該研究系統(tǒng)繪制了陸地棉進(jìn)化路線圖，并揭示了染色體大尺度變異如何調(diào)控種群遺傳多樣性和環(huán)境適應(yīng)性的遺傳機(jī)制。這一研究不僅挖掘出纖維品質(zhì)改良的關(guān)鍵遺傳靶點，還為創(chuàng)造優(yōu)異的棉花種質(zhì)開辟了新的路徑。百邁客生物為該研究提供了基因組測序、組裝服務(wù)！

研究背景

棉花是全球性重要經(jīng)濟(jì)作物，既是紡織工業(yè)的核心原料，也兼具重要的油用和飼用價值。我國作為全球最大的原棉生產(chǎn)國、消費(fèi)國、進(jìn)口國和紡織品服裝出口國，棉花產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位舉足輕重。

然而，長期區(qū)域化集中種植和人工選擇導(dǎo)致陸地棉遺傳多樣性嚴(yán)重降低、品種同質(zhì)化問題日益加劇，疊加極端氣候頻發(fā)與病蟲害壓力，給棉花穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和持續(xù)育種創(chuàng)新帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。系統(tǒng)解析陸地棉馴化與環(huán)境適應(yīng)的分子演化軌跡，深入挖掘種質(zhì)資源中尚未被充分利用的優(yōu)異遺傳位點，是破解上述瓶頸的關(guān)鍵。

研究內(nèi)容

從野生到栽培：結(jié)構(gòu)變異揭示陸地棉的演化路徑與馴化代價

研究團(tuán)隊基于107份陸地棉代表性種質(zhì)構(gòu)建高質(zhì)量泛基因組，系統(tǒng)解析了其基因組結(jié)構(gòu)與演化特征。首次精細(xì)描繪了5S和45S?核糖體DNA（rDNA）的高度復(fù)雜組織，發(fā)現(xiàn)5S?rDNA序列多樣性顯著高于已報道作物；同時揭示了LTR反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子在染色體上的區(qū)室化分布特征，其中Athlia亞族的插入可追溯至約400萬年前。功能分析表明，盡管可變基因家族在數(shù)量上占據(jù)優(yōu)勢，但核心基因卻主導(dǎo)基礎(chǔ)細(xì)胞生命過程，可變基因則富集于脂質(zhì)與甾醇代謝等適應(yīng)性相關(guān)通路。

尤為重要的是，通過比較半野生種與栽培種發(fā)現(xiàn)，半野生棉特有基因顯著富集于防御相關(guān)激素通路且保持較高頻率，而栽培棉中約65%的特有基因為低頻等位基因（≤5%）。分析發(fā)現(xiàn)馴化過程中部分抗逆遺傳潛力被削弱，同時人工選擇促進(jìn)了稀有有利變異的保留與積累，研究結(jié)果為突破當(dāng)前品種同質(zhì)化瓶頸提供了關(guān)鍵遺傳資源與理論依據(jù)。

圖1 5S rDNA和45S rDNA分析

研究首次在陸地棉種內(nèi)鑒定到A03與A09染色體間的大尺度相互易位。該結(jié)構(gòu)變異起源于野生群體，并在加勒比海岸的地方種中高頻固定（96.3%），而在中美洲地方種（僅17.4%）和現(xiàn)代栽培品種中幾乎缺失（0%）。該易位類型明顯不同于其他異源四倍體棉種（AD2–AD7）及典型陸地棉材料（如N244）的祖先染色體構(gòu)型。此類染色體結(jié)構(gòu)變異清晰地揭示陸地棉馴化過程中存在兩個獨立的遺傳多樣性中心——加勒比海岸與中美洲，且表明現(xiàn)代栽培種主要繼承來自中美洲譜系，而加勒比海岸特有的染色體結(jié)構(gòu)在馴化過程中被丟失。

圖2 A03-A09易位的鑒定及驗證

進(jìn)一步研究表明，在栽培陸地棉形成之前，野生/半野生陸地棉曾經(jīng)歷三個階段的結(jié)構(gòu)變異積累。以這些結(jié)構(gòu)變異為遺傳標(biāo)記，可將陸地棉劃分為32種單倍型，而現(xiàn)代栽培種僅來源于其中一個單倍型，遺傳基礎(chǔ)極為狹窄?；谏鲜鲅芯砍晒瑘F(tuán)隊在基因組層面重構(gòu)了陸地棉從“尤卡坦半島起源→危地馬拉擴(kuò)散→全球傳播”的三階段馴化與傳播路徑。

