該研究突破傳統(tǒng)生防線蟲覓食行為分類框架，為生物防治因子行為調(diào)控與綠色防控技術(shù)發(fā)展提供了重要理論基礎(chǔ)。百邁客生物為該研究提供了轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)服務(wù)。

長期以來，昆蟲病原線蟲（有益線蟲）的覓食行為被概括為“巡游型”?（主動搜索）與“伏擊型”?（埋伏等待），這一劃分在害蟲生物防治領(lǐng)域被廣泛沿用。然而，這一看似清晰的分類，在面對真實復(fù)雜環(huán)境時卻逐漸顯露出解釋不足的問題。該研究從生態(tài)實際出發(fā)，發(fā)現(xiàn)線蟲并非“性格固定”，而是能夠在特定信號作用下靈活調(diào)整覓食策略，從而提出其行為具有連續(xù)變化的可塑性特征。這一認知突破，使人們重新審視經(jīng)典的二分模型，為行為生態(tài)學(xué)提供了更貼近自然情境的理論框架。

研究的關(guān)鍵切入點來自一個看似不起眼的信號——寄主昆蟲釋放的揮發(fā)性物質(zhì)丁基羥基甲苯（butylated?hydroxytoluene，BHT）。團隊通過化學(xué)生態(tài)學(xué)與行為學(xué)的交叉研究發(fā)現(xiàn)，這一氣味信號能夠顯著“激活”線蟲，使其運動更活躍、跳躍更頻繁，并更敏銳地朝向寄主移動。原本以“伏擊”為主的線蟲，在這一信號作用下會表現(xiàn)出更主動的覓食方式，從而大幅提升在復(fù)雜環(huán)境中尋找隱蔽寄主的能力。這一過程揭示，寄主并非被動對象，而是能夠通過化學(xué)信號主動影響寄生者行為，在生態(tài)系統(tǒng)中形成動態(tài)互動關(guān)系。

在機制層面，研究進一步從行為調(diào)控角度出發(fā)，通過對暴露于BHT的線蟲進行轉(zhuǎn)錄組測序，解析了溶酶體相關(guān)神經(jīng)通路在這一過程中所起的作用。結(jié)果表明，寄主揮發(fā)物信號能夠通過影響線蟲體內(nèi)相關(guān)轉(zhuǎn)運系統(tǒng)與代謝狀態(tài)，進而改變其神經(jīng)活動與行為輸出。研究成功將化學(xué)信號、能量代謝與行為響應(yīng)建立起關(guān)聯(lián)，體現(xiàn)了從生態(tài)現(xiàn)象到生理調(diào)控的跨層級認知整合。在應(yīng)用基礎(chǔ)層面，該研究為生物防治技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路。通過利用寄主揮發(fā)物或模擬信號對線蟲進行“生態(tài)預(yù)激”?，可實現(xiàn)對生防線蟲行為的精準調(diào)節(jié)，從而提升其在隱蔽性或鉆蛀型害蟲（如紅棕象甲、番茄潛葉蛾等）防控中的效率，減少化學(xué)農(nóng)藥依賴，推動農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。這一成果不僅拓展了生物防治的技術(shù)邊界，也為農(nóng)業(yè)生物安全提供了新的科學(xué)支撐。

關(guān)于作者

吳升晏，福建農(nóng)林大學(xué)植物保護學(xué)院教授，農(nóng)林生物安全全國重點實驗室科研骨干。入選福建省高層次人才（B類）、福建省引才“百人計劃”，并榮獲2025年福建省青年五四獎?wù)碌仁鈽s。主要從事入侵生物生態(tài)學(xué)與害蟲綠色防控研究，聚焦昆蟲病原線蟲（有益線蟲）與寄主昆蟲互作機制，以及其在生物防治中的應(yīng)用。近五年，主持（完成）國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃子課題、省部級課題等科研項目10項，以通訊作者或第一作者在PNAS、Soil Biology and Biochemistry、Journal of Pest Science、Pest Management Science等國際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文10余篇，提出“以蟲治蟲”生態(tài)防控理念，研發(fā)新型“釋線劑”制劑并推廣應(yīng)用，致力于構(gòu)建安全高效的害蟲生物防治體系。作為臺灣籍科研工作者，積極促進閩臺生態(tài)防控領(lǐng)域的科技交流與合作。

以上內(nèi)容來源于福建農(nóng)林大學(xué)，侵刪

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

大豆是全球重要的植物蛋白來源，但其單產(chǎn)遠低于水稻、小麥等主糧作物。上世紀“綠色革命”通過推廣半矮稈品種大幅提升了谷物產(chǎn)量，卻也導(dǎo)致了對氮肥的嚴重依賴，帶來環(huán)境問題。與谷類作物不同，大豆作為豆科植物，具備與根瘤菌共生固氮的獨特能力，可從大氣中獲取70%以上的氮需求。這意味著，大豆的“綠色革命”無法簡單復(fù)制谷物路徑——我們需要在不過度施肥的前提下，同時解決三個問題：如何改良株型以提高產(chǎn)量？如何增強根瘤固氮能力？如何提升水溶性蛋白含量這一關(guān)鍵品質(zhì)指標？

長期以來，能夠同時調(diào)控這些性狀的關(guān)鍵基因始終未被充分挖掘，制約了高產(chǎn)品種的選育進程。尋找既能優(yōu)化株型、又能促進固氮的“黃金基因”，正是推動大豆實現(xiàn)可持續(xù)綠色革命的核心突破口。

研究結(jié)果

? 敲除GmGID1-2改良大豆株型并提高產(chǎn)量和種子含油量

該研究團隊發(fā)現(xiàn)過表達GmGID1-2會顯著增加大豆的株高，而敲除則使株高降低，同時增加莖稈直徑和強度、分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)?(三粒莢和四粒莢顯著增多)?和種子數(shù)，從而提高單株種子重量與大豆產(chǎn)量，并提升種子含油量。進一步結(jié)合表型數(shù)據(jù)及轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)表明，GmGID1-2與DELLA蛋白互作調(diào)控大豆株高，并通過影響與分枝、固碳作用和脂肪酸代謝等相關(guān)的通路及基因表達，進而調(diào)控大豆分枝數(shù)和種子含油量。

圖1 敲除GmGID1-2改良大豆株型并提高產(chǎn)量和種子含油量

? 敲除GmGID1-2增強大豆根瘤固氮

基于敲除GmGID1-2后大豆莢和種子數(shù)顯著增加并引起DELLA蛋白積累，以及DELLA在其他豆科植物中可促進根瘤菌侵染與根瘤共生的作用，推測在GmGID1-2敲除突變體中，為大豆提供主要氮源的根瘤固氮作用也相應(yīng)增強。實驗證實，突變體中的根瘤數(shù)目和干重、固氮酶活性以及植株氮含量均顯著提高。進一步分析表明，敲除GmGID1-2促進了根瘤菌侵染、根瘤共生和固氮相關(guān)基因的表達。

圖2 敲除GmGID1-2增強大豆根瘤固氮

? 大豆GmGID1-2的優(yōu)異等位變異和一因多效功能

分析GmGID1-2的自然變異發(fā)現(xiàn)，在課題組264份大豆資源及大豆公共數(shù)據(jù)庫中，其編碼區(qū)均未鑒定到導(dǎo)致基因功能喪失或氨基酸變化的序列變異；而啟動子區(qū)局部關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，Gm_36396036位點與大豆株高顯著關(guān)聯(lián)。該位點將GmGID1-2啟動子分為Pro-C和Pro-T兩種類型，其中，Pro-C型啟動子的大豆株高更矮、產(chǎn)量和種子含油量更高，且GmGID1-2基因表達量更低，與GmGID1-2敲除株系表型一致。在Pro-C優(yōu)異單倍型的遺傳背景下敲除GmGID1-2，可進一步提高大豆的產(chǎn)量、種子含油量和根瘤固氮。

