内容速览
1.生命科学学院李剑峰课题组发现基因编辑可造成植物高频的缺失/倒置双等位变异
2.地球科学与工程学院钱加慧副教授团队从华北中部造山带变质作用角度揭示早前寒武纪碰撞造山带的典型特征
3.测绘科学与技术学院环境遥感团队王天星教授等在地表与大气层顶短波辐射多分量一体化遥感反演方面取得新进展
4.中山医学院信文君教授团队在神经病理性疼痛的表观调控机制研究中取得新进展
5.药学院冯敏教授课题组于精准调控巨噬细胞逆转肝衰竭研究中取得重要进展
6.附属第六医院生殖医学中心梁晓燕教授团队发现年龄相关卵母细胞老化的翻译图谱及翻译调控机制
（1）生命科学学院李剑峰课题组发现基因编辑可造成植物高频的缺失/倒置双等位变异
真核生物基因组中广泛存在大量在染色体上串联排列的同源基因，称为tandemly arrayed genes或TAG。TAG在拟南芥、水稻、小麦、杨树、玉米基因组中占比约14~35%，在人和小鼠中占比约14~17%。TAG的功能研究需要同时解决基因功能冗余和染色体连锁两大难题，而CRISPR技术为TAG的功能研究提供了完美的工具。理论上，仅需使用一对gRNA分别靶向TAG的头和尾两个基因，则可将整段携带TAG的染色体删除，从而实现TAG的功能缺失。但值得注意的是，近年来在动植物中陆续发现CRISPR技术在染色体上产生的多个DNA双链断裂（DSB）会诱发染色体的异常变异，如重排、倒置等等。
作者首先为了研究拟南芥基因组中编码PEP细胞因子前体（PROPEP）的典型TAG功能，设计了成对的gRNA对串联的多个PROPEP基因进行CRISPR/Cas9敲除，并通过传统三引物法鉴定纯合缺失突变体。然而，在对获得的“纯合缺失”突变体进行转录组分析时，作者意外发现位于TAG内部“已被删除”的PROPEP基因仍在表达。结合前述PCR结果与随后进行的TAIL-PCR和Sanger测序，最终发现一条染色体上的TAG已被删除，而另一条同源染色体上的TAG则在两个DSB位点之间发生了倒置，因而tier-2 PCR未能产生PCR条带，引起对基因型的误判。该突变体的子代中，缺失、倒置两种基因型的分离进一步确认了亲代的缺失/倒置双等位突变形式。基于deletion和inversion两个已有术语，该研究将此种新的双等位突变形式命名为delinver突变。
接下来，通过对拟南芥、水稻中多个不同的TAG进行成对gRNA介导的CRISPR/Cas9敲除，在近2650个转基因植株或愈伤组织中，共有31对gRNA成功产生大片段的TAG敲除，其中有27对gRNA能够造成delinver突变。Delinver突变的发生与TAG所在的染色体位置、删除片段的大小均无显著相关性，但总体上与该对gRNA所造成的TAG删除效率呈正相关性。此外，切割产生粘末端的CRISPR/Cpf1系统与切割产生平末端的CRISPR/Cas9系统一样，在植物原生质体细胞中也会诱导delinver突变。进一步，作者发现成对gRNA介导的CRISPR敲除在植物基因组的非TAG位点也会产生频率相似的delinver突变。这些结果表明，成对gRNA介导的CRISPR敲除在植物基因组上诱导delinver突变是一种普遍现象。为了防止delinver突变体被误判为纯合缺失突变体进而误导TAG的功能研究，作者建议在TAG敲除突变体的基因型PCR筛选时通过一对同向引物进行第三次（tier-3）PCR，其阴性或阳性PCR产物则可分别反映出该突变体是纯合缺失突变体还是delinver突变体。
以上研究成果以“Hidden prevalence of deletion-inversion bi-alleles in CRISPR-mediated deletions of tandemly arrayed genes in plants”为题发表于Nature Communications，生命科学学院博士生刘玖尔和副研究员王凤珠为该论文的共同第一作者，李剑峰教授为通讯作者。
来源：中山大学生命科学学院
https://mp.weixin.qq.com/s/2Qgdn11eBd0aSLWQ3q0HxQ
（2）地球科学与工程学院钱加慧副教授团队从华北中部造山带变质作用角度揭示早前寒武纪碰撞造山带的典型特征
碰撞造山带是汇聚型板块边界的重要构造单元，记录了丰富的地壳演化信息。在碰撞造山过程中，由于构造埋藏和热传导，加厚地壳的下部、中部和上部将分别经历麻粒岩相、角闪岩相和绿片岩相变质作用；碰撞过后，在重力均衡作用、地表剥蚀或其他构造因素作用下，不同地壳层次、不同变质级别的岩石被折返至更浅的位置，并可能沿着一定方向展布，形成递增变质序列。这样的递增变质序列在很多显生宙碰撞造山带都有发现，但目前关于早前寒武纪碰撞造山带的变质作用特征还缺乏详细的论述。厘清早前寒武纪碰撞造山带的变质样式和变质演化历史对揭示地球早期大陆碰撞造山过程具有重要意义。