圖3 陸地棉三段式馴化路徑

陸地棉在馴化與擴(kuò)散過程中并非孤立演化，而通過與海島棉多次自然雜交，持續(xù)引入外源遺傳物質(zhì)。這些來源于種間漸滲的基因組片段廣泛分布于全基因組中，其長度顯著超出既往認(rèn)知范圍，并顯著富集于功能活躍區(qū)域，尤其與開花時間等關(guān)鍵適應(yīng)性性狀密切相關(guān)。進(jìn)一步的地理分布與系統(tǒng)發(fā)育分析表明，加勒比海岸及中美洲地區(qū)是種間基因流動的熱點區(qū)域，而現(xiàn)代栽培棉可能通過繼承特定的漸滲組合以獲得新環(huán)境適應(yīng)能力。

圖4 陸地棉半野生棉及栽培種中海島棉漸滲片段分析

基因?qū)殻航Y(jié)構(gòu)變異揭示“隱藏”的抗病與高產(chǎn)密碼

研究還揭示陸地棉泛基因組中廣泛存在與抗病密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)變異，尤其在NLR基因富集區(qū)域形成高度動態(tài)的“可變熱點”。在馴化過程中，栽培棉顯著丟失了NLR多樣性，但部分關(guān)鍵亞家族（如CNL）兼具核心保守性與結(jié)構(gòu)可塑性，可能為其持續(xù)的抗病適應(yīng)能力提供支撐?；诖嬖?缺失變異（PAV）的GWAS不僅驗證了已知抗黃萎病位點VWA10，還鑒定到新抗性位點VWD11，其抗性單倍型與一個受病原誘導(dǎo)表達(dá)的TNL基因緊密關(guān)聯(lián)。該位點在黃河流域棉區(qū)顯著富集，且在育種進(jìn)程中抗性持續(xù)增強(qiáng)，并伴隨TIR結(jié)構(gòu)域多樣性提升，提示在長期病原壓力下信號轉(zhuǎn)導(dǎo)模塊發(fā)生了功能分化。

圖5 陸地棉泛NLR分析

利用陸地棉核心種質(zhì)群體開展了PAV-GWAS，共鑒定出69個與纖維品質(zhì)和衣分相關(guān)的遺傳位點，其中62個為傳統(tǒng)SNP-GWAS無法檢測的新位點，凸顯了PAV在挖掘“隱藏”遺傳變異方面的獨特優(yōu)勢。整合eQTL分析發(fā)現(xiàn)，多個PAV直接調(diào)控關(guān)鍵基因的表達(dá)，例如D02染色體上鑒定到的一個新QTL通過85?bp缺失和103?bp插入共同調(diào)控基因N244D02G000230，從而影響衣分性狀；值得注意的是，其低衣分但高黃萎病抗性的Hap.A單倍型在現(xiàn)代中國主栽品種中頻率顯著上升，反映了育種中對抗性與產(chǎn)量的權(quán)衡選擇。此外，在A07染色體鑒定到一個同時調(diào)控纖維強(qiáng)度與種子大小的多效性PAV位點，其806bp插入導(dǎo)致WD40類基因N244A07G024740內(nèi)含子延長，過表達(dá)該基因可促進(jìn)種子發(fā)育。研究還揭示PAV區(qū)域內(nèi)部基因整體表達(dá)偏低，但部分特有基因（如遠(yuǎn)緣雜交材料中的CesA7）對纖維品質(zhì)提升具有關(guān)鍵作用。

圖6?PAV-GWAS揭示“隱藏”的QTL

倒位育種：機(jī)遇與連鎖累贅

研究還系統(tǒng)繪制了陸地棉中127個大尺度倒位的全基因組分布圖譜，揭示其在抗蟲性與纖維色澤等重要性狀中的關(guān)鍵作用。在A06染色體上，一個3.9?Mb的倒位顯著提升葉片表皮毛密度（與抗蟲相關(guān)），并進(jìn)一步鎖定候選基因?N244A06G021950；而在A07染色體，Lc1位點所決定的棕色纖維表型由兩種不同的倒位單倍型控制，其通過調(diào)控類黃酮通路核心基因?GhTT2?的表達(dá)水平，實現(xiàn)纖維顏色的梯度變化。值得注意的是，這兩個功能倒位均與區(qū)域內(nèi)數(shù)百個基因緊密連鎖，導(dǎo)致在選擇高抗蟲性或理想纖維色澤時，可能無意中引入大量非目標(biāo)性狀基因即“連鎖累贅”。這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了傳統(tǒng)育種中性狀改良所面臨的潛在代價，也提出在泛基因組時代亟需結(jié)合結(jié)構(gòu)變異精細(xì)圖譜，發(fā)展“打破不利連鎖、實現(xiàn)精準(zhǔn)編輯”的新策略，以充分釋放倒位所攜帶的育種潛力。