大豆GmGID1-2的優(yōu)異等位變異和一因多效功能

研究總結(jié)

該研究系統(tǒng)解析了GmGID1-2的一因多效性，挖掘到可同時改良大豆株型、產(chǎn)量和根瘤固氮的優(yōu)異等位變異，并創(chuàng)制了更優(yōu)異的新等位基因。GmGID1-2的優(yōu)異等位基因不僅能改良大豆株型和產(chǎn)量，還可顯著增強莖桿強度、根瘤固氮能力和種子含油量，為可持續(xù)性農(nóng)業(yè)發(fā)展提供寶貴的基因資源和理論依據(jù)。

以上內(nèi)容來源于南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，侵刪

該研究測序策略：構(gòu)建了涵蓋駱駝（21個組織）與牛（33個組織）的單細胞/單核轉(zhuǎn)錄組圖譜，并整合已發(fā)表的牛、羊、豬、小鼠及人多組織單細胞數(shù)據(jù)，開展跨物種比較分析。研究發(fā)現(xiàn)，駱駝不僅保留了與牛真胃同源的腺囊胃室，還演化出特有的血管平滑肌細胞，可能為其高效血壓調(diào)節(jié)提供細胞基礎(chǔ)。這項研究不僅為畜禽適應(yīng)性進化提供新見解，也為人類代謝疾病研究提供了跨物種比較框架。百邁客生物為該研究提供了百創(chuàng)空間轉(zhuǎn)錄組BMKMANU?S1000服務(wù)。

研究背景

對多腔胃哺乳動物進行細胞與分子特征分析，有助于深入理解消化與代謝系統(tǒng)的進化機制。駱駝進化出了一套獨特的多室分布式消化策略，與牛的集中式消化模式形成鮮明對比。二者在消化與代謝系統(tǒng)中所展現(xiàn)的物種特異性細胞組成及分子特征差異，這引出了一個關(guān)鍵的科學(xué)問題：多腔胃動物適應(yīng)性進化的細胞基礎(chǔ)是什么？

研究結(jié)果

? 駱駝與牛的單細胞轉(zhuǎn)錄組圖譜構(gòu)建

該研究對駱駝的21種組織（160,682個細胞）和牛的33種組織（264,472個細胞）進行了單細胞RNA測序（scRNA-seq）或單核RNA測序（snRNA-seq），共注釋出124種細胞類型，其中59種為駱駝和牛所共有?；阼b定出的15,324個直系同源基因，研究者整合了兩個物種的單細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進行分析。結(jié)果顯示，肝細胞、內(nèi)皮細胞、免疫細胞和上皮細胞在物種間表現(xiàn)出較高的相似性，而生殖細胞的相似性較低，這可能與其作為進化速率最快的細胞類型有關(guān)。本結(jié)果系統(tǒng)揭示了駱駝多種組織的細胞類型組成，并刻畫了兩種物種間對應(yīng)細胞類型的保守性與異質(zhì)性。

圖1. 細胞圖譜構(gòu)建

? 多腔胃結(jié)構(gòu)細胞的異質(zhì)性分析

多腔胃是駱駝和牛高度特化消化道的標志性特征。為探究駱駝與牛胃腔中細胞類型組成及其基因表達模式的保守性與差異性，作者針對胃腔單細胞數(shù)據(jù)集進行分析，通過比較胃部結(jié)構(gòu)性細胞，發(fā)現(xiàn)上皮細胞的聚類由組織來源決定，而非物種。

駱駝腺囊（GS）與第三胃室（C3）識別出一個獨特的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)模塊，其中包含SOX8、UNCX等調(diào)控因子，促進細胞增殖與遷移。駱駝GS與真胃具有共同起源，但已獲得獨特的特化特征。保守的細胞和分子特征使GS在發(fā)育過程中能夠執(zhí)行類似真胃的核心功能。同時，GS與C3中以高表達促增殖和遷移基因為特征的獨特上皮亞型，代表了關(guān)鍵的譜系特異性創(chuàng)新。

因此，作者提出GS從共同的祖先胃結(jié)構(gòu)演化而來，隨后在駱駝中經(jīng)歷特定特化過程，這一過程可能由這些新型細胞類型驅(qū)動，以支持其獨特的器官發(fā)生和功能維持。駱駝第一胃室（C1）上皮缺乏乳頭結(jié)構(gòu)，正向選擇基因的細胞偏向性表達模式表明，自然選擇在塑造駱駝和牛C1上皮細胞的特征。C1上皮的細胞類型具有保守性，且成纖維細胞是三種物種中形成C1上皮乳頭狀結(jié)構(gòu)差異的主要細胞類型。

圖2.?多室胃結(jié)構(gòu)細胞的跨物種比較分析

? 駱駝與牛對營養(yǎng)吸收與代謝的偏好研究

為評估前胃特化對植物性飼料利用的影響，作者提取了駱駝和牛的小腸及肝臟單細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進行跨物種比較。

結(jié)果表明，駱駝肝細胞高表達脂酸代謝基因（如ACSL4、ACSL5、ACOX1）和PPAR信號通路相關(guān)基因，顯示出更強的脂質(zhì)轉(zhuǎn)化與儲存能力；而牛肝細胞則高表達藥物代謝和淀粉蔗糖代謝基因，可能更適應(yīng)飲食波動及飼料中的外源性物質(zhì)處理。

在腸道方面，牛腸上皮細胞中有機鹽轉(zhuǎn)運基因上調(diào)，利于吸收瘤胃微生物產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸；駱駝腸細胞則高表達水通道蛋白基因，與其干旱適應(yīng)機制相符。這些發(fā)現(xiàn)共同表明，駱駝與牛在營養(yǎng)吸收與代謝方面存在明顯差異，且駱駝肝臟在長鏈脂肪酸代謝上更具優(yōu)勢，可能有助于避免過度脂肪沉積。

圖3. 駱駝與牛肝臟、小腸單細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)比較

? 腎臟血管平滑肌細胞（VSMCs）異質(zhì)性分析

為探究與駱駝腎臟獨特功能相關(guān)的主要細胞類型及其分子特征，作者聚焦于駱駝腎臟的單細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，鑒定出一類特殊的血管平滑肌細胞，并將其命名為S100A4+VSMCs。該細胞高表達血管緊張素II受體基因AGTR1，而收縮相關(guān)基因（如MYH11）表達較低。比較分析顯示，S100A4+VSMCs未在小鼠、豬、牛及人等哺乳動物的腎臟中被發(fā)現(xiàn)，表明其可能為駱駝所特有。

作者進一步采集駱駝腎臟組織進行空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，證實了S100A4+VSMCs在腎臟中的實際存在，并發(fā)現(xiàn)其主要分布于腎小球的入球與出球小動脈區(qū)域。與典型的收縮型VSMCs相比，S100A4+VSMCs被預(yù)測具有更高的分化程度。通過受體?配體共定位分析，研究提示這兩類血管平滑肌細胞亞型之間存在直接相互作用，且可能通過DLK1?NOTCH3信號軸介導(dǎo)。S100A4+VSMCs可能通過調(diào)節(jié)腎小球入球與出球小動脈對血管緊張素II的局部反應(yīng)，在血壓調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。

