中国学者发表Nature，Nature Genetcs等5篇重要研究成果，在生命科学及化学领域取得重大进展

1.菠萝基因组及克隆繁殖作物的驯化

大多数谷物，蔬菜和观赏植物都是通过种子繁殖而有性繁殖的，而大多数果树，块茎和某些观赏植物是通过嫁接，组织培养，分裂或无性繁殖的。有性繁殖的物种在驯化过程中经历了数百至数千代的重组。这种反复选择在基因组中留下了易于明显的特征。相反，无性繁殖作物的驯化既取决于营养繁殖，又取决于有性繁殖，它甚至可以是一步操作，一旦选择了克隆，选择就完成了。因此，克隆性作物可能在驯化后经历了零到几次重组和选择周期，这与有性繁殖的一年生作物形成鲜明对比。

菠萝（Ananas comosus（L.）Merr）是一种水果作物，起源于南美并已驯化。根据Bertoni的说法，属名Ananas在巴拉圭的瓜拉尼语中意为“优秀水果”。菠萝在6000年前就已被驯养，在南美洲有3500年前的古植物遗骸，并在2500年前传递给中美洲。菠萝通过多叶的水果冠，条或吸盘无性繁殖。

红菠萝（Ananas comosus var.bracteatus）在古代被种植用于纤维，果汁和活树篱，现在已成为泛热带观赏植物。 bracteatus植物因其明亮的粉红色至红色水果而著称。“ bracteatus”这个名字是指它的长片，该植物生机勃勃，叶片长，刺粗，吸盘丰富。植物纤维已被用于许多有益于农业和环境的应用中，部分原因是植物纤维具有可生物降解的特性和缺乏致癌性。菠萝叶纤维（PALF）包含70–82％的纤维素，5–12％的木质素和1.1％的灰分。PALF是天然纤维的主要来源，已被用于生产活性炭纤维，包装材料，细胞支架和服装。

菠萝位于凤梨科，包括> 3,000种，在> 50属内分组。凤梨科因其臭名昭著的合子前和合子后壁垒而对经典物种概念提出了挑战。凤梨在水果中是独一无二的，因为它的向心形水果。bracteatus品种是一种变种，在巴西东南部，巴拉圭和阿根廷北部古老种植。

假设将来自南美的无性繁殖作物（例如菠萝）的驯化是“一步操作”。该研究对Ananas comosus var . bracteatus CB5 的基因组进行了测序，将513 Mb组装成具有29,412个基因的25条染色体。 CB5，F153和MD2基因组的比较阐明了纤维生产，颜色形成，糖分积累和果实成熟的基因组基础。研究人员还对89个凤梨基因组进行了重新测序，品种“ Smooth Cayenne”和“ Queen”展示了古老的和最近的混合物，而“ Singapore Spanish”则支持一步一步的驯化操作。

该研究确定了25个选择性清除，包括一个包含一对串联重复的菠萝蛋白酶抑制剂的强烈清除。在F153中连接了四个自我不相容的候选基因，但在自我相容的CB5中不起作用。该研究的发现支持在性繁殖的农作物的驯化中性重组和一步操作的共存。这项工作指导了其他无性繁殖作物中性和无性驯化轨迹的探索。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41588-019-0506-8

2.ZmFBL41的自然变异赋予玉米带叶和鞘叶枯病抗性

玉米是粮食，饲料和燃料的重要农作物之一，但是玉米的生产常常受到极端天气和主要玉米疾病的流行的频繁影响。因此，需要具有强大的抗病性，高产量和优良品质的玉米新品种。传统的杂交育种通常面临育种周期长，选择效率低的问题，制约了玉米育种的质量和速度。因此，通过生物技术改良玉米是一种有效的方法。由于玉米的大多数经济性状是数量性状，通常由多基因以及基因和/或基因与环境之间的相互作用控制，因此有必要采用适当的方法来定位数量性状位点（QTL）。

全基因组关联研究（GWAS）是一种有效的方法，可以根据连锁不平衡（LD）精确映射复杂特征下的QTL。这种关联映射策略于1996年首次提出，并已主要用于分析与人类疾病相关的复杂特征。近年来，GWAS已广泛用于农作物复杂性状的遗传剖析，并且已鉴定出许多与农作物重要农艺性状相关的QTL。在玉米中，已经使用GWAS方法全面研究了几个克隆的基因和拟议的抗病基因候选物。这些进展表明，GWAS是有效，高效地识别基因组与表型关联的强大工具。

玉米枯萎病菌（R. solani）引起的玉米带叶枯萎病（BLSB）是中国以及南亚和东南亚的重要病害。此外，由相同病原体引起的水稻鞘枯病是水稻中最具破坏性的疾病。尽管已鉴定出对 R. solani 相对抗性的玉米品种，但尚未发现完全抗田间或免疫的玉米品种。因此，挖掘抗性资源并了解玉米对 R. solani 的抗性遗传机制将大大有利于BLSB的抗性育种。研究表明，对solani的抗性是由多个基因控制的数量性状，没有主要基因对solani具抗性。迄今为止，已经鉴定了许多抗性QTL和防御相关基因，并对其功能进行了表征。但是，对玉米或水稻对 R. solani 的抗性机理发病机理知之甚少。

