基因工程

CRISPR-Cpf1结合crRNA的复合物晶体结构

哈尔滨工业大学生命科学与技术学院黄志伟研究团队揭示了CRISPR-Cpf1识别CRISPR RNA（crRNA）以及Cpf1剪切pre-crRNA成熟的分子机制，相关结果发表在《自然》杂志上。CRISPR-Cas系统是细菌编码的适应性免疫系统，该系统通过RNA引导的效应蛋白剪切病毒的DNA或者RNA从而抵抗病毒的感染。该系统之一的CRISPR-Cas9系统被用来作为可编程的基因编辑工具用于细胞内目的DNA的剪切、表达、修饰、突变。该研究解析了crRNA的Cpf1复合物的晶体结构，进一步认识细菌如何通过CRISPR系统抵抗病毒入侵的分子机理；而且为成功改造Cpf1系统，使之成为特异的、高效的全新基因编辑系统提供了结构基础。

基因密码子表的内在规律

中科院北京基因组研究所基因组科学与信息重点实验室胡松年组客座研究员陈卫华与多国科学家合作，对“能量节省”压力下基因组的演化情况进行了系统研究，研究论文发表于《自然-通讯》。研究表明，在ns位点上，由于得到的mRNA便宜，转录倾向于使用便宜的核酸，而因为得到的氨基酸便宜，翻译倾向于使用贵的核酸。由于氨基酸的平均价格更高，ns位点总体上倾向于使用贵的核酸。由于转录和翻译是选择的两大助力，这种趋势随编码基因的表达丰度而更为显著。文章进一步从进化生物学角度解释了为什么低GC%的物种基因组往往较小，而高GC%物种的基因组可以较大。

基因组编辑新技术

河北科技大学生物科学与工程学院青年教师韩春雨副教授找到了对基因组位点编辑范围更广的基因编辑工具，研究论文发表于《自然-生物技术》。该工具完全不同于以RNA为向导的CRISPR/Cas9基因编辑技术。这种从古细菌来源的Argonaute，利用短链DNA作向导，真正实现了对基因组的任意位置进行切割，将基因编辑的可能性推入了更广泛的境地。该项技术的优势包括向导设计制作简便；可编辑基因组内任何位置；由于向导核酸是DNA而非RNA，因此避免了RNA易于形成复杂的二级结构而带来的失效或者脱靶效应；对游离于细胞核的DNA具有更高的切割效率。

乙肝病毒共价闭合环状DNA

中科院深圳先进技术研究院医药所陈志英团队成功用微环DNA技术生产出乙肝病毒共价闭合环状DNA（cccDNA），为开发根治慢性乙肝病毒感染的治疗药物提供了重要条件，相关成果发表于《科学报告》。cccDNA是乙肝病毒复制的模板，其在肝细胞核内持续、稳定的存在被认为是乙肝病毒感染慢性化及抗病毒治疗停止后复发的最重要因素。彻底清除残余的cccDNA是治愈慢乙肝病毒感染的关键。利用微环DNA技术在常规实验室环境中生产出了毫克级别的重组cccDNA。该重组cccDNA无论在结构还是功能均跟野生型cccDNA非常接近：重组cccDNA能介导病毒基因组复制、病毒基因表达，并能产生完整的感染性病毒颗粒。

LbCpf1–crRNA复合体结构

不同物种Cpf1蛋白序列比对

单细胞尺度解析造血干细胞起源

北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心汤富酬研究组和军事医学科学院附属医院（解放军307医院）刘兵研究组、中国医学科学院天津血液病医院（血液学研究所）袁卫平研究组合作，在单细胞分辨率解析造血干细胞的形成过程。在功能和基因表达方面、在单细胞水平上研究了小鼠造血干细胞形成和特化过程中的关键特征；相关结果发表在《自然》杂志。造血干细胞（hematopoietic stem cell，HSC）是包括人类在内的哺乳动物体内所有血液细胞的干细胞，在合适的条件下只要造血干细胞的一个单细胞就可以在体内产生所有类型的血液细胞，因而对哺乳动物血液系统功能的长期维持和稳定起关键作用。精确地分离单个具有功能的干细胞是开展后续一系列研究的前提条件。

选择性剪切对拟南芥蛋白质多样性贡献

中科院遗传与发育生物学研究所焦雨铃研究组在全基因组水平通过分析与核糖体结合的mRNA来研究翻译组的构成，并与总mRNA所代表的转录组进行了比较，研究成果发表于《分子植物》。选择性剪切是一种重要的调控机制，能够增加转录组和蛋白质组的多样性。该研究发现有35%的选择性剪切事件能够被翻译，并且其中大部分（81%）会导致蛋白质编码能力的多样化。同时，该研究发现一些弱翻译的选择性剪切mRNA可能通过无义介导的mRNA降解途径降解，非翻译的选择性剪切mRNA则不通过此途径降解。该研究报道了植物选择性剪切对蛋白质组多样性的贡献，并分析了植物与动物中可变剪切的区别。

