1.我國科學家在兩篇Science論文中揭示植物免疫受體ZAR1激活機製

        doi:10.1126/science.aav5868; doi:10.1126/science.aav5870; doi:10.1126/science.aax0174

        盡管在十多億年的進化中被區分開來，但是植物和動物都采用了類似的免疫策略來保護自己免受病原體侵害。一種重要的機製是由稱為NLR的細胞質受體確定的，在植物中，NLR識別所謂的效應物，即入侵的微生物分泌到植物細胞中的分子。這些識別事件要麼涉及NLR對效應物的直接識別，要麼涉及NLR對效應物的間接識別，即NLR作為“保衛者(guard)”監測由效應物修飾的其他宿主蛋白或者說“被保護者(guardee)”。不論宿主直接識別還是間接識別效應物，都會導致細胞死亡，從而將微生物限製在感染部位。然而，到目前為止，我們還缺乏對植物NLR作用機製的詳細了解，而且對這些分子如何在植物中發揮作用的理解在很大程度上是基於與動物NLR分子的比較。

        如今，在兩項新的研究中，中國清華大學的王宏偉(Hong-Wei Wang)課題組、清華大學生命科學學院的柴繼傑(Jijie Chai)課題組和中國科學院遺傳與發育生物學研究所的周儉民(Jian-Min Zhou)課題組將無活性的NLR分子轉化為提供抗病性的活性複合物的一連串分子事件拚湊在一起。相關研究結果都發表在2019年4月5日的Science期刊上，論文標題分別為“Ligand-triggered allosteric ADP release primes a plant NLR complex”和“Reconstitution and structure of a plant NLR resistosome conferring immunity”。

        這些作者著重關注一種名為ZAR1的NLR受體。作為一種古老的植物分子，這種蛋白很可能具有廣泛的重要性，這是因為它與多個'被保護者'相互作用，以便識別不相關的細菌效應物。

        通過使用低溫電鏡，這些作者觀察到，在細菌效應物不存在的情況下，ZAR1與植物蛋白RKS1一起通過涉及ZAR1蛋白的多個結構域的相互作用維持在靜止狀態。一旦遭受感染，細菌效應物修飾植物蛋白PBL2，這隨後激活RKS1，從而導致巨大的構象變化，這些構象變化首先允許植物將ADP交換為ATP，接著導致一種五聚體的輪狀結構組裝，他們將這種結構稱為“ZAR1抗病小體(ZAR1 resistosome)”。

        這種結構的一個顯著特征是它與動物NLR蛋白的相似性：動物NLR蛋白一旦被激活，也會組裝成輪狀結構，作為細胞死亡執行和免疫信號轉導的信號平台。然而，植物NLR和動物NLR組裝的輪狀結構之間的一個重要差異為ZAR1如何誘導細胞死亡提供了誘人的線索。這些作者能夠在ZAR1中鑒定出一種高度有序的漏鬥樣結構。這種漏鬥樣結構將ZAR1抗病小體拴在質膜上，而且也是細胞死亡和抗病性所必需的。他們推測ZAR1可能在質膜中形成孔，並以這種方式擾亂細胞功能，從而導致免疫信號轉導和細胞死亡。

        2.Science：發現一種阻止同類相食的小肽---SELF-1

        doi:10.1126/science.aav9856

        線蟲最喜歡吃的食物是它的幼蟲，它必須非常小心，不要意外地吃掉自己的後代。在一項新的研究中，來自德國馬克斯-普朗克發育生物學研究所的研究人員發現這些僅一毫米長的微小線蟲如何能夠將自己的後代與其他線蟲的後代區分開來，從而避免同類相食(cannibalism)。他們發現Pristionchus屬線蟲通過一種複雜的機製來識別它的後代。這些線蟲在它們的表麵上攜帶著一種較小的高度可變的似乎可由線蟲鼻子檢測到的蛋白。這種蛋白的可變部分可能起到自我識別代碼的作用，即便發生一個氨基酸的變化也會導致同類相食。相關研究結果發表在2019年4月5日的Science期刊上，論文標題為“Small peptide–mediated self-recognition prevents cannibalism in predatory nematodes”。

        論文通訊作者、馬克斯-普朗克發育生物學研究所首席科學家Ralf Sommer說道，“自我識別在動植物王國中隨處可見。它處於眾多生物過程---從單細胞生物的聚集到各種動物的社會性或攻擊性行為---的核心，而且也是負責抵禦病原體的人類免疫係統的關鍵部分。然而，盡管自我識別普遍存在，但是這類有機體自我識別在此之前並沒有在線蟲中描述過。”Sommer將Pristionchus屬線蟲建立為與著名的秀麗隱杆線蟲(Caenorhabditis elegans)進行比較研究的模式生物。

        3.Science：新的ALS基因表達圖譜為疾病進展提供了前所未有的細節

        doi:10.1126/science.aav9776

        在一項新的研究中，來自美國紐約基因組中心、布羅德研究所、哥倫比亞大學、斯坦福大學、紐約大學、弗萊提榮研究所(Flatiron Institute)和瑞典皇家理工學院的研究人員利用新技術繪製出脊髓樣本的基因表達圖譜，這就為肌肉側索硬化症(ALS，也稱漸凍人症)患者的疾病發生和進展機製提供了新的見解。他們將空間轉錄組學(spatial transcriptomics)和一種新的計算方法結合在一起，獲得脊髓中將近1.2萬個基因在時間和空間上的基因表達測量值。結果就是產生一種新的多維基因表達圖譜。這種基因表達圖譜提供了史無前例的細節和規模，並且提供了一個以前無法獲得的關於ALS疾病進展的觀點。相關研究結果發表在2019年4月5日的Science期刊上，論文標題為“Spatiotemporal dynamics of molecular pathology in amyotrophic lateral sclerosis”。論文通訊作者為紐約基因組中心的Hemali Phatnani博士、紐約大學的Richard Bonneau教授和瑞典皇家理工學院的Joakim Lundeberg博士。