圖4. 駱駝腎臟中S100A4+VSMCs的鑒定

研究總結(jié)

該研究構(gòu)建了駱駝與牛的多組織單細胞轉(zhuǎn)錄組圖譜，并提供了駱駝腎臟的空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，為解析物種特異性生物學(xué)特征及其進化歷程提供了重要資源。基于胃、腎臟及肝臟等關(guān)鍵消化代謝器官的跨物種比較，研究不僅驗證了駱駝胃部的起源假說，還揭示了特定細胞類型的基因表達變化如何幫助駱駝肝臟避免過度脂肪沉積。

此外，作者在駱駝腎臟中發(fā)現(xiàn)了一類新型血管平滑肌細胞，該細胞可能在腎臟適應(yīng)干旱、高鹽環(huán)境的過程中發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用。綜上所述，該研究從分子與細胞層面闡釋了駱駝適應(yīng)性進化的內(nèi)在機制，為理解哺乳動物器官系統(tǒng)的進化與功能多樣化提供了新的視角。

關(guān)鍵步驟與實戰(zhàn)要點

1、讀取數(shù)據(jù)

原始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下圖：

第一列為基因ID,?第五列及以后為各個樣本的表達量數(shù)據(jù)，數(shù)值以FPKM表示。

讀取數(shù)據(jù)命令如下：

rawdata=

read.csv(?‘AllSample.genes_expression.csv’,???header=T)

2、數(shù)據(jù)清洗

原始數(shù)據(jù)中包含一些不參與分析的列，以及某些基因的表達量在所有樣本中均為零，需要在分析前去除。

操作代碼如下：

#將第一列數(shù)據(jù)作為行名保存
row.names(rawdata)<-rawdata$?Gene_ID
#刪除第一列位置信息和第四列正負鏈的數(shù)據(jù)，并進行行列轉(zhuǎn)置?tmp<-t(rawdata[,c(-1,-2,-3,-4)])
#刪除在所有樣本中表達量均為0的基因?cleandata<-tmp[,colSums(tmp!=0)>0] 這樣我們就得到了一個“干凈”的樣本×基因表達矩陣，便于后續(xù)分析。

3、PCA?分析

R語言內(nèi)置的prcomp()函數(shù)可以快速完成PCA計算，代碼如下：

data.pca<?-prcomp(cleandata,center=T,?scale.=)
#cleandat????為進行分析的數(shù)據(jù)集
#center?一個邏輯值，控制變量是否應(yīng)該移位到零中心
#scale.一個邏輯值，控制是否對數(shù)據(jù)進行標準化
prcomp??函數(shù)的返回值是一個特殊的對象，可以利用summary?函數(shù)來查看分析的結(jié)果。

具體參數(shù)：
#Standard???????deviation?標準差，其平方為方差=特征值
#Proportion????of????Variance方差貢獻率
#Cumulative????????Proportion?方差累計貢獻率
輸出結(jié)果包括各主成分的標準差、方差貢獻率等，幫你判斷應(yīng)該保留多少主成分。

4、數(shù)據(jù)可視化

使用ggplot2包，輕松將PCA結(jié)果轉(zhuǎn)換為直觀的散點圖。
#加載ggplot?軟件包?library(ggplot2)
#根據(jù)PC1?及PC2生成散點圖，由于ggplot在繪圖時只接收數(shù)據(jù)框格式的數(shù)據(jù)集，因此需要使用as.data.frame函數(shù)來進行轉(zhuǎn)換。
ggplot(?as.data.frame(?data.pcaSx),aes(x=PC1,y=PC2))+?geom_point()
圖片生成：

一張清晰的PCA圖就誕生了！樣本分布、組間差異一目了然。

核心要訣與進階之路

PCA圖不僅能展示樣本聚類，還能通過顏色、形狀區(qū)分不同實驗組，助力發(fā)現(xiàn)潛在離群樣本或批次效應(yīng)，是表達數(shù)據(jù)分析的必備技能！如想學(xué)習(xí)更多生信分析技能，請登錄百邁客生物云課堂知識庫，在線學(xué)習(xí)更多生信分析技巧。

該研究證明了部分腸道菌群與IgAN的之間的機制關(guān)系，為開發(fā)針對微生物群的食物干預(yù)措施改善IgAN提供科學(xué)依據(jù)。百邁客生物為該研究提供了全長16S?rRNA測序服務(wù)。

研究背景

IgA腎病（IgAN）是全球最常見的免疫介導(dǎo)的原發(fā)性腎小球疾病，每年每10萬成年人中至少有2.5例發(fā)病。具有顯著的終身進展至終末期腎?。‥SRD）的風(fēng)險，約20%-40%的IgAN患者會在10至20年內(nèi)進展至終末期腎病。因此迫切需要發(fā)現(xiàn)有效的治療靶點和新的干預(yù)策略。

一般來說，人類腸道中居住著數(shù)以萬億的細菌，這些細菌以膳食營養(yǎng)為燃料，可合成多種生物活性化合物。這些微生物代謝物進一步向體內(nèi)遠處的器官發(fā)出信號，使它們能夠與激素和免疫系統(tǒng)以及宿主的新陳代謝及其他功能相連接，腸道與宿主免疫系統(tǒng)之間復(fù)雜的相互作用影響著身體功能，這些功能將其與其他器官聯(lián)系起來，并導(dǎo)致它們之間形成“軸”。

慢性腎臟病通常是進行性且不可逆的，腸道微生物群作為環(huán)境與人類之間的橋梁，在慢性腎臟疾病的發(fā)生和進展中發(fā)揮著根本性作用。IgA?腎?。↖gAN）與腸道微生物群的平衡息息相關(guān)。然而，目前還不清楚腸道微生物群的變化是否會減弱IgAN或影響其進展。

研究結(jié)果

? IgAN引起腎損傷和腎功能下降

根據(jù)以上研究背景，作者首先確認了IgAN小鼠模型的成功建立。通過分析小鼠腎臟IgA免疫熒光染色，與對照組相比，IgAN組腎小球IgA（p?<?0.001）、C3（p?<?0.01）和IgG（p?<?0.001）沉積顯著增加。PAS染色顯示，IgAN組腎小球系膜細胞增生、系膜基質(zhì)增多及基底膜增厚。腎功能指標評估顯示，與對照組相比，IgAN組小鼠血尿素氮（BUN）（p?<?0.001）、尿酸（UA）（p?<?0.01）、血清肌酐（Scr）（p?<??0.01）、血白蛋白（BAL）（p?<?0.05）及尿蛋白/肌酐比值（ACR）（p?<??0.001）水平顯著增加，IgAN組腎功能顯著下降，這可能與腎臟結(jié)構(gòu)損傷有關(guān)。

? IgAN引起腸道菌群結(jié)構(gòu)紊亂和多樣性失衡

通過構(gòu)建IgAN動物模型，作者發(fā)現(xiàn)與對照組相比，IgAN組的α多樣性分析均顯著降低。此外，采用非加權(quán)組平均法聚類（UPGMA樹）分析、非度量多維尺度分析（NMDS）和主坐標分析（PCoA）進行相似性聚類分析。結(jié)果顯示，IgAN組與對照組表現(xiàn)出明顯的微生物聚類，兩組間存在清晰的分組，表明IgAN誘導(dǎo)了微生物群落的轉(zhuǎn)變。

為識別IgAN腸道微生物群的有效特征，作者進行了LEfSe（線性判別分析效應(yīng)大小)。發(fā)現(xiàn)在屬水平上，IgAN組中另枝菌屬（Alistipes）、鏈球菌屬（Streptococcus）、文肯菌屬（Rikenella）、埃希氏菌屬（Escherichia?Shigella）和乳酸桿菌（Lactobacillus）的豐度顯著增加。