圖7 陸地棉倒位變異圖譜的構(gòu)建

研究總結(jié)

綜上所述，該研究不僅為理解陸地棉的進(jìn)化歷程提供了寶貴的信息，也為未來棉花品種改良指明了方向。通過整合多方面的研究成果，團(tuán)隊成功重構(gòu)了陸地棉從尤卡坦半島起源到危地馬拉擴(kuò)散再到全球傳播的三階段馴化與傳播路徑。同時，研究還強(qiáng)調(diào)了種間漸滲的重要性，指出它為現(xiàn)代栽培棉帶來了新環(huán)境適應(yīng)能力。這些發(fā)現(xiàn)對于提高棉花產(chǎn)量和質(zhì)量，應(yīng)對氣候變化和病蟲害挑戰(zhàn)具有重要意義。最后，研究團(tuán)隊提出結(jié)合結(jié)構(gòu)變異精細(xì)圖譜發(fā)展“打破不利連鎖、實現(xiàn)精準(zhǔn)編輯”的新策略，以充分釋放倒位所攜帶的育種潛力。

以上內(nèi)容來源于iPlants，侵刪

該研究揭示了玉米中一個關(guān)鍵的表觀遺傳調(diào)控因子mop1在塑造減數(shù)分裂重組圖景中的核心作用。通過高分辨率的全基因組重組圖譜分析，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，mop1功能的缺失會以一種性別特異性的方式改變重組事件的發(fā)生位置，其背后的機(jī)制是通過調(diào)控一類被稱為“微型反向重復(fù)轉(zhuǎn)座子”（MITEs）的特殊DNA元件的甲基化水平，從而在特定的基因組位、尤其是遺傳多樣性高的區(qū)域“點燃”新的重組熱點。百邁客生物為該研究提供了轉(zhuǎn)錄組測序及分析服務(wù)！

研究背景

減數(shù)分裂重組是地球上有性生殖生物多樣性的基石。在細(xì)胞分裂形成配子（如花粉和卵細(xì)胞）的過程中，來自父母本的同源染色體像舞伴一樣配對、交換遺傳物質(zhì)片段，這一過程被稱為“重組交換”（Crossover,?CO）。它不僅打亂并重排了基因，創(chuàng)造出新的遺傳組合，還像“分子膠水”一樣確保染色體在分裂時能被正確地分離，避免了毀滅性的遺傳錯誤。然而，這個過程并非隨機(jī)發(fā)生，而是受到一套極其精密的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)所控制。在玉米這樣基因組龐大且復(fù)雜的作物中，重組事件往往集中在特定的“熱點”區(qū)域，而廣闊的基因組區(qū)域則鮮有重組發(fā)生，如同“冰封”的大陸，這極大地限制了育種家利用優(yōu)異基因資源的能力。近年來，表觀遺傳學(xué)，尤其是DNA甲基化，被認(rèn)為是調(diào)控重組的關(guān)鍵因素之一，但其具體機(jī)制仍充滿謎團(tuán)。

研究內(nèi)容及結(jié)果

1、mop1改變雌雄減數(shù)重組格局

構(gòu)建群體與CO定位

• 作者在B73×Mo17雜交背景下，做了4個BC1群體：雌WT、雌mop1、雄WT、雄mop1，共423個個體。
• 全基因組3×深度重測序，利用~1.9?SNP/kb的密度，HMM調(diào)用出4048個CO，其中60%的CO區(qū)間<5kb，分辨率很高。

CO?總數(shù)的性別差異（Fig.1d）

• 雌性：WT和mop1每減數(shù)平均CO數(shù)基本相同（約19條，差異不顯著）。
• 雄性：mop1?CO數(shù)略低于WT（約18vs19.4，P=0.058，接近顯著）。
• WT中雌雄CO數(shù)相似；但在mop1中，雄性顯著低于雌性，說明mop1參與調(diào)控雌雄間的重組差異。