华北克拉通是世界上最古老的克拉通之一，学者们提出了多种构造模型来解释它的形成和演化过程，其中最重要的进展之一就是从华北克拉通中部识别出一条陆-陆碰撞造山带，即中部造山带（TNCO）。该造山带内广泛出露不同变质级别的变质杂岩体，是解析早前寒武纪碰撞造山带变质作用特征的天然实验室。近年来，前人在中部造山带中部的恒山-五台-阜平地区识别出一系列由低级到高级的递增变质相带，结合年代学工作，建立了古元古代晚期缓慢（2.00-1.80 Ga）造山演化模型。这样的递增变质规律和造山演化过程是恒山-五台-阜平地区的专属，还是中部造山带的整体特征？其地质意义如何？需要通过中部造山带其他区域的变质作用工作来进一步确认。
研究结果表明：（1）吕梁地区西北部和东南部为高角闪岩相到麻粒岩相变质，局部可达超高温条件（Lu et al., 2022），而中部为绿片岩相到低角闪岩相变质，吕梁地区的整体变质级别呈现由中部向西北部和东南部增强的特征，与恒山-五台-阜平地区相似，这样的递增变质规律也存在于中部造山带赞皇-左权地区和太华地区；（2）中部造山带的变质样式呈现扇形展布的特征，即中低级变质岩石分布在造山带中间，高级变质岩石分布在造山带两侧；（3）中部造山带古元古代变质锆石年龄具有~1.95 Ga、~1.92 Ga和~1.85 Ga三个峰值，其中，~1.95 Ga对应岩石变质压力峰期阶段，~1.92 Ga和~1.85 Ga对应岩石冷却阶段。根据上述变质样式和P-T-t演化，该研究构建了中部造山带古元古代晚期的构造演化模型：（i）1.97-1.93（~1.95）Ga，华北克拉通东、西部陆块的主碰撞阶段，中部造山带加厚地壳峰期变质条件位于中压相系范围，变质级别由上地壳至下地壳逐渐增强；（ii）1.92-1.85（1.80）Ga，在地壳重力均衡作用、地表剥蚀或其他构造因素影响下，中-上地壳的变质岩石抬升到造山带的中部，下地壳的高级变质岩石在一些韧性剪切带的共同作用下折返至造山带的两侧，进而在水平空间上构成扇形递增变质序列，同时伴随部分碰撞后花岗岩和基性岩墙的侵位。此外，通过国内外实例的对比分析，该研究提出递增变质作用和漫长的P-T-t演化是早前寒武纪碰撞造山带的共同特征。
中部造山带古元古代晚期构造演化模式图
以上研究成果以“Characterising early Precambrian collisional orogens: A metamorphic perspective from the Lüliang Complex and the Trans-North China Orogen”为题发表在期刊Earth-Science Reviews，地球科学与工程学院卢成森博士研究生为第一作者，钱加慧副教授为通讯作者。
来源：中山大学地球科学与工程学院
https://mp.weixin.qq.com/s/saAUFTHUI517fNmrmOzfKA
（3）测绘科学与技术学院环境遥感团队王天星教授等在地表与大气层顶短波辐射多分量一体化遥感反演方面取得新进展
地球系统辐射收支与全球气候变化息息相关，其中地表和大气层顶（TOA）入射短波（太阳）辐射是地球系统一切生命活动的主要能量来源，直接影响全球能量交换、水循环及碳循环等，是大气运动的主要驱动力。如何利用遥感技术准确估算地表及TOA短波辐射分量一直是国际定量遥感领域关注的热点问题。然而，当前多数卫星计划和研究往往关注单一或少数几个辐射量的估算，反演的辐射产品物理一致性亟待提升，且直射、散射辐射等分量的估算精度不足。考虑地表多分量与大气层顶部（TOA）辐射的“偶合体”效应，亟需研发多分量、高精度的地球系统辐射收支参量一体化同步反演方法，为全球能量收支、气候变化等研究以及农业、生态、太阳能光伏发电预报等应用提供技术与数据支撑。
不同于单要素独立反演的思路，本研究提出了地表与TOA多辐射分量一体化反演算法，实现了包含直射、散射分量的地表短波下行辐射（SWDR）、光合有效辐射（PAR）、紫外辐射（UVA和UVB）以及TOA反照率共九个辐射分量的同步反演。一方面，研究充分挖掘可见光和短波红外的光谱信息，通过多波段查找表实现多辐射分量的同步一体化反演，有效弥补单一光谱波段在大气状态表征上的不足；另一方面，为了抑制反演中大气条件的多解性，研究通过模拟晴空和多云条件下的大气层顶辐亮度，采用大气自动聚类分区的方式减少大气条件误判带来的辐射估算偏差。