        這些研究人員描述了這種時空基因表達圖譜如何揭示利用傳統測序方法無法觀察到的ALS疾病的早期變化。他們還開發出新的計算方法來揭示疾病驅動的中樞神經係統中所有細胞類型的許多信號通路的活性變化，這可能為開發治療方法和診斷方法提供新的靶標。

        與以往的轉錄組分析研究相比，這項研究的獨特之處在於這些研究人員使用的空間轉錄組學方法，它能夠同時在組織切片的許多位置產生RNAseq圖譜。因此，他們能夠精確地記錄組織中幾乎每個基因的表達位置。基於此，他們就能夠精確記錄組織中幾乎每個基因的表達位置。他們在ALS小鼠模型中檢測了疾病發展的四個時間點，從成年最早期到末期。此外，他們還對ALS患者死後的脊髓樣本進行了檢測。

        在這項新的研究中，這些研究人員收集來自1165個小鼠組織切片的76136個空間基因表達測量值(spatial gene expression measurement, SGEM)和來自80個人類組織切片的61031個SGEM(對於背景而言，下一個最大可比空間分辨率轉錄組學研究在同一時間點僅考慮了大約12個組織切片)。通過將來自很多組織切片的數據結合在一起，他們能夠在待檢測的組織區域同時檢測將近1.2萬個基因的表達。這是首次使用這種空間分辨率方法在這種深度和規模上研究ALS。

        4.兩篇Science揭示NLRP1B炎性體激活機製

        doi:10.1126/science.aau1330; doi:10.1126/science.aau1208

        炎性體是多蛋白複合物，它協調促炎性細胞因子分泌和細胞死亡。諸如炭疽致死因子之類的蛋白酶能夠激活一種稱為NLRP1B的炎性體，但是這種激活的機製仍然是不清楚的。Chui等人通過全基因組敲除篩選，發現致死因子對NLRP1B的蛋白水解誘導NLRP1B氨基末端結構域發生蛋白酶體降解和最終的細胞死亡。Sandstrom等人發現NLRP1B的氨基末端結構域的降解導致一種激活半胱天冬酶-1(caspase-1)的羧基末端片段釋放。這種稱為“功能性降解”的過程允許免疫係統檢測病原體相關活動，就像它識別病原體相關抗原一樣。

        5.Science：追蹤玉米中的減數分裂

        doi:10.1126/science.aav6428

        植物不像動物那樣從早期發育中留下生殖細胞譜係，而是根據需要產生生殖細胞。Nelms和Walbot以玉米為研究對象，利用玉米植物頂部花藥中體細胞和發育中生殖細胞之間的大小差異，在減數分裂過程中分離單個生殖細胞以進行花粉發育。他們使用單細胞RNA測序來研究減數分裂過程中的轉錄組變化。這些研究表明隨著減數分裂的進展，減數分裂的特化程度也在增加，與此同時，在減數分裂細線期的過渡階段，這種轉錄組發生重組。

        6.Science：揭示磷脂酰絲氨酸調控ROP6在植物質膜中的聚集

        doi:10.1126/science.aav9959

        質膜中罕見的一些脂質變體起著信號轉導成分的作用。通過研究模式植物擬南芥的根尖細胞，Platre等人發現在質膜中相對豐富的磷脂酰絲氨酸也調節信號通路。在對來自植物生長素的信號作出反應時，磷脂酰絲氨酸是ROP6(一種小的鳥苷三磷酸酶)在膜中聚集所必需的。磷脂酰絲氨酸濃度的變化改變了ROP6的聚集，從而改變了生長素信號反應。

        7.Science：多次失去飛行的鳥群在與飛行相關的基因調節區域上存在趨同進化

        doi:10.1126/science.aat7244

        來自差異很大的分類群(taxa)的物種在性狀上也會發生類似的變化。哪些潛在的遺傳因素引起這些平行變化仍然是一個懸而未決的問題。Sackton等人觀察了多次失去飛行的鳥群---平胸類鳥(ratite)和tinamous(產於南美洲的一種走禽)，並發現與飛行相關的基因相關的調節區域存在趨同性，但蛋白編碼區域不存在趨同性。這些調節區域內發生的變化影響了肢體發育，可能代表了跨越分類群的趨同變化的快速途徑。

        8.Science：入侵的鳥類也能傳播本土植物的種子

        doi:10.1126/science.aau8751

        當人類將外來物種引入敏感的生態係統時，外來物種的入侵和本土物種的滅絕通常會隨之而來。由此產生的生態群落可以在幸存者和新入侵者之間產生不同尋常的相互作用。 Vizentin-Bugoni等人分析了夏威夷的種子傳播網絡結構，在那裏，本土鳥類大多被入侵者所取代。他們發現本土植物如今依靠入侵的鳥類進行種子傳播。這種傳播相互作用網絡是複雜和穩定的，這也是世界其他地區的本土種子傳播網絡的特征。在某些情況下，引入的物種似乎可能融入本地生態係統。