染色體尺度的CO分布（Fig.1c,?1e）

用Marey?map畫出遺傳距離與重組率曲線，結(jié)果顯示全基因組的重組率形狀在WT與mop1間總體相似，也與雌雄之間大體相似。但放大單條染色體后，可以看到：尤其在雌mop1中，多條染色體（1,4,5,6,7,8,9）在臂區(qū)CO增加，在著絲粒周CO減少；雄mop1也在多條染色體呈現(xiàn)類似趨勢。

結(jié)論：mop1對總CO數(shù)影響相對溫和，但會在局部區(qū)域重排CO峰谷，且這種效應(yīng)具性別特異性。

圖1?雄性mop1突變體與雌性mop1突變體相比，交叉（CO）數(shù)量減少。

2、CO相關(guān)序列motif的變化

篩選“高分辨率CO”

作者只選CO區(qū)間<2?kb的1835個CO，分別來自四個群體（雌WT?484、雌mop1?417、雄WT?431、雄mop1?503），用來做motif分析。

主要發(fā)現(xiàn)（Fig.2）

• 前五大motif都是富C/G或富A/T的短重復(fù)序列，和之前在玉米、小麥、水稻中CO常見motif一致。
• 定量統(tǒng)計顯示一個細(xì)節(jié)：富GC的motif（前三個）的出現(xiàn)頻率在雄mop1中明顯比雄WT低；富AT的motif（后兩個）在雌mop1中的出現(xiàn)頻率高于雌WT。

解讀：mop1使雄性CO更少落在GC-rich區(qū)，而讓雌性CO更偏向AT-rich（往往更開放）區(qū)域，體現(xiàn)出性別特異的序列/染色質(zhì)偏好變化。

圖2?在雄性mop1突變體中，G/C相關(guān)基序的頻率降低，而在雌性mop1交叉互換（COs）中A/T相關(guān)基序的頻率增加。

3、序列多態(tài)性與CO的關(guān)系

SNP密度與CO

• 在雌mop1的CO區(qū)間中，SNP密度明顯高于雌WT；雄性則無顯著差別。
• 把全基因組細(xì)分不同SNP密度區(qū)間，統(tǒng)計CO頻率：

雌WT：CO?頻率在~7?SNP/kb?達(dá)峰；

雌mop1：峰值移動到~13?SNP/kb；

SNP>20/kb?時CO頻率接近0，呈明顯“倒?U?型”，存在上限閾值。

InDel與CO

• mop1與WT之間，CO區(qū)域的InDel數(shù)量/長度無顯著差別。
• CO對InDel的容忍度很低：4?InDel/kb左右達(dá)到峰值，達(dá)到12個?InDel/kb時幾乎沒有CO，說明InDel比SNP更干擾重組。

結(jié)論：存在一個“適中多態(tài)性”窗口，既不能太低（重組驅(qū)動力不足），也不能太高（同源配對困難）。在雌mop1中，這個SNP閾值被顯著抬高（從7→13?SNP/kb），說明RdDM缺失讓雌性減數(shù)更能容忍高多態(tài)背景下的CO。

圖3?mop1基因，尤其在雌性個體中，傾向于在遺傳多樣性較高的區(qū)域引入新的交叉（CO）位點。

4、CO與轉(zhuǎn)座子，尤其MITEs的緊密關(guān)系

CO與基因/TE的位置關(guān)系（Fig.4a）：1835個高分辨率CO中，約69%位于基因體或2kb上下游，其中44.3%同時與TE重疊。

不同TE類型與CO的相關(guān)性（Fig.4b–c）：按1Mb窗口算CO數(shù)與TE覆蓋度：CO與LTR/Gypsy強(qiáng)負(fù)相關(guān)（主要在周圍冷區(qū)）。與LINE、TIR、Helitron、MITE均正相關(guān)，其中MITE的正相關(guān)最強(qiáng)。

MITEs與CO直接重疊的比例（Fig.4d）：隨機(jī)選1835個等長區(qū)：僅1.5%與MITE重疊；而CO區(qū)中：雌WT：33.8%CO?與MITE重疊；雌mop1：升到39.3%；雄WT：31.8%；雄mop1：34.7%。?說明：CO極度偏愛MITEs，且mop1尤其在雌性中進(jìn)一步加強(qiáng)這種偏好。

哪類MITE更“吸CO”？（Fig.4e）：在MITE子家族中，**DTA（hAT類）和DTH（Tourist/PIF-Harbinger類）**最常與CO重疊，占比明顯高于其他子家族。