相對應(yīng)的種水平豐度也發(fā)生了顯著的升高或降低，以上結(jié)果表明，IgAN誘導(dǎo)了腸道菌群結(jié)構(gòu)紊亂和多樣性失衡。

? IgAN引起腸道屏障損傷和腸道B細胞免疫失衡

隨后作者采用蘇木精-伊紅（H&E）染色法評估了各組治療小鼠的結(jié)腸完整性，以確定IgAN引起的腸道通透性變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：對照組小鼠的黏膜上皮完整，固有層內(nèi)腺體豐富且排列致密有序，肌層結(jié)構(gòu)清晰。與此同時，IgAN模型小鼠的腸道腺體結(jié)構(gòu)疏松，局部出現(xiàn)松散，肌層增厚，并伴有輕微的淋巴細胞浸潤。此外，通過對腸道通透性指標的評估發(fā)現(xiàn)，IgAN組小鼠血清中的二胺氧化酶（DAO）（p?<?0.001）、D-乳酸（D-LA）（p?<??0.01）和脂多糖（LPS）（p?<?0.01）水平顯著升高，尤其是在DAO水平上，這表明IgAN模型小鼠的腸道通透性增加。

通過評估B細胞活化因子和IgA水平，企圖闡明了IgAN的免疫失衡機制。結(jié)果顯示，與對照組相比，IgAN組小鼠的B細胞活化因子（BAFF）（p?<??0.001）和增殖誘導(dǎo)配體（APRIL）（p??<??0.001）水平顯著升高。IgA水平也異常升高（p?<?0.01），這表明B細胞過度活化導(dǎo)致IgA穩(wěn)態(tài)失衡。

總結(jié)來說，IgAN模型小鼠的腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致其腸道屏障完整性降低和B細胞IgA分泌失衡。

? COS可重塑IgAN小鼠模型的菌群失調(diào)

隨后，作者為探索調(diào)節(jié)IgAN的特定微生物群是否能改善疾病進展，應(yīng)用了COS對IgAN中失調(diào)的微生物群進行靶向調(diào)節(jié)。α多樣性比較結(jié)果顯示，經(jīng)不同劑量COS干預(yù)后，IgAN小鼠模型的腸道微生物群整體得到恢復(fù)。β多樣性分析（PCoA和PLS-DA）表明，與對照組相比，COS干預(yù)后的腸道微生物群表現(xiàn)出顯著改變，其結(jié)構(gòu)向?qū)φ战M方向轉(zhuǎn)變。

腸道微生物群組成分析顯示，不同劑量COS干預(yù)后富集的微生物群存在差異：COS-L組主要富集未分類的毛螺菌科（unclassified?Lachnospiraceae）、支原體屬（Anaeroplasma）、振蕩桿菌屬（Oscillibacter）、嗜木糖真桿菌群（Eubacterium?xylanophilum?group）和單球?qū)伲∕onoglobus）；而COS-H組主要富集未培養(yǎng)的擬桿菌目細菌（uncultured?Bacteroidales?bacterium）、理研菌屬（Rikenella）、臭味桿菌屬（Odoribacter）和乳酸桿菌屬（Lactobacillus）。

與此同時發(fā)現(xiàn)：COS-L（低劑量殼寡糖）和COS-H（高劑量殼寡糖）均有效抑制了IgAN模型中顯著增加的微生物豐度，由此，實現(xiàn)了對IgAN模型腸道微生物群的反向平衡調(diào)節(jié)。

? 靶向微生物調(diào)控減輕腸道屏障損傷，并且對IgA發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用

此外，作者進一步探討了調(diào)節(jié)特定微生物群落對腸道屏障和黏膜免疫的影響。結(jié)果顯示，COS干預(yù)組顯著改善了腸道通透性指標。對D-LA和LPS的改善效果呈劑量依賴性，其中COS-H組的改善效果最佳。陽性對照組也顯示出對IgAN模型引起的腸道損傷的改善。H&E染色還顯示，COS干預(yù)導(dǎo)致結(jié)腸結(jié)構(gòu)清晰完整，腸腺排列規(guī)則，趨于正?；?/p>

同時，COS干預(yù)緩解了IgAN模型中B細胞過度活化引起的IgA失衡。顯著降低了小鼠血清中BAFF（COS-L組，p?<??0.001；COS-H組，p?<?0.001）和APRIL（COS-L組，p?<?0.001；COS-H組，p?<?0.001）的水平。COS-H組的IgA水平顯著降低（p?<?0.05）?？偨Y(jié)來說，針對IgAN中特定微生物群落的靶向調(diào)節(jié)可抑制APRIL和BAFF的過表達，從而對IgA發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。

? IgAN患者糞菌移植會引起模型小鼠產(chǎn)生腎損傷

采用人類微生物群相關(guān)HMA-IgAN小鼠模型探討小鼠模型與人類微生物群的差異，并計劃驗證IgAN誘導(dǎo)的人體腸道微生物群演變對小鼠腎功能的影響。腎免疫熒光顯示，HMA-IgAN小鼠腎小球IgA（p?<?0.01）、C3（p?<?0.01）和IgG（p?<?0.001）沉積與IgAN模型小鼠觀察到的結(jié)果相似。PAS染色顯示，HMA-IgAN小鼠腎小球系膜細胞顯著增生伴炎性浸潤，與IgAN模型組相似。與HMA-HC組相比，HMA-IgAN小鼠表現(xiàn)出與IgAN模型相似的腎損傷，血尿素氮（BUN，p?<?0.05）、尿酸（UA，p?<??0.05）、血肌酐（Scr，p?<?0.001）和尿白蛋白/肌酐比（ACR，p?<?0.01）顯著升高。

這些結(jié)果表明，IgAN狀態(tài)下的腸道微生物群可誘導(dǎo)成功構(gòu)建IgAN小鼠模型，并導(dǎo)致宿主腎損傷，其損傷程度與IgAN小鼠模型觀察到的損傷相當。

? HMA-IgAN小鼠模型重現(xiàn)了腸道菌群失調(diào)

進一步分析發(fā)現(xiàn)：與HMA-HC組相比，HMA-IgAN組小鼠腸道微生物群的α多樣性顯著降低。β多樣性分析顯示，兩組的聚類之間存在明顯的分化。兩組的微生物群特征也存在顯著差異。在屬水平上，HMA-IgAN小鼠表現(xiàn)出擬桿菌屬（Bacteroides）、未培養(yǎng)的擬桿菌目細菌（uncultured?Bacteroidales?bacterium）、丹毒絲菌屬（Erysipelatoclostridium）和厭氧梭菌屬（Anaerofustis）的增加。相對應(yīng)的種水平豐度也發(fā)生了顯著的升高或降低，以上結(jié)果表明，HMA-IgAN小鼠模型可以誘導(dǎo)腸道微生物群多樣性（ACE、Shannon和Chao1指數(shù)）的紊亂以及微生物群落結(jié)構(gòu)的改變。

? COSF增加了HMA-IgAN小鼠模型腸道菌群多樣性，并且維持了腸道穩(wěn)態(tài)

