生命科學學會聯合體公布2017年中國生命科學十大進展

發布時間:2018年02月07日 + -

  爲推動生命科學領域的創新發展,充分展示和宣傳我國生命科學領域的重大科技成果,中國科協生命科學學會聯合體組織22家成員學會推薦,經生命科學領域同行專家審核與評選,向社會公布2017年度"中國生命科學十大進展"評選結果(排名不分先後)。

  水稻新型廣譜抗病遺傳基礎發現與機制解析


  稻瘟病被稱爲"水稻癌症",常年肆虐各個水稻産區,引起水稻大幅度減産甚至絕收,是全球糧食安全的重大隱患。
  四川農業大學陳學偉研究組利用大數據分析,結合分子生物技術手段鑒定並克隆了抗病遺傳基因位點Bsr-d1,揭示了該位點具有抗譜廣、抗性持久、對水稻産量性狀無明顯影響等特征。該研究成果一方面極大豐富了水稻免疫反應和抗病分子的理論基礎,另一方面爲培育廣譜持久抗稻瘟病的水稻新品種提供了關鍵抗性基因。同時,也爲小麥、玉米等糧食作物相關新型抗病機理的基礎和應用研究提供了重要借鑒。
  該成果發表于《細胞》雜志(Cell,2017,170(1):114-126)。
  

1.png

  水稻Bsr-d1基因位點抗稻瘟病的分子機理
  
  人Piwi基因突變致男性不育
  男性不育是當前備受關注的社會問題。Piwi基因在男性睾丸組織中特異性表達,但該基因在人類精子發生及男性不育中的作用鮮爲人知。
  中國科學院上海生物化學與細胞生物學研究所劉默芳研究組和上海市計劃生育科學研究所施惠娟研究組合作,從男性不育症患者中篩查發現了一類Piwi基因突變,並通過小鼠模型證明了此類突變導致雄性不育和揭示了此類突變導致雄性不育的分子機制,並基于此設計幹預策略,有效恢複了突變小鼠的精子活性。該研究首次證明了Piwi基因突變導致男性不育,並爲此類男性不育症的精准醫療提供了理論基礎和方法策略。
  該成果發表于《細胞》雜志(Cell,2017,169(6):1090-1104)。
  

2.png

  來源于少弱/無精症患者的Piwi基因突變導致男/雄性不育
  
  m6A甲基化修飾調控脊椎動物造血幹細胞命運決定
  造血幹細胞是各種血細胞的原始祖細胞,不僅維持血液系統的長期穩定,也是骨髓移植治療惡性血液疾病的核心組分,但其來源匮乏卻是制約臨床疾病治療的瓶頸。
  中國科學院動物研究所劉峰研究組和北京基因組研究所楊運桂研究組合作研究,首次發現內皮-造血細胞轉化過程中m6A的甲基化調節基因表達平衡,促進造血幹細胞發育。該工作從嶄新的視角揭示了造血幹細胞命運決定的機制,拓展了人們對于m6A生理功能的認知,同時還將爲探索體外造血幹細胞的來源提供新思路。
  該發現發表于《自然》雜志(Nature,2017,549:273-276)。
 

3.png

 
  notch1a mRNA的m6A修饰水平促进内皮-造血细胞转化
  
  化疗药物通过 caspase-3 诱导细胞焦亡而产生毒副作用
  細胞焦亡是通過炎性caspase蛋白酶剪切Gasdermin-D(GSDMD)蛋白,使GSDMD蛋白釋放其具有細胞膜打孔活性的結構而發生的一種細胞炎性壞死。
  北京生命科學研究所邵峰研究團隊發現凋亡性而非炎性的caspase-3蛋白酶切割活化Gasdermin-E(GSDME)蛋白也可以誘發細胞焦亡,臨床常用化療藥物通過GSDME依賴的細胞焦亡而殺死正常細胞,在小鼠中敲除GSDME基因能顯著減輕化療藥物導致的器官損傷和體重下降等毒副作用。這些發現首次揭示腫瘤化療藥物毒副作用的分子機制,爲提高化療效率提供了新途徑。
  該發現發表于《自然》雜志(Nature,2017,547:99-103)。
  

4.png

  GSDME決定化療藥物誘導癌細胞和正常細胞分別發生凋亡和焦亡

  細胞感應葡萄糖水平並調控代謝的分子機制
  葡萄糖是细胞的主要能量来源, 其水平下降将激活AMP活化蛋白激酶(AMPK)。厦门大学林圣彩研究组与英国Dundee大学D.G.Hardie等合作报道了一种通过感知细胞内葡萄糖代谢中间物--果糖-1,6-二磷酸(FBP)的下降来触发AMPK活化的新机制。该研究揭示了细胞对葡萄糖的感知通路及葡糖控制细胞代谢状态的机制,还颠覆了传统的AMPK依赖AMP升高而被活化的范式。
  該成果發表于《自然》雜志(Nature,2017,548:112-116)。
  