CO熱點與冷點（Fig.5）

• CO熱點：重組率≥全基因組均值5倍的5kb區(qū)間。總數(shù)在四個群體為391–525個。它們多數(shù)位于染色體兩端：39.1%?在前10Mb，63.9%在前20Mb。熱點2kb區(qū)內(nèi)，~65%附近有MITEs，而附近是LTR的比例很低。
• CO冷點：≥1Mb無任何CO的大區(qū)間。四個群體分別有~1167–1310個，絕大多數(shù)位于著絲粒周，且在不同群體間高度保守。冷點幾乎都與LTR?retrotransposons重疊，與MITEs卻很少重疊。

總結(jié)：MITEs≈重組熱點的標(biāo)志；LTR?retrotransposons≈穩(wěn)定冷點骨架。mop1通過調(diào)控MITEs，精細(xì)地改寫了部分熱點，而不改變那些“固有冷點”。

圖4 交叉變異（COs）與微RNA元件（MITEs）相關(guān)聯(lián)，在mop1突變體中觀察到更高的富集程度

圖5 交叉位點（CO）在MITE序列附近富集，而冷點則與LTR逆轉(zhuǎn)座子相關(guān)聯(lián)

5、mop1通過MITEs上的局部去甲基化+開放染色質(zhì)引入新CO

CO區(qū)DNA甲基化總體特征（Fig.6a）

• 與隨機(jī)區(qū)相比，CO附近的CG/CHG甲基化大幅降低（CG:?23.8%vs78.3%；CHG:?12.4%vs60.4%），說明CO天然偏向低甲基化區(qū)域。
• CG/CHG：mop1和WT在CO區(qū)沒有顯著差異。
• CHH：WT中CO區(qū)CHH與隨機(jī)區(qū)相當(dāng)，而在mop1中顯著降低。也就是mop1主要在CO區(qū)進(jìn)一步清空CHH甲基化。

DMR與CO的重疊情況（Fig.6b–c）

在雄mop1與WT花藥甲基化數(shù)據(jù)中，作者找到3189個CG?DMR、4800個CHG?DMR、13864個CHH?DMR，其中大多數(shù)是低甲基化（hypo）。這些成千上萬DMR中，與CO±2kb重疊的不到1%，其中CG：9/2749；CHG：30/4110；CHH：101/12061。且這些與CO重疊的DMR，絕大部分都位于?基因2kb上下游區(qū)域。

這些DMR上到底是哪些TE？（Fig.6d）在“DMR+CO”雙重重疊的TE中，MITEs占比最高，明顯高于僅有DMR或無DMR/CO的TE。這說明：mop1引起的CO變化主要集中在MITEs，尤其是靠近基因的MITEs上。

MITEs上的甲基化&組蛋白標(biāo)記分組分析（Fig.6e–f）

• 按是否與DMR/CO重疊，把MITEs分4類：既有DMR又有CO；有DMR無CO；無DMR有CO；都沒有。
• 結(jié)果：在mop1中，類別1的MITEs?CHG/CHH甲基化降低最明顯；同時，類別1上H2A.Z、H3K27ac、H3K56ac、H3K9ac活性標(biāo)記最高；完全沒有DMR/CO的MITEs這些標(biāo)記最低。即：“真正變成CO熱點”的MITEs=低甲基化+高H2A.Z+高?H3乙?；?位于基因附近。

49kb典型區(qū)域的可視化例子（Fig.6g）

• 染色體9上49?kb區(qū)間中有兩個CHH低甲基化DMR：
• 紅框：一個DMR?同時有?MITE+CO，且H2A.Z、H3?acetylation高，H3K27me3低，mop1中還伴隨CG/CHG降低；
• 藍(lán)框：另一個DMR也有MITE，卻沒有CO，CG/CHG一直高，且H3K27me3高、H3Ac低。
• 這對比說明：單靠CHH降低不夠，還要配合整體開放染色質(zhì)（低CG/CHG+高H2A.Z/H3Ac+低H3K27me3），MITEs才會真實變成CO熱點。

圖6 mop1可能通過局部降低具有開放染色質(zhì)標(biāo)記的MITE序列上的DNA甲基化水平
引入新的交叉（CO）位點

6、基因表達(dá)和CO干涉：ASY4下調(diào)，但干涉基本不變

RNA-seq：減數(shù)基因表達(dá)變化

• 在幼花藥中，mop1vsWT?共有186個上調(diào)、199個下調(diào)DEG。
• 若只看41個減數(shù)相關(guān)基因：只有軸蛋白ASY4顯著下調(diào)；ZYP1、ZIP4接近顯著下調(diào)。
• 這些基因負(fù)責(zé)軸/聯(lián)會復(fù)合體結(jié)構(gòu)和CO干涉，Arabidopsis中它們?nèi)笔孋O向染色體臂端偏移。