最后，作者在IgA腎病（IgAN）小鼠模型中，進一步給予COS和COSF（殼寡糖制劑）進行干預(yù)。結(jié)果顯示，COS和COSF干預(yù)皆顯著增加了HMA-IgAN小鼠腸道微生物群的α多樣性指數(shù)，從而增加了腸道微生物群的豐富度。聚類結(jié)果顯示，HMA-IgAN組的樣本與對照組和干預(yù)組的樣本明顯分離，干預(yù)組樣本傾向于與對照組相似。采用LEfSe分析比較了HMA-HC組、HMA-IgAN組、COS干預(yù)組和COSF干預(yù)組之間的差異微生物群，并鑒定了各組的差異微生物群。在屬水平，COS可富集雙歧桿菌（Bifidobacterium）和羅斯氏菌（Roseburia）。COSF組富集的微生物群包括普氏菌（Alistipes）、未分類的振蕩螺菌科（Oscillospiraceae）、臭味桿菌（Odoribacter）、里肯氏菌（Rikenella）和未培養(yǎng)的瘤胃菌。

相對應(yīng)的種水平豐度也發(fā)生了顯著的升高或降低，結(jié)合前期介紹的IgAN模型組COS干預(yù)后的微生物變化，可得出結(jié)論：COS和COSF能夠平衡兩個模型中特定微生物群的失調(diào)。

? COSF可改善HMA-IgAN小鼠模型的腎功能修復(fù)

最后作者發(fā)現(xiàn)COS與COSF（殼寡糖制劑）皆顯著改善了HMA-IgAN小鼠模型的各項腎功能指標，顯著降低了UA（p?<?0.05）、Scr（p?<?0.01）、BUN（p?<?0.05）和ACR（p?<?0.001）水平。

腎小球PAS染色結(jié)果顯示，COS和COSF干預(yù)顯著降低了IgA（COS,?p?<??0.001;?COSF,?p?<?0.001）、C3（COS,?p?<?0.05;?COSF,?p?<?0.01）和IgG（COS,?p?<?0.01;?COSF,?p?<?0.01）的沉積，并對系膜細胞增殖和基質(zhì)擴張具有明顯的抑制作用，其中COSF組在腎小球系膜區(qū)增殖方面顯示出更顯著的改善。

總結(jié)來說，COSF干預(yù)可通過靶向調(diào)節(jié)HMA-IgAN小鼠模型內(nèi)的特定微生物群落來增強腎功能。

研究總結(jié)

該研究采用IgAN和人類微生物群相關(guān)模型來研究IgAN對腸道微生物群改變的影響以及腸道微生物群的可能會觸發(fā)?IgAN的機制。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)了殼聚糖?（COS）和COS制劑（COSF）具有微生物群靶向功能，可增強腸道屏障和腎功能的作用。這些結(jié)果表明，IgAN可導(dǎo)致α多樣性降低和腸道微生物群的結(jié)構(gòu)改變。同時，腸道也出現(xiàn)了B細胞免疫失衡和緊密連接蛋白水平降低（ZO-1和Occludin）。而COS/COSF可通過靶向調(diào)節(jié)富集腸道屏障和粘膜免疫相關(guān)微生物群來增強腸道ZO-1表達，減少B細胞活化因子（BAFF）和增殖誘導(dǎo)配體（APRIL）過表達，從而減少IgAN中的腎損傷。

總之，該研究證明了部分腸道菌群與IgAN的之間的機制關(guān)系，為開發(fā)針對微生物群的食物干預(yù)措施改善IgAN提供科學(xué)依據(jù)。

以上內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，侵刪

該研究為這一難題提供了全新解決方案：神經(jīng)肽SP（Substance?P）可通過重塑腸道菌群、促進菌群代謝物肌醇生成，同步改善DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎與焦慮樣行為。這項研究不僅首次闡明了“SP-腸道菌群-肌醇-海馬體信號通路”的完整調(diào)控鏈，更以多組學(xué)技術(shù)與嚴謹?shù)膭游飳嶒烌炞C其機制，為IBD合并精神障礙的治療開辟了新賽道。百邁客生物為該研究提供了非靶向代謝組和16S?rRNA測序服務(wù)。

研究背景

炎癥性腸?。↖BD）包含潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病，是一種慢性腸道炎癥疾病，患者焦慮發(fā)生率高達?30%、抑郁發(fā)生率達?25%，但腸道外的精神癥狀常被忽視。腸-腦軸介導(dǎo)腸道炎癥與精神癥狀的關(guān)聯(lián)，腸道微生物群及其代謝物通過腸?–?腦軸調(diào)控腦功能，但硫酸葡聚糖鈉（DSS）誘導(dǎo)的腸道菌群變化如何影響情緒相關(guān)中樞系統(tǒng)尚不明確。

神經(jīng)肽P物質(zhì)（SP）在腸-腦軸各層面均有表達，已被證實具有抗炎、神經(jīng)保護作用，且能改善DSS誘導(dǎo)的急性結(jié)腸炎，但SP是否通過腸道微生物群調(diào)控腸道屏障功能和中樞神經(jīng)系統(tǒng)以改善焦慮樣癥狀，尚未明確。

研究結(jié)果

SP改善DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎癥狀

該研究采用DSS處理成功誘導(dǎo)出結(jié)腸炎小鼠模型。為評估SP在結(jié)腸炎發(fā)病機制中的作用通過靜脈注射SP干預(yù)，從“腸道病理-腸道屏障-炎癥因子-行為學(xué)”?多維度驗證SP的保護作用。

SP處理顯著降低疾病活動指數(shù)（DAI），減輕體重下降，恢復(fù)結(jié)腸長度，降低脾臟?/?體重比。HE染色顯示，SP處理組結(jié)腸黏膜上皮完整、隱窩結(jié)構(gòu)正常，黏膜下層無明顯水腫和炎癥細胞浸潤，組織學(xué)評分顯著低于DSS組；透射電鏡觀察到SP修復(fù)DSS導(dǎo)致的腸上皮細胞間隙增寬、微絨毛縮短卷曲。腸道屏障功能修復(fù)AB-PAS染色顯示SP緩解DSS誘導(dǎo)的杯狀細胞減少；免疫熒光證實SP上調(diào)腸道黏液屏障關(guān)鍵成分MUC-2的表達；FITC-葡聚糖檢測表明SP降低腸道通透性，減少外來物質(zhì)滲漏。Luminex檢測顯示，SP顯著降低結(jié)腸組織中TNF-α、IL-1β、IL-6、IFN-γ等促炎因子水平，且SP單獨處理組無明顯異常癥狀。

DSS撤藥后腸道炎癥消退，SP仍能改善殘留焦慮樣行為，表明其對腸腦軸的調(diào)控不依賴腸道炎癥緩解，具有獨立性。

圖1 SP改善DSS誘導(dǎo)小鼠的結(jié)腸炎癥狀及焦慮樣行為

SP可減輕DSS誘導(dǎo)小鼠的海馬損傷及神經(jīng)炎癥

海馬損傷可影響情緒調(diào)節(jié)中樞的功能，進而導(dǎo)致抑郁和焦慮等精神障礙。通過組織學(xué)染色、細胞標記與細胞因子檢測，探究SPSP在減輕神經(jīng)炎癥中的作用。

SP顯著減輕DSS誘導(dǎo)的海馬體神經(jīng)元丟失、核固縮、尼氏小體減少等病理損傷，維持神經(jīng)元形態(tài)完整。檢測了海馬組織中炎癥介質(zhì)的濃度，結(jié)果顯示，SP顯著降低了DSS處理小鼠海馬中IL-1β、?TNF?-α、IL-9、?IFN?-γ、IL-13、IL-6、G-CSF、GM-CSF、?MIP?-1β和IL-12P70的水平，但提高了IL-4、IL-5和IL-10的水平，結(jié)果表明，SP通過調(diào)節(jié)促炎細胞因子與抗炎因子之間的平衡，減輕了DSS誘導(dǎo)的海馬神經(jīng)炎癥。