5.png

  葡萄糖的水平決定細胞與代謝生長狀態的機理

  
  基于單細胞測序的肝癌免疫圖譜
  中國肝癌患者人數居世界之首,成爲中國健康威脅之一。北京大學張澤民研究組與北京世紀壇醫院彭吉潤及歐陽文軍研究組合作,對肝癌腫瘤微環境中的T淋巴細胞進行了綜合分析,完成了超過5000個T淋巴細胞的單細胞測序數據,揭示了血液和腫瘤中T細胞的特征截然不同,探索了T淋巴細胞不同亞群之間的關系,並且發現和通過體外實驗進一步證明Layilin基因可能作爲一個潛在的免疫療法的靶點。本項工作是國際上首次專門針對腫瘤相關T淋巴細胞的單細胞組學研究,爲多角度理解肝癌相關的T淋巴細胞特征奠定了基礎,也爲腫瘤免疫圖譜的勾畫做出了範式,成爲對其他腫瘤開展類似研究的重要基礎。
  该成果发表于《细胞》杂志(Cell,2017,169 (7): 1342-1356)
  

6.png

  腫瘤浸潤免疫細胞單細胞測序研究

  水稻廣譜持久抗病與産量平衡的遺傳與表觀調控機制
  稻瘟病是水稻最嚴重的病害,是水稻生産的"癌症",被列爲十大真菌病害之首。發掘廣譜持久的抗稻瘟病新基因、平衡抗病和産量關系是水稻育種的瓶頸問題。
  中國科學院上海生科院植物生理生態研究所何祖華研究組系統鑒定和解析水稻廣譜抗瘟新基因Pigm,發現該基因位點通過蛋白互作和表觀遺傳方式精妙調控一對免疫受體蛋白PigmR和PigmS而協調水稻廣譜抗病與産量平衡的新機制,爲作物高抗與産量矛盾提出新的理論,也爲作物抗病育種提供了有效技術。該成果已被40多家單位應用于抗病分子育種,有多個廣譜抗病新品種被審定和大面積推廣,具有巨大的應用潛力。
  該成果發表于《科學》雜志(Science,2017,355:962-965)。

  

7.png


8.jpg



  抗病新品種(NIL-Pigm)與對照(NIPB)在自然病圃的發病比較和功能模型
  
  超高時空分辨微型化雙光子在體顯微成像系統
  北京大學多學科交叉研發團隊,在程和平院士的帶領下,運用微集成、微光學、超快光纖激光和半導體光電學等技術,在高時空分辨在體成像系統研制方面取得突破性技術革新,成功研制2.2克微型化佩戴式雙光子熒光顯微鏡,在國際上首次記錄懸尾、跳台、社交等自然行爲條件下小鼠大腦神經元和神經突觸活動的高速高分辨圖像。
  此項突破性技術將開拓新的研究範式,在動物自然行爲條件下,不僅可以"看得見"大腦活動的過程,還將爲可視化研究自閉症、阿爾茨海默病、癫痫等腦疾病的神經機制發揮重要作用。此項成果反映了我國生命科學家已具備研制整系統尖端科研儀器設備的能力,爲即將啓動的中國腦科學計劃打造了一個核心創新工具。
  该成果发表于《自然?方法》杂志(Nature Methods,2017,14:713-719)。

9.png

  
  小鼠頭部佩戴微型化雙光子顯微鏡以觀測自由行爲條件下的神經活動
  
  癢覺信息傳遞的神經環路機制
  癢覺是人類和動物感知外界威脅的重要途徑,在維持機體生存和健康方面發揮重要作用。然而慢性瘙癢卻會導致嚴重的皮膚損傷,引起抑郁、睡眠障礙等。癢覺的神經機制一直是神經科學研究中的一大謎團。
  中國科學院神經科學研究所孫衍剛研究組從脊髓水平癢覺特異的胃泌素釋放肽受體(GRPR)陽性神經元著手,證明癢覺信息傳遞的核心神經環路,並進一步證實腦幹臂旁核腦區在慢性瘙癢的發生、發展中發揮關鍵作用。該研究系統地闡明了癢覺信息傳遞的神經環路機制,並爲尋找慢性瘙癢的潛在治療靶點提供了新的方向。
  該成果發表于《科學》雜志(Science,2017,357:695-699)。
  

10.png

  癢覺信息傳遞的細胞和環路機制
  
  中國學者首次建立基因編輯瑞特綜合征猴模型
  瑞特綜合征(RTT)是一種由MECP2單基因突變導致的神經發育性疾病。患者智力低下,自主行爲和生存能力差,需要家庭和社會終身照顧。爲了更好地研究該病的發病機理,進而開發治療藥物及探索治療辦法,科學家構建了一系列小鼠、大鼠等齧齒類實驗動物模型。然而,這些齧齒類模型難以模擬臨床病患特征,無法開展相關研究。
  昆明理工大學季維智研究組利用TALEN靶向基因編輯技術對食蟹猴MECP2基因進行了敲除,獲得一批瑞特綜合征猴模型。它們表現出許多類似瑞特綜合征患者而未曾在齧齒類實驗動物中發現的臨床表型。該研究也首次從腦發育、眼動、轉錄組等對瑞特綜合征猴模型進行了評估,爲開展瑞特綜合征發病機理及治療研究奠定了基礎。
  該成果發表于《細胞》雜志(Cell,2017,169(5):945-955)
  

11.png

  瑞特綜合征猴模型構建、表型分析及意義示意圖

  來源:中國科協要聞(2018年1月30日)

  責任編輯:陳沖