DEG與DMR、CO的關(guān)系

只有極少部分DEG附近有?DMR，且沒有任何CO與這些DEG的DMR?重疊，說明?MITEs去甲基化帶來的新CO不必然改變附近基因的轉(zhuǎn)錄。

CO干涉分析

作者用crossover?coefficient（CoC）分析干涉強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)：mop1雌雄的干涉與WT基本無顯著差異，只是雌mop1干涉略有減弱趨勢。因此，CO干涉變化不是驅(qū)動CO重排的主要原因。

解釋：mop1的主要作用，是通過局部改變MITEs的表觀狀態(tài)+略微削弱軸/SC?組件來調(diào)整CO的位置，而不是大幅改變CO總數(shù)或經(jīng)典的干涉模型。

研究總結(jié)

在機(jī)制層面，mop1通過RdDM通路主要清除基因附近MITEs的CHH（并部分?CG/CHG）甲基化，在本就偏開放的MITE區(qū)促進(jìn)H2A.Z和H3?acetylation富集，從而讓這些TE成為新的CO熱點。性別差異：這一作用在雌性中更強(qiáng)——雌mop1?不僅保留CO總數(shù)，還把CO推向高SNP、MITE富集的開放區(qū)域，提高了對序列多態(tài)性的容忍度。結(jié)構(gòu)蛋白貢獻(xiàn)：mop1還伴隨軸蛋白ASY4下調(diào)，可能進(jìn)一步改變CO在染色體上的分布，而對CO干涉整體影響不大。

在應(yīng)用前景方面，提示可以通過精細(xì)調(diào)控MITEs附近的甲基化/表觀狀態(tài)，而不是粗暴打掉全基因組甲基化，來在作物中局部提升重組率；有望用于玉米及其他TE-rich作物中打破連鎖拖帶、提高育種重組效率、利用“中度多態(tài)區(qū)域”的隱藏遺傳變異。

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糖尿病性血管病變是2型糖尿?。═2DM）的一種主要并發(fā)癥，其發(fā)病機(jī)制與血管功能障礙、代謝重編程以及氧化應(yīng)激有關(guān)。位于細(xì)胞核內(nèi)的NAD?依賴性去乙?；窼IRT6，因其通過組蛋白去乙酰化作用來調(diào)節(jié)心血管和代謝穩(wěn)態(tài)而受到關(guān)注。然而，T2DM中細(xì)胞質(zhì)SIRT6的積累及其功能和機(jī)制仍需進(jìn)一步闡明。

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果表明：Ⅱ型糖尿病主動脈經(jīng)歷了顯著的病理重塑，其特征是VSMС過度增殖、從收縮狀態(tài)向合成狀態(tài)的表型轉(zhuǎn)換以及遷移能力增強(qiáng)。

通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)分析，研究確定蛋白去乙酰化過程是導(dǎo)致糖尿病血管病變的重要誘因。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，使用高糖高棕櫚酸處理血管平滑肌細(xì)胞后，SIRT6以Importin13（IPO13）的依賴方式從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)位。糖酵解異常是糖尿病性血管病變的關(guān)鍵誘因。

該研究旨在探究細(xì)胞質(zhì)中的SIRT6是否對糖尿病性血管病變中的糖酵解過程起到調(diào)節(jié)作用。結(jié)果顯示，SIRT6通過與ENO3（一種催化2-PGA轉(zhuǎn)化為PEP的關(guān)鍵糖酵解酶）相互作用，從而去乙?；疭IRT6，從而降低了其活性，進(jìn)而加劇了在高血糖和高血脂條件下發(fā)生的糖酵解重編程過程。

H?S是一種氣體信號分子，主要通過半胱氨酸殘基的巰基硫化修飾作用來調(diào)節(jié)底物蛋白的功能。研究發(fā)現(xiàn)H?S通過靶向SIRT6起到了改善糖酵解重編程的作用。在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，H?S對維持各種器官的生理功能至關(guān)重要，并且內(nèi)源性H?S水平與許多生物活動相關(guān)，例如糖尿病和代謝失調(diào)。

