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来源:  发布时间:2021-07-13

人类病毒组多样性变化模型发表

 

近日,从中国科学院昆明动物研究所获悉,该所计算生物与医学生态学组利用最新成果,建立了人类病毒组多样性变化模型。

作为人类微生物菌群的重要组成部分,病毒大量存在于人体口腔、皮肤、肺、胃肠道、血液甚至脑脊液中。在人体中,它们以病毒群落形式存在,这些病毒群落的集合即为人类病毒组。

研究发现,人体病毒组与许多疾病间存在着紧密的联系,疾病可能会影响病毒组的多样性及其组成;同时,病毒组的改变也会反过来影响疾病的发病与进程。这些疾病不仅包括如艾滋病、埃博拉出血热和流行性感冒等由病毒感染直接引发的病毒源性疾病,还包括如囊性纤维化、牙周疾病、炎症性肠病等非病毒源性疾病。应用“多样性-面积关系”分析方法,课题组首次获得了人类病毒群落多样性在个体间的异质性、群体水平的潜在多样性,以及局部病毒群落多样性在全球病毒宏群落中所占的比值,并探究了疾病对这些参数的影响。

该模型显示,通常疾病对人类病毒群落在个体间多样性异质性的影响并不显著,反而潜在病毒多样性在健康对照组与患者间可能存在显著差异。同时,上述比值参数、人体病毒群落的比值参数要远大于细菌群落。

研究结果提示,尽管我们体内病毒个体数量是细菌数量的10倍,但从群体角度看,每个人对全球病毒多样性的贡献,反而要比对细菌多样性的贡献高。国际期刊《遗传学前沿》在线发表了这一研究结果。

 

杂交水稻3000斤项目在三亚首获丰收

 

59日,全国杂交水稻双季亩产3000斤项目在三亚首获丰收,早造水稻测产取得亩产1004.83公斤的成绩。

202011月,杂交水稻早晚双季稻平均亩产在湖南突破1500公斤(3000)202012月,由袁隆平任首席科学家,全国杂交水稻双季亩产3000斤项目在三亚启动。海南省在海口、三亚等地设置了6个示范试验点。

59日,位于三亚海棠湾水稻国家公园的示范点率先收割测产早造水稻。当天测产专家组由中国科学院院士、福建农业科学院研究员谢华安领衔。测产的这批“超优千号”水稻在20201216日播种,2021113日移栽,栽插密度为20cm×(20cm+30cm)。现场选取3个地块,实收毛谷称重后,考量机损、杂质、水分含量等因素,最终测得一类田1014.56公斤/亩,二类田1009.45公斤/亩,三类田990.48公斤/亩,平均1004.83公斤/亩。

“我们有信心达成双季亩产3000斤的试验目标。”项目责任专家、海南省农业科学院副院长曹兵介绍,收割完这批水稻之后,试验田将着手准备晚造水稻的栽培示范。因为环境气温高、水稻生育期相对较短,海南种植的水稻向来非高产见长。谢华安说,如果海南实现两季3000斤的目标,这将创造一个好的模式,“既然这里能创造单位面积高的产量,其他地方同样可以学习应用这里的栽培模式,推动水稻的高产高效生产”。

 

研究人员完成燕麦基因组草图绘制

 

近日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心、中国科学院-英国约翰英纳斯中心植物和微生物科学联合研究中心韩斌院士团队与英国约翰英纳斯中心研究团队合作完成了禾本科、燕麦属一年生草本植物二倍体燕麦Avena strigosa基因组序列草图的绘制,并完整地解析了抗微生物防御化合物燕麦素的生物合成基因簇。57日,相关研究成果在线发表于《自然·通讯》。

真核生物中非随机组织的基因在基因组进化和功能中起着重要作用。绝大多数真核生物基因组中并没有操纵子,但它们又的确包含了一些序列不相关而功能相关,并且在物理位置上成簇存在的基因。这些“类操纵子”基因簇中,最引人注目的例子就是植物体内合成特殊代谢产物的基因簇。已有证据表明,这些cluster(簇)途径并不是通过微生物水平基因转移而产生,但目前人们对其真实的形成机制却知之甚少。燕麦素是燕麦属中特异存在的一类抗微生物防御化合物,其生物合成途径也是最典型的植物生物合成基因簇之一。

