洋微生物多樣性相當(dāng)，說明在最深海域超高壓下微生物異常繁榮。

為解釋深淵微生物的異常繁榮，肖湘團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一種新的基于宏基因組的生態(tài)分析流程，將環(huán)境生態(tài)驅(qū)動(dòng)過程與微生物基因組特征和代謝偏好結(jié)合起來，發(fā)現(xiàn)深淵微生物通過“精簡型”和“多能型”兩種截然不同的深淵環(huán)境適應(yīng)策略，支撐了高新穎性的微生物生態(tài)系統(tǒng)。

圖1.深淵微生物的超高新穎性和多樣性及其生態(tài)成因

構(gòu)建全球深淵微生物數(shù)據(jù)庫

“溟淵計(jì)劃”構(gòu)建的全球深淵微生物數(shù)據(jù)庫，總數(shù)據(jù)量與過去十年海洋微生物積累的總數(shù)據(jù)量相當(dāng)，研究發(fā)現(xiàn)的深淵微生物出人意料的超高新穎性和多樣性，展現(xiàn)了深淵生命的新資源潛能，可能幫助人類解決當(dāng)前面臨的常規(guī)環(huán)境生物資源枯竭的困境。

“溟淵計(jì)劃”微生物數(shù)據(jù)集將依托國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫向全球開放共享，呼吁國內(nèi)外研究學(xué)者協(xié)力攻堅(jiān)深淵環(huán)境與生命的重大科學(xué)問題，拓展人類對深部生命的認(rèn)知邊界。

圖2.全球深淵微生物數(shù)據(jù)庫

該研究專題報(bào)道了深淵研究的重大進(jìn)展，樣本分析顯示出較高的分類新穎性，為我們呈現(xiàn)了一個(gè)海洋深處極度繁榮的生態(tài)系統(tǒng)。重點(diǎn)研究了深淵生態(tài)系統(tǒng)，包括深淵微生物、深淵無脊椎動(dòng)物（鉤蝦）和深淵脊椎動(dòng)物（魚類）的特征與環(huán)境適應(yīng)，從而描繪了深淵特殊的食物鏈：從微生物到鉤蝦再到魚類。發(fā)現(xiàn)了深淵存在跨越物種邊界的深淵環(huán)境“共適應(yīng)”策略。

以上內(nèi)容來源于上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，侵刪