在該研究中，H?S減緩了血管平滑肌細(xì)胞的增殖以及收縮合成表型的轉(zhuǎn)變。我們認(rèn)為其潛在機(jī)制可能涉及多種途徑。一方面，H?S減少了活性氧的生成；另一方面，它增強(qiáng)了SIRT6在C141位點的硫巰基化修飾。作者證實SIRT6保守活性中心的C141位點是H2S調(diào)節(jié)SIRT6功能的關(guān)鍵靶點。

綜上所述，胞質(zhì)SIRT6通過促進(jìn)病理性糖酵解參與糖尿病血管重塑。其中SIRT6在Importin 13（IPO13）介導(dǎo)下由核轉(zhuǎn)位至胞質(zhì)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，胞質(zhì)內(nèi)積聚的SIRT6與糖酵解關(guān)鍵酶烯醇化酶3（ENO3）發(fā)生直接相互作用，促進(jìn)ENO3去乙?；?，增強(qiáng)下游磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）生成，從而誘導(dǎo)糖酵解重編程，最終導(dǎo)致糖尿病血管病變的病理性改變。此外，外源性硫化氫（H?S）通過誘導(dǎo)SIRT6第141位半胱氨酸發(fā)生S-巰基化修飾，阻斷SIRT6-ENO3相互作用，抑制病理性糖酵解并減輕VSMC過度增殖。該研究提出的SIRT6-ENO3信號軸通過調(diào)控血管糖酵解重編程參與糖尿病血管病變的發(fā)生發(fā)展，為靶向胞漿SIRT6作為糖尿病血管并發(fā)癥的潛在治療策略提供了新的理論依據(jù)。

總體而言，該研究通過整合多組學(xué)分析、動物模型驗證和細(xì)胞功能實驗，全面揭示了細(xì)胞質(zhì)SIRT6-ENO3軸調(diào)節(jié)糖酵解重編程和VSMC增殖相關(guān)血管重塑的新機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)高血糖和高血脂通過氧化應(yīng)激和IPO13依賴的核輸出過程促進(jìn)SIRT6細(xì)胞質(zhì)易位，易位的SIRT6通過去乙酰化ENO3增強(qiáng)其酶活性，驅(qū)動糖酵解重編程和血管平滑肌細(xì)胞異常增殖。更重要的是，外源性硫化氫通過恢復(fù)SIRT6第141位半胱氨酸的S-硫氫化修飾，抑制其細(xì)胞質(zhì)易位并減弱ENO3活性，從而改善糖尿病血管病變。

這項研究首次闡明了細(xì)胞質(zhì)SIRT6在糖尿病血管病變中的病理作用，為理解糖酵解重編程與血管重塑的分子聯(lián)系提供了重要理論依據(jù)。該發(fā)現(xiàn)不僅豐富了對SIRT6功能多樣性的認(rèn)識，更為開發(fā)針對糖尿病血管并發(fā)癥的新型治療策略開辟了重要途徑。特別是硫化氫作為內(nèi)源性保護(hù)因子的作用機(jī)制解析，為臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供了有力支撐，有望為改善糖尿病患者血管功能和預(yù)后帶來新希望。

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以上內(nèi)容來源于BioArtMED，侵刪

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)動了不同社會性行為策略的產(chǎn)生，并闡明了白蟻品級分化的遺傳機(jī)制，為理解昆蟲社會性行為的形成機(jī)制提供了一個嶄新的框架。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

昆蟲社會性表現(xiàn)為親代撫育和品級分化，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，社會性行為雖然也在蜚蠊目中獨立起源（白蟻等），且起源更早，但相關(guān)研究卻被長期忽視。重要的是，社會性起源在蜚蠊目中與雜食性到木食性的轉(zhuǎn)變同時發(fā)生，為研究社會性起源提供了獨特的模型。

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

為探究白蟻社會性行為演化的奧秘，研究團(tuán)隊選取蟑螂-白蟻演化中關(guān)鍵節(jié)點的代表性物種，獲得了三種蟑螂、一種半社會性木蟑螂以及四種社會性白蟻的高質(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)的功能驗證發(fā)現(xiàn)：

• 木食性和社會性演化都伴隨著大量基因丟失和基因家族收縮，表明社會性蜚蠊的適應(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；
• 白蟻中精子運(yùn)動相關(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分工，形成兩個發(fā)育命運(yùn)完全不一樣的社會等級。

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)隊進(jìn)一步提出了社會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，揭示了社會性演化的驅(qū)動因素，繪制了從雜食性獨居蟑螂到具有不同社會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-肝軸涉及兩個器官間的相互作用，能通過多種微生物代謝物實現(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）模型是最成熟的實驗方法之一，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