倍半萜生物合成基因

中科院武汉植物园天然药物生物合成学科组章焰生研究团队，以湖北武汉和贵州遵义的苍耳为研究材料，分别建立了不同化学型苍耳叶片及苍耳腺毛（苍耳中倍半萜内酯合成和贮存的器官为表面的球状腺毛）的转录组数据库，通过比较转录组学研究，筛选并克隆了3条倍半萜合成途径上的倍半萜合酶基因（XsTPS1-3），并进行了功能分析，研究成果发表于《植物与细胞生理学》。倍半萜内酯是菊科植物的特征性成分和主要的药用成分，具有较强的抗肿瘤活性，且在抵抗微生物病菌、防治血吸虫和抗过敏活性方面具有较好的医用价值。该研究为运用合成生物学技术规模化合成特异倍半萜提供了必要的基因元件。

哺乳动物大脑snRNA和snoRNA表达图谱

中科院上海生命科学研究院计算生物学研究所Philipp Khaitovich研究组首次绘制了哺乳动物大脑snRNA和snoRNA表达图谱，发现哺乳动物大脑snRNA和snoRNA表达水平存在广泛差异，研究结果发表于《基因组学与进化》。利用高通量测序技术系统地测定了人、黑猩猩、恒河猴和小鼠大脑前额叶皮质组织中snRNA和snoRNA的表达量，发现snRNA和snoRNA在基因家族水平上非常保守，但是其中U1和SNORA29表达量在人脑中却发生了巨大变化。SNORA29 在人脑中表现为特异表达缺失，并且实验发现SNORA29在非人灵长类的神经元中特异表达，提示其在人脑认知功能形成中的潜在作用。同时，该研究发现二级结构稳定性是snoRNA表达调控的重要机制。

小鼠胚胎造血干细胞形成过程中单细胞分辨率的发育路径示意图

小鼠胚胎造血干细胞形成过程的单细胞转录组分析

冰河时代欧亚人群的遗传谱图

中科院古脊椎动物与古人类研究所在《自然》杂志发表“冰河时期的欧洲人群历史”论文，文章第一作者付巧妹研究员与美、德、意等国合作研究表明：早期现代人中尼安德特人的基因含量在很短的时间里下降1.5～3倍。在距今37000年～14000年间，欧洲人群具有很大的连续性，因此尼安德特人的基因含量在很短的时期内下降不能用不同人群混合稀释来解释；欧洲存在一个早期现代人的重要群体，他们对后期人群影响很大。该地区有些群体在其间消失。这些在不同时空分布的51个个体不仅揭示出各自本身和所在群体的遗传信息，还反映了不同人群的相互关系；末次冰期结束后的第一个强烈变暖事件对欧洲人群结构影响很大，那里的人群在距今14000年左右的冰期结束后与近东人群出现了很强的联系。

植物化石揭示中生代古大气二氧化碳浓度

中科院南京地质古生物研究所出站博士后、兰州大学副教授吴靖宇，与合作导师王永栋等，对采自甘肃东部华亭矿区上三叠统延长组以及中侏罗统延安组发现的两种似银杏化石Ginkgoites化石（包括G. magnifolius和G. obrutschewii）进行细致研究，依据气孔参数重建晚三叠世和中侏罗世的古大气CO2浓度分别为1962 ppmv和1320 ppmv。结合课题组前期研究成果指出，从晚三叠世至中侏罗世，古大气二氧化碳浓度大致呈先下降后升高的趋势，该研究成果发表于《古生物学杂志》杂志。银杏化石是恢复古大气CO2应用最为广泛的指示植物之一，该项研究对GEOCARB III 和Crustal Production模型进行校正和补充。

柱铲齿象

中科院古脊椎动物与古人类研究所研究人员发现临夏盆地的“保德四棱齿象”实际上也应该归入柱铲齿象，研究者为其建立了一个新种——粗壮柱铲齿象（Konobelodon robustus），这一最新研究成果发表在国际杂志《地学多样性》。该研究表明，甘肃省临夏盆地的粗壮柱铲齿象的时代比欧洲和美洲的种都要早，具有很多原始特征，因此是其它两个种的祖先类型。柱铲齿象和铲齿象相似的结构可能是独立起源的，并不能代表演化上的直接联系。柱铲齿象起源有两种可能性。其一，柱铲齿象与美洲的扁齿象是姐妹群的关系，它们共同起源于欧亚大陆的原互棱齿象；其二，柱铲齿象起源于欧亚大陆的四棱齿象。

最早大型复杂多细胞生物化石或是植物的先祖

中科院南京地质古生物研究所朱茂炎研究员课题组揭示了距今15.6亿年前，已有个体长达30厘米以上的大型多细胞生物化石群出现，它们或是植物的先祖，该研究成果发表于《自然-通讯》。此前研究表明，距今18-8亿年前的地球表层岩石圈、大气圈、水圈和生物圈维持在近乎不变的“稳定”状态，因而被学术界称为“枯燥的10亿年”。这一发现将地球上大型复杂多细胞生物的出现时间提前了近10亿年。生命大约自40亿年前在地球上出现以来，之后差不多30多亿年的演化过程被认为非常缓慢，直到距今6亿年前都一直以肉眼不可见的微型、简单的微生物形式存在。

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