為探究SP對小膠質(zhì)細胞/星形膠質(zhì)細胞的影響，統(tǒng)計了各組海馬區(qū)這兩種細胞的數(shù)量。發(fā)現(xiàn)SP減少DSS誘導(dǎo)的Iba-1陽性小膠質(zhì)細胞數(shù)量（抑制小膠質(zhì)細胞活化），增加GFAP陽性星形膠質(zhì)細胞數(shù)量（防止星形膠質(zhì)細胞丟失）；Western?blot證實SP降低M1型小膠質(zhì)細胞標志物iNOS的表達，上調(diào)星形膠質(zhì)細胞標志物GFAP的表達。合理推斷，SP通過減輕結(jié)腸炎小鼠海馬區(qū)的病理損傷和神經(jīng)炎癥，改善了其焦慮樣行為，這可能與抑制小膠質(zhì)細胞向M1表型極化及防止星形膠質(zhì)細胞丟失有關(guān)。

圖2 SP減輕DSS誘導(dǎo)小鼠的海馬損傷及神經(jīng)炎癥反應(yīng)

SP改善DSS誘導(dǎo)小鼠腸道菌群失調(diào)并改變微生物組功能

探究SP是否通過腸道菌群發(fā)揮作用，通過16S?rRNA測序分析SP對DSS誘導(dǎo)菌群失調(diào)的調(diào)控作用，結(jié)合PICRUSt2預(yù)測菌群代謝功能。

與DSS誘導(dǎo)組相比，SP對腸道菌群豐富度和多樣性均未產(chǎn)生顯著影響，PCoA分析顯示CON組、DSS組和DSS+SP組之間存在顯著差異，表明細菌群落結(jié)構(gòu)存在顯著差異。在門水平，SP?顯著提高厚壁菌門（Firmicutes）相對豐度，降低擬桿菌門（Bacteroidetes）和變形菌門（Proteobacteria）豐度。在科水平，SP?增加毛螺菌科（Lachnospiraceae）、鼠桿菌科（Muribaculaceae）豐度，降低擬桿菌科（Bacteroidaceae）、腸桿菌科（Enterobacteriaceae）豐度。在屬水平，DSS+SP組中擬桿菌屬（Bacteroides）和擬桿菌亞屬（Alistipes）的相對豐度降低，而unclassified_Lachnospiraceae、unclassified_Muribaculaceae和?Lachnospiraceae_NK4A136_group的相對豐度上調(diào)。PICRUSt2預(yù)測顯示，SP顯著激活肌醇磷酸代謝、膽汁分泌、NOD?樣受體信號通路等功能模塊，抑制戊糖磷酸途徑、生物膜形成等DSS誘導(dǎo)的異常功能模塊。

圖3 SP可改善DSS誘導(dǎo)小鼠的腸道菌群失調(diào)并改變微生物組功能

SP通過調(diào)節(jié)腸道菌群預(yù)防DSS誘導(dǎo)的腸道損傷及焦慮樣障礙

為驗證腸道菌群是否為SP發(fā)揮作用的必需環(huán)節(jié)，進行了抗生素耗竭實驗驗證。ABX處理14天成功構(gòu)建偽無菌小鼠模型后，SP對DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎癥狀（DAI、體重、結(jié)腸長度、腸道結(jié)構(gòu)）和焦慮樣行為的改善作用顯著減弱，表明SP的保護作用依賴腸道菌群。

同時進行了糞便微生物移植（FMT）實驗驗證，F(xiàn)MT-DSS+SP組表現(xiàn)出更輕的體重下降、更低的DAI、緩解結(jié)腸縮短以及降低的脾臟/體重比，腸道黏膜損傷減輕，杯狀細胞數(shù)量增加，TNF-α、IL-6等促炎因子水平降低，MPO活性減弱。FMT-DSS+SP組小鼠海馬神經(jīng)元損傷也得到了緩解，促炎因子（TNF-α、IL-1β）mRNA表達降低，抗炎因子IL-4表達升高，小膠質(zhì)細胞M1表型（iNOS、CD80）表達降低，M2表型（CD206）表達升高，星形膠質(zhì)細胞GFAP表達上調(diào)。此外腸道菌群結(jié)構(gòu)也與FMT-DSS組存在顯著差異，厚壁菌門、未分類鼠桿菌科等有益菌群豐度升高，擬桿菌屬等有害菌群豐度降低。

直接證實SP的保護作用依賴腸道菌群，排除SP直接穿過血腦屏障發(fā)揮作用的可能，明確菌群是SP調(diào)控腸腦軸的核心“中間人”。

圖4 SP以腸道微生物群依賴性方式預(yù)防DSS誘導(dǎo)的腸道損傷及焦慮樣障礙

圖5 FMT實驗表明SP通過調(diào)節(jié)腸道菌群減輕了DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎和焦慮樣行為

SP通過調(diào)控腸道菌群影響海馬基因表達，涉及NF-κB和GABAergic/Ca2?信號通路

通過轉(zhuǎn)錄組測序分析FMT處理小鼠海馬體的差異表達基因，結(jié)合WB、免疫熒光染色，明確SP調(diào)控菌群后對腦內(nèi)信號通路的影響。

RNA-seq顯示，F(xiàn)MT-DSS與FMT-CON組存在436個差異表達基因（DEGs），F(xiàn)MT-DSS+SP組與FMT-DSS組存在387個DEGs，其中158個基因為共同調(diào)控基因。KEGG分析顯示DSS組NF-κB通路激活，而SP通過菌群抑制其激活。qRT-PCR和Western?blot證實，SP降低海馬組織中IKBα、p65?的mRNA表達及p-p65、p-IKBα的蛋白表達；免疫熒光顯示SP減少小膠質(zhì)細胞中p-IKBα陽性信號，抑制小膠質(zhì)細胞NF-κB通路激活。KEGG分析顯示SP激活神經(jīng)活性配體-受體相互作用和Ca2?信號通路。qRT-PCR顯示SP上調(diào)海馬組織中Gabra1、Gabra3、Gabrb2、Camk2d等基因表達；Western?blot證實SP增加GABA_A?Rα1、GABA_B?R2、GAD65（GABA?合成關(guān)鍵酶）和CaMKII（鈣濃度傳感器）的蛋白表達。

免疫熒光顯示SP增強星形膠質(zhì)細胞中GABA_A?Rα1和CaMKII的陽性表達；流式分選細胞RNA-seq顯示，SP抑制小膠質(zhì)細胞中NF-κB通路相關(guān)基因富集，促進星形膠質(zhì)細胞中GABA能突觸和鈣信號通路相關(guān)基因富集。

圖6 SP通過調(diào)節(jié)腸道微生物組影響海馬基因的表達

SP增強腸道微生物源性代謝物肌醇的富集

腸道菌群通過代謝物介導(dǎo)腸腦軸溝通，采用非靶向代謝組學(xué)分析DSS、DSS+SP、CON三組小鼠的結(jié)腸內(nèi)容物代謝譜，篩選SP調(diào)控的關(guān)鍵代謝物。

PLS-DA分析顯示，三組代謝譜存在顯著分離，DSS+SP組代謝表型更接近CON?組，表明SP可逆轉(zhuǎn)?DSS?誘導(dǎo)的代謝紊亂。共鑒定出395個差異代謝物，其中肌醇（inositol）是SP干預(yù)后升高最顯著的代謝物之一，且富集于肌醇磷酸代謝、半乳糖代謝等通路。