E3泛素连接酶介导的蛋白质降解是重要的过程，在免疫应答的调节中起着关键作用，并且已经证明具有E3连接酶活性的几种蛋白质在调节植物的先天免疫应答中起作用。SKP1-cullin-F-box（SCF）复合物是E3连接酶的一个亚家族，底物识别是由该复合物中的F-box蛋白提供的。此外，F-box蛋白在植物免疫中的作用已得到很好的研究。

在这里，研究人员报告了一个新的等位基因zmfbl41的分离和机制表征，该基因涉及玉米对R. solani的抗性。 ZmFBL41编码一个F-box蛋白，该蛋白与肉桂醇脱氢酶ZmCAD相互作用，导致ZmCAD的泛素化和降解。zmfbl41植物中的ZmCAD积累导致增强的BLSB抗性。因此，该研究揭示了ZmFBL41-ZmCAD相互作用调节玉米BLSB抗性的机制。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41588-019-0503-y

3.适用于piRNA指导的转录沉默和异染色质形成的Pandas复合体

通过Piwi相互作用RNA（piRNA）途径抑制转座子对于保护动物生殖细胞至关重要。在果蝇中，Panoramix通过与靶标结合的Piwi-piRNA复合物结合来增强转录沉默，尽管发生这种情况的确切机制仍然难以捉摸。

在这里，研究人员显示Panoramix与核输出因子dNxf2及其辅因子dNxt1（p15）的生殖细胞特异性旁系同源物一起起作用，以抑制转座子表达。转座子RNA结合蛋白dNxf2是动物繁殖和Panoramix介导的沉默所必需的。dNxf2到新生转录本的短暂束缚导致其核保留。 

dNxf2的NTF2结构域与dNxf1（TAP）竞争了核孔蛋白的竞争，这是适当的RNA输出所必需的过程。因此，dNxf2在依赖Panoramix–dNxf2的TAP / p15沉默（Pandas）复合物中发挥作用，该复合物抵消了规范的RNA输出机制并限制了转座子进入核外围。总而言之，该研究发现对于理解RNA代谢如何调节异染色质形成可能具有更广泛的意义。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41556-019-0396-0

4.增强肺炎克雷伯氏菌毒力的结合质粒

肺炎克雷伯菌是一种常见的人类共病和机会致病菌，可引起严重的医院感染，尤其是在免疫系统受损的患者中。自1980年代初以来，高毒力肺炎克雷伯菌（HvKP）感染已普遍存在，并导致全球死亡人数增加。HvKP除了本质上对氨苄青霉素具有抗药性外，很少对常用的抗菌剂具有抗性。然而，已经报道了耐碳青霉烯的HvKP分离株。这种菌株的出现是由于在HvKP菌株中传播了编码碳青霉烯酶的可移动遗传元件，或者是由于碳青霉烯抗性肺炎克雷伯菌（CRKP）获得了pLVPK样毒力质粒。

然而，毒力质粒的非结合性质限制了耐碳青霉烯的HvKP的出现和传播速度。碳青霉烯耐药性和高毒力相关的表型在克雷伯氏菌的其他物种中很少见报道。在这项工作中，研究人员报告了在小鼠中表现出高毒力的耐碳青霉烯类水痘克雷伯菌的分离。最重要的是，发现该菌株携带一种共轭质粒，该质粒带有HvKP菌株中常见的毒力质粒的关键基因，并编码高水平毒力。该毒力质粒向CRKP菌株的结合转移导致该菌株的毒力水平显着增加，使其能够同时表达表型碳青霉烯抗性和高水平的毒力。

在该研究中，从临床的水痘克雷伯氏菌菌株中回收了一种编码毒力的质粒p15WZ-82_Vir，该质粒是由于将高毒力质粒pLVPK的100 kb片段整合到结合型IncFIB质粒中而形成的。可以将这种质粒与耐碳青霉烯的克雷伯菌菌株结合，使它们能够同时表达与碳青霉烯抗性和高毒力相关的表型。与非结合型pLVPK质粒不同，p15WZ-82_Vir的出现可能会促进革兰氏阴性细菌病原体中毒力编码元件的快速传播。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41564-019-0566-7

5.无金属定向的C–H键活化和硼化

Organoboron试剂是重要的合成中间体，在天然产物，药物和有机材料的构造中起着关键作用。发现更简单，更温和，更有效的有机硼方法，开辟了通往多种物质的道路。

在这里研究人员们展示 芳烃和杂芳烃的位置选择性C–H硼化的直接C–H活化的一般方法，避免使用金属催化剂。C7和C4硼化的吲哚是通过温和的方法生产的，具有广泛的官能团相容性。该机理涉及BBr3作为试剂和催化剂，并通过DFT计算确定。形成的硼种类物质向天然产物和药物支架的下游转化突出了该策略的潜在用途。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1640-2

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