因為已有報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)實驗。喂養(yǎng)試驗后，?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)一步的生長實驗證實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，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，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。

此外，團(tuán)隊評估了P.?shigelloides?CB5或A.?veronii?XMX-5對肝臟降脂效果，證實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小時被C.?somerae完全利用，腐胺含量達(dá)到2.22?μmol/mL。為驗證該代謝途徑在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)行的同位素示蹤實驗顯示，?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)隊通過ZFL的HFD模型驗證腐胺和亞精胺是否會影響肝臟脂質(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)同位素示蹤實驗顯示：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的實驗組亦證實此結(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，大量研究證實腸道微生物群落是調(diào)控動物早期生長發(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)域的研究熱點與迫切需求。

研究內(nèi)容

研究團(tuán)隊通過大規(guī)模仔豬跟蹤試驗，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，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單菌定植實驗，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)深入的實驗，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，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，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)容來源于岳麓山實驗室，侵刪

該研究首次揭示了H3K9me3和H3K27ac標(biāo)記的二價染色質(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

二價染色質(zhì)（bivalent chromatin）是指基因組上同時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)記的二價啟動子（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染色質(zhì)？這些二價染色質(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)座元件具有獨特的空間雙重染色質(zhì)標(biāo)記

研究團(tuán)隊首先通過對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個同時具有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)隊構(gòu)建了SVA-GFP報告系統(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SVA抑制因子和237個激活因子。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實驗室，侵刪

該研究構(gòu)建兩個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），破譯了番木瓜果實產(chǎn)量和品質(zhì)性狀逐步選擇及其兩性株性狀獨特起源的遺傳基礎(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)價值的十大水果之首，同時也是研究熱帶樹木和水果果實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)隊經(jīng)過十年努力，搜集了來自全球4大州20多個國家地區(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。

基于全重實驗室熱帶生物組學(xué)大數(shù)據(jù)中心的全基因組選擇和分子設(shè)計育種技術(shù)體系，鑒定出了42個與果實大小、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驗證據(jù)鑒定了控制番木瓜果實大小、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大小，以及針對CpMAPK1、CpCOX、CpCIN和CpUBE3的人工選擇提升果實甜度和維生素C含量的遺傳基礎(chǔ)（圖1和圖2）。

同時，研究者發(fā)現(xiàn)從野生雄株到栽培兩性株性別轉(zhuǎn)換的兩次獨立事件（MSY1-HSY1和MSY3-HSY3），形成了兩個獨特的兩性株特異性Yh品系（HSY1和HSY3），揭示了一條獨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)動的，并在Yh連鎖區(qū)域中定位了一個與性別轉(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決定番木瓜果實寬度

圖2.?CpCIN啟動子變異調(diào)控番木瓜果實果糖含量

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性狀的演化軌跡，以及雄性偏好選擇驅(qū)動新型兩性性別系統(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上精彩亮相。會議期間，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。

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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》等國際頂級期刊上發(fā)表論文數(shù)千篇，累計影響因子超萬分，持續(xù)推動生命科學(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-獨腳金屬（Striga?spp.）和列當(dāng)屬（Orobanche?spp.）寄生植物危害最為嚴(yán)重。獨腳金主要危害高粱、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，干旱、貧瘠（尤其是缺磷）條件會誘導(dǎo)作物根系分泌獨腳金內(nèi)酯（Strigolactones,?SLs），刺激土壤中獨腳金種子的萌發(fā)，導(dǎo)致寄生問題。因此，高粱成為獨腳金的主要宿主，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)控獨腳金內(nèi)酯合成通路來抗寄生的研究有所報道，但對于缺磷環(huán)境下作物與獨腳金互作的分子機(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)獨腳金寄生的生理過程，研究團(tuán)隊創(chuàng)建了高粱水培缺磷模擬實驗系統(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、原位雜交等實驗表明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)合實驗結(jié)果最終確定了SbSLT1-F693和SbSLT2-F642為關(guān)鍵氨基酸位點，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，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，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腳金種子，萌發(fā)率顯著下降。田間小區(qū)實驗發(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證的完整科研閉環(huán)。值得注意的是，百邁客生物云平臺為該研究的數(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。

作為連接實驗數(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)建與驗證，每一個關(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)實驗研究的局限，實現(xiàn)?“數(shù)據(jù)驅(qū)動科研創(chuàng)新”?的全新范式。

可以說，掌握扎實的生信技能，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。