Spearman相關(guān)性分析顯示，肌醇水平與有益菌群呈正相關(guān)，與結(jié)腸炎嚴重程度呈負相關(guān)，提示肌醇可能是菌群介導(dǎo)?SP?保護作用的關(guān)鍵?“信使分子”。

圖7 SP可增強腸道微生物群源代謝物肌醇的富集

肌醇給藥可改善DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎及焦慮樣障礙

通過飲水給予DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠2%肌醇干預(yù)，驗證肌醇是否能單獨模擬SP的雙向保護作用。

肌醇顯著抑制DSS誘導(dǎo)的體重丟失和DAI升高，恢復(fù)結(jié)腸長度，修復(fù)腸道上皮損傷，上調(diào)E-cadherin，降低結(jié)腸組織中IL-1β、IL-6、TNF-α的mRNA表達。肌醇處理組在開放場試驗中移動距離、中央?yún)^(qū)域活動增加，在高架十字迷宮中開放臂停留時間和進入次數(shù)增加，焦慮樣行為緩解。肌醇緩解?DSS?誘導(dǎo)的海馬神經(jīng)元核固縮和尼氏小體丟失，降低海馬組織中促炎因子（IL-6、IL-1β、TNF-α）mRNA?表達，升高抗炎因子IL-10表達；減少Iba-1陽性小膠質(zhì)細胞數(shù)量，促進GABA合成與受體表達，增加星形膠質(zhì)細胞及GAT1免疫陽性表達。而單獨補充肌醇組與對照組（CON）相比，未觀察到明顯的腸道病理學(xué)和行為學(xué)改變。綜上，這些數(shù)據(jù)表明肌醇可能是SP發(fā)揮有益效應(yīng)的關(guān)鍵候選代謝物。

圖8 腸道代謝物肌醇介導(dǎo)SP對DSS誘導(dǎo)小鼠結(jié)腸炎及焦慮行為的保護作用

肌醇在SP對DSS誘導(dǎo)小鼠焦慮樣行為的作用中發(fā)揮關(guān)鍵作用

用肌醇合成抑制劑L-690330干預(yù)，驗證肌醇是否為SP發(fā)揮作用的必需分子；同時通過體外細胞實驗，驗證肌醇對小膠質(zhì)細胞與星形膠質(zhì)細胞的直接調(diào)控作用。

L-690330處理后，SP對DSS小鼠的抗焦慮作用及海馬體保護效應(yīng)被顯著逆轉(zhuǎn)。肌醇水平升高：FMT-DSS+SP組小鼠海馬體與血清中肌醇濃度顯著高于FMT-DSS組，證實菌群衍生的肌醇可進入血液循環(huán)并作用于大腦。體外細胞驗證：①?小膠質(zhì)細胞（BV-2）：100μM肌醇可顯著降低LPS誘導(dǎo)的TNF-α、IL-1β、IL-6?等促炎因子表達，無細胞毒性；②?星形膠質(zhì)細胞（C8D1A）：肌醇可逆轉(zhuǎn)LPS誘導(dǎo)的GABA受體及CaMKII蛋白表達下調(diào)，激活GABAergic/Ca2?信號通路。

明確肌醇在SP調(diào)控通路中的“不可替代”地位，同時證實肌醇可直接調(diào)控神經(jīng)細胞功能，完善“菌群代謝物?–?腦”的調(diào)控鏈條。

圖9 肌醇在SP對DSS誘導(dǎo)小鼠焦慮樣行為的作用中發(fā)揮關(guān)鍵作用

研究總結(jié)

SP通過調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)，促進有益菌群產(chǎn)生肌醇；肌醇進入循環(huán)后作用于海馬體，一方面抑制小膠質(zhì)細胞NF-κB促炎通路，減輕神經(jīng)炎癥；另一方面激活星形膠質(zhì)細胞GABAergic/Ca2?信號通路，增強抗焦慮神經(jīng)傳導(dǎo)；最終實現(xiàn)對結(jié)腸炎的腸道保護與焦慮樣行為的神經(jīng)調(diào)節(jié)，形成“SP-腸道菌群-肌醇-海馬體”的完整調(diào)控軸。

該研究通過創(chuàng)新的數(shù)據(jù)整合方法，將深度單細胞RNA測序數(shù)據(jù)與空間基因表達數(shù)據(jù)相結(jié)合，首次實現(xiàn)了在大麥組織中以細胞分辨率解析超過40,000個基因的表達圖譜。該研究揭示了大麥從分生組織及器官起始細胞命運決定到特定花器官起始過程中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄事件與時空軌跡，闡明了大麥花序和花器官發(fā)育的遺傳調(diào)控基礎(chǔ)，為未來精準定向改良大麥農(nóng)藝性狀提供了全新的研究工具和理論基礎(chǔ)，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。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

禾本科植物的花序是復(fù)合結(jié)構(gòu)，包含一系列作為干細胞巢的分生組織。這些分生組織在身份和壽命上各不相同，產(chǎn)生分支或分裂形成最終產(chǎn)生種子的花分生組織。在分生組織內(nèi)部，特定的細胞類型由位置信息和基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域性活性所決定。然而，目前的技術(shù)難以獲取基因表達譜的精確時空信息，從而限制了對這些局部微環(huán)境及復(fù)雜發(fā)育過程的理解。盡管已有一些單細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)可用于禾本科物種，但要推斷復(fù)雜組織內(nèi)細胞的起源和命運，仍需依賴已知標記基因的表達譜進行間接推測。

研究結(jié)果

深度單細胞RNA測序數(shù)據(jù)

本研究首先通過深度單細胞RNA測序（scRNA-seq）技術(shù)，分析了參考品種“Golden?Promise”在特定發(fā)育階段的營養(yǎng)莖尖分生組織和幼穗細胞，獲得了超過16,000個高質(zhì)量單細胞的轉(zhuǎn)錄組信息，出于實驗設(shè)計嚴謹?shù)目紤]，通過比較完整組織和原生質(zhì)體組織的bulk?RNA-seq數(shù)據(jù)去除了原生質(zhì)體分離過程中誘導(dǎo)產(chǎn)生的差異基因，并鑒定出代表維管束、原套、內(nèi)體層和分裂細胞等不同譜系的細胞集群。

圖1. 大麥發(fā)育尖端的器官形成

空間基因表達數(shù)據(jù)

然后，研究進一步通過高分辨率多重單分子RNA熒光原位雜交技術(shù)，在組織切片上以納米級精度定位和定量了86個已知或預(yù)測標記基因的表達，并構(gòu)建了空間表達矩陣。最終，研究者開發(fā)了一種定制化的數(shù)據(jù)插補方法，將空間有限的smRNA-FISH數(shù)據(jù)作為錨點，與全面的scRNA-seq數(shù)據(jù)集進行整合，成功地預(yù)測了組織切片上所有48,904個大麥基因在每個細胞中的表達水平，并構(gòu)建了用戶友好的在線圖譜BARVISTA。這一系列工作說明，整合單細胞與空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)能夠以前所未有的時空分辨率重建大麥分生組織發(fā)育的動態(tài)基因表達圖譜。

圖2. 植物SAM中原基形成和分生組織結(jié)構(gòu)的模型，以及發(fā)育中的花序示意圖

研究總結(jié)