韩斌团队选用了能在根尖特异合成燕麦素的二倍体燕麦物种Avena strigosa,运用三代测序技术Nanopore并辅助光学图谱技术BioNano DLS,以及Hi-C染色体构象捕获技术成功完成了该燕麦基因组高质量染色体级别组装。基于组装获得的全基因组信息完整地解析了燕麦素合成基因簇,确定了燕麦素合成通路的最后两个缺失步骤,并通过本氏烟草瞬时表达重构了整个合成途径。同时,研究人员还对基因簇的起源及不同燕麦品种间的差异进行了比较分析。基因组组装和DNA荧光原位杂交(FISH)结果均表明,燕麦素合成基因簇位于1号染色体长臂末端的亚端粒区域,并且该基因簇特异存在于燕麦属中。

该研究工作为真核生物的基因组可塑性和适应性进化提供了新的见解,为改良小麦和其他谷物抵抗全蚀病和其他疾病提供了分子依据。

 

第三极地区冰湖溃决洪水风险增加

 

多少年来,许多科幻作家都在想象一场大洪水在地球上暴发的情景。中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室科研团队与瑞士日内瓦大学、苏黎世联邦理工学院,以及中国科学院青藏高原研究所等国内外多家研究机构合作,定量评估了第三极地区冰湖发展趋势及其当前和未来可能面临的潜在冰湖溃决洪水灾害和风险,第一次揭示了这场可能发生的风险。

研究结果表明,喜马拉雅东部地区是目前第三极冰湖溃决洪水发生的热点地区,其风险水平是邻近其他区域的两倍多。然而,随着冰川的进一步消退,未来第三极地区面临的冰湖溃决洪水风险将可能接近于当前的三倍,同时位于西部的喀喇昆仑等地区将可能成为新的热点地区。研究同时强调了加强国际合作、共同防范潜在跨境洪水的迫切性和重要性。

尽管目前关于第三极地区冰湖溃决洪水发生的频率还没有统一认识,但随着全球气候变暖导致冰川进一步消退,冰湖朝着更陡峭和不稳定的区域发展,未来第三极地区冰湖溃决洪水风险将可能增加。同时,随着下游社区、旅游业和水利设施等的进一步发展,以及一些重要设施暴露在潜在的洪水影响范围内,实质性的防灾减灾措施对于保护这些本就脆弱的山区的可持续发展尤为重要。

56日,相关研究成果发表在国际地学期刊Nature Climate Change。研究成果将为第三极地区冰湖溃决洪水防范提供基础,同时也为未来相关国家开展防灾减灾国际合作提供科技支撑。

 

我国科学家发现基因剪新系统

 

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(中科院神经所)科研团队通过对微生物大规模宏基因组数据进行计算分析发现两类新的CRISPR/Cas13系统,通过一系列工程化改造开发了一套高效率和高特异性的RNA编辑工具,该工具对开发基于RNA编辑的基因治疗手段具有重要的促进作用。该研究成果53日在线发表于《自然·方法》。

CRISPR/Cas13被广泛地应用于RNA敲低、RNA单碱基编辑及核酸检测领域(比如新冠病毒检测)。相比于传统的RNA干扰技术,Cas13系统具有更高的敲低效率和特异性,而且不会对基因组造成永久性改变,甚至可以通过药物调控RNA编辑,使其具有可逆性,因此在疾病治疗上具有比较独特的优势。

将目标聚焦在挖掘未获培养的自然微生物宏基因组数据上,科研团队通过精巧的计算生物学算法和实验设计,鉴定到了两个新的Cas13家族,并命名为Cas13X.1Cas13Y,其中,Cas13X.1蛋白比常用的RfxCas13d蛋白还要小将近200个氨基酸,为目前最小的Cas13蛋白。通过对大量内源基因位点进行RNA敲低实验,Cas13X.1展现了与RfxCas13d同样的高活性和高特异性。之后,他们在Cas13X.1的基础上开发了一种迷你型的RNA单碱基编辑工具,并显示极低的脱靶活性。

这项工作证明Cas13X.1RNA编辑方面具有非常大的应用潜力,有望在未来成为一种高效和安全的RNA治疗药物。
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2021年7月中

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