該研究的核心意義在于成功開發(fā)并驗證了一種可靠的數(shù)據(jù)整合與插補策略，彌補了當前空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)通量有限和單細胞測序缺乏空間信息的鴻溝。所構(gòu)建的BARVISTA在線數(shù)據(jù)庫和虛擬顯微切割工具，使研究人員能夠直觀地探索大麥發(fā)育過程中的基因表達模式，并精準解析特定細胞群體的表達特征。這項成果不僅為深入理解植物分生組織維持、器官起始和花發(fā)育的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了強大框架，也為分子層面精準表征復(fù)雜突變體表型、鑒定關(guān)鍵調(diào)控因子開辟了新途徑。

以上內(nèi)容來源于iPlants，侵刪

該研究通過田間試驗結(jié)合宏基因組、理化分析及結(jié)構(gòu)方程模型，系統(tǒng)解析了?“稻?–?川芎輪作”?模式降低川芎鎘積累、提升活性成分的分子與微生態(tài)機制，為道地中藥材安全優(yōu)質(zhì)種植提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐與理論依據(jù)。百邁客生物為該研究提供了宏基因組測序服務(wù)。

研究背景

川芎，作為活血行氣、祛風(fēng)止痛的經(jīng)典中藥材，在中醫(yī)臨床及現(xiàn)代中成藥制劑中應(yīng)用廣泛。然而，隨著土壤環(huán)境污染問題日益顯著，川芎中鎘元素含量超標現(xiàn)象屢見不鮮，不僅嚴重影響藥材質(zhì)量與臨床用藥安全，也制約了川芎產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在植物降鎘領(lǐng)域，現(xiàn)有研究多集中于施用改良劑、篩選低積累品種或利用植物修復(fù)等。探尋一種既能有效阻控鎘吸收，又能兼顧藥材產(chǎn)量、品質(zhì)與種植效益的農(nóng)藝措施，成為產(chǎn)業(yè)與科研共同關(guān)注的焦點。

對此，國錦琳教授團隊率先將研究視角聚焦于川芎道地產(chǎn)區(qū)廣泛沿用的水稻-川芎輪作（Rice-Chuanxiong?rotation,?RC）模式與傳統(tǒng)種植模式的差異，深入探究這一差異化種植方式背后的生態(tài)效應(yīng)及其應(yīng)用價值。

研究結(jié)果

該研究采用多學(xué)科整合方法開展系統(tǒng)性探究：首先在四川鎘污染農(nóng)田設(shè)置?“稻?–?川芎輪作（RC）”?與?“川芎連作（CC）”?對照試驗，追蹤川芎全生育期生長指標；隨后通過HPLC測定活性成分、ICP-MS分析鎘含量、宏基因組解析根際微生物群落；結(jié)合土壤理化性質(zhì)檢測、酶活性分析，最終利用PLS-SEM模型構(gòu)建?“微生物?–?功能?–?土壤性質(zhì)?–?鎘積累”?調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。研究發(fā)現(xiàn)：

• 輪作顯著提升川芎品質(zhì)與安全性，使川芎根莖鎘含量降低46%（遠低于藥典?1mg/kg?限值），活性成分藁本內(nèi)酯A含量提升44%，且不影響根莖產(chǎn)量；
• 根際微環(huán)境重塑是關(guān)鍵，輪作顯著富Geobacter、Nitrospira等7個功能屬，增強碳氮代謝等29條通路；
• 土壤理化性質(zhì)介導(dǎo)降鎘，輪作使土壤pH提升6%-16%、有機質(zhì)增加?13%-48%，通過吸附與絡(luò)合作用抑制鎘吸收；
• 調(diào)控機制明確，PLS-SEM模型證實，輪作通過招募特定微生物→強化碳氮代謝→提升土壤pH與有機質(zhì)→最終降低鎘積累，該路徑擬合度?0.6957；
• 輪作雖未降低土壤有效態(tài)鎘，但通過改變微生物功能與土壤性質(zhì)阻斷鎘向植株轉(zhuǎn)運；
• 根際微生物多樣性在收獲期顯著高于連作，且脫氫酶、蔗糖酶等關(guān)鍵酶活性提升?541%-143%，進一步佐證土壤健康改善；
• 輪作還降低了連作中富集的致病與促鎘積累微生物（如Ralstonia、Burkholderia），減少土傳病害風(fēng)險。

研究總結(jié)

該研究首次揭示了稻芎輪作（RC輪作）模式在降低川芎鎘富集方面的成效與核心機理。此模式不僅能大幅降低川芎的鎘含量，還能在保障川芎總產(chǎn)量的同時，顯著推動其有效成分的積累，達成“控鎘、增產(chǎn)、提質(zhì)”的三重目標。研究闡明其核心優(yōu)勢機制：稻芎輪作通過重構(gòu)根際微生物群落，富集碳氮代謝相關(guān)的有益功能微生物，進而提升土壤pH值與有機質(zhì)含量，觸發(fā)了“根際微生物→微生物功能→土壤性質(zhì)→植物鎘積累”的級聯(lián)調(diào)控效應(yīng)，從源頭阻斷了鎘元素向川芎植株的遷移與富集。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，稻芎輪作模式無需額外投入化學(xué)材料、不產(chǎn)生環(huán)境副作用、易于在產(chǎn)區(qū)集成推廣，是一種環(huán)境友好、經(jīng)濟可行且效益顯著的生態(tài)農(nóng)藝解決方案。該研究成果的發(fā)表，標志著在解決中藥材重金屬超標問題上取得了重要進展，為川芎乃至其他根莖類中藥材的綠色、安全、規(guī)范化生產(chǎn)提供了堅實的科學(xué)依據(jù)和極具前景的實踐模式，對保障中藥材質(zhì)量安全、促進產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展、保護耕地生態(tài)具有重要現(xiàn)實意義。

以上內(nèi)容來源于成都中醫(yī)藥大學(xué)，侵刪

該研究系統(tǒng)繪制了陸地棉進化路線圖，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、消費國、進口國和紡織品服裝出口國，棉花產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位舉足輕重。

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，同時人工選擇促進了稀有有利變異的保留與積累，研究結(jié)果為突破當前品種同質(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?，團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。基于存在/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，且在育種進程中抗性持續(xù)增強，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，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，過表達該基因可促進種子發(fā)育。研究還揭示PAV區(qū)域內(nèi)部基因整體表達偏低，但部分特有基因（如遠緣雜交材料中的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)變異精細圖譜，發(fā)展“打破不利連鎖、實現(xiàn)精準編輯”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，團隊成功重構(gòu)了陸地棉從尤卡坦半島起源到危地馬拉擴散再到全球傳播的三階段馴化與傳播路徑。同時，研究還強調(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，研究團隊提出結(jié)合結(jié)構(gòu)變異精細圖譜發(fā)展“打破不利連鎖、實現(xiàn)精準編輯”的新策略，以充分釋放倒位所攜帶的育種潛力。

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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。在細胞分裂形成配子（如花粉和卵細胞）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，被認為是調(diào)控重組的關(guān)鍵因素之一，但其具體機制仍充滿謎團。

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左右達到峰值，達到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強負相關(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。

MITEs與CO直接重疊的比例（Fig.4d）：隨機選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尤其在雌性中進一步加強這種偏好。

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≈重組熱點的標志；LTR?retrotransposons≈穩(wěn)定冷點骨架。mop1通過調(diào)控MITEs，精細地改寫了部分熱點，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與隨機區(qū)相當，而在mop1中顯著降低。也就是mop1主要在CO區(qū)進一步清空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活性標記最高；完全沒有DMR/CO的MITEs這些標記最低。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、基因表達和CO干涉：ASY4下調(diào)，但干涉基本不變

RNA-seq：減數(shù)基因表達變化

• 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——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：mop1還伴隨軸蛋白ASY4下調(diào)，可能進一步改變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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