本算法的优势在于不依赖于云检测、云及气溶胶光学厚度等信息，仅需要输入太阳及卫星观测角度、高程、TOA辐亮度及地表反照率，即可实现多辐射分量的同步反演，减少了云和气溶胶等大气产品带来的误差。基于全球不同网络的地面观测数据验证，本研究估算的各辐射分量均表现较高的精度，与国际上已发布的辐射产品对比，精度相当甚至更优。更重要的是一体化算法反演的辐射分量具有更好的物理一致性。结合时间尺度扩展方法，依托该一体化辐射反演算法，团队正在研发三极地区（南极、北极、青藏高原）乃至全球尺度的时空连续短波辐射分量产品（小时均值、5km）。
MODIS/Terra真彩色合成影像及一体化反演的地表和TOA辐射分量（2020年6月4日5点15分）
以上研究成果以“All-sky surface and top-of-atmosphere shortwave radiation components estimation: Surface shortwave radiation, PAR, UV radiation, and TOA albedo”为题发表在Remote Sensing of Environment上，测绘科学与技术学院环境遥感团队博士研究生冷宛春为文章第一作者，王天星教授为文章通讯作者。
来源：中山大学测绘科学与技术学院
https://mp.weixin.qq.com/s/9ZRBh-9X9g5r9yt26_iv5w
（4）中山医学院信文君教授团队在神经病理性疼痛的表观调控机制研究中取得新进展
神经病理性疼痛影响了全球约7-10%的人口，对人们的生活质量造成重大影响，并严重妨害精神心理健康。由于常规镇痛药往往在提供有限的治疗效果的同时引起严重的毒副作用，神经性疼痛的临床管理一直面临重大挑战。为了开发新的治疗策略，了解疾病的基本病理生理机制至关重要。
多层次的表观调控修饰（包括DNA、RNA和蛋白质）是调节痛相关基因表达的重要机制。既往的研究主要集中在研究DNA甲基化和组蛋白修饰上。越来越多的证据表明，mRNA水平的修饰也可以在调节基因表达方面发挥长期作用。N4-乙酰胞嘧啶(ac4C)是一种古老且进化上保守的修饰，存在于从古细菌到人类的广泛RNA中。新近研究发现ac4C能够通过转录后机制调节mRNA翻译效率和稳定性，但其在神经性疼痛发生发展中起到的作用还尚未可知。
团队研究结果证实了mRNA的ac4C修饰参与神经损伤诱导的大鼠神经病理性疼痛进程。研究者通过生物信息学分析和acRIP验证，确定了Vegfa mRNA 3’UTR的特定位点在疼痛模型中表现出ac4C修饰水平的显著增加。通过整合多个Omics数据集（包括acRIP-seq、Ribo-seq和RNA-seq），发现Vegfa mRNA上的ac4C修饰可能通过影响翻译效率来调节下游VEGFA蛋白表达。进一步的在体和离体实验证明ac4C修饰调控翻译效率介导的VEGFA上调增强了脊髓中枢敏化，并随后导致机械性痛觉敏感和热痛觉敏感。这些结果为ac4C修饰参与调节靶分子翻译效率及其在神经性疼痛中的作用提供了直接证据。
以上研究成果以“Epigenetic modification of pain-related mRNA in the spinal dorsal horn following nerve injury: A role for ac4C”发表于Advanced Science期刊，中山医学院副教授徐婷、博士研究生王静为该论文的共同第一作者，中山医学院信文君教授为共同通讯作者。
来源：中山大学中山医学院
https://mp.weixin.qq.com/s/6id8m3eY_dqRkHmkQEk1Xg
（5）药学院冯敏教授课题组于精准调控巨噬细胞逆转肝衰竭研究中取得重要进展
病毒感染或药源性副作用是引发致命性肝衰竭的主要原因。目前肝移植是治疗非逆转性肝衰竭的有效方法，但供体肝脏短缺、错过移植最佳时期以及长期免疫抑制等不良反应极大地限制了肝移植的适用性。因此，寻求拯救肝衰竭、并长效保护肝功能的治疗方案具有重要意义。巨噬细胞在肝衰竭疾病进展中发挥着关键调节作用，适度巨噬细胞免疫反应有利于坏死细胞的清除和组织稳态的恢复，然而其过度反应则诱发炎症风暴，驱动暴发性肝衰竭导致多器官衰竭，死亡率高。靶向调节巨噬细胞抗炎功能并诱导其产生稳态记忆有望成为治疗肝衰竭疾病的高效且长效手段。
研究团队基于肝衰竭病理特征，设计了一款负载衣康酸的人工治疗细胞AI-Cells。AI-Cells模拟凋亡细胞的拓扑结构和细胞膜组成，成功实现了对肝巨噬细胞的精准捕获。并通过干扰NLRP3炎症小体的自组装调控肝巨噬细胞使其恢复稳态；同时诱导抗炎记忆样巨噬细胞产生，进而对急性肝衰竭和肝再损伤产生了良好的治疗作用。
为实现对肝巨噬细胞的精准识别和智能调控，研究团队将脂质双分子膜控技术与细胞仿生原理相结合，构建了高效捕获巨噬细胞的人工治疗细胞AI-Cells，其原理为：AI-Cells粒径大于肝窦内皮细胞窗口，导致其难以穿梭进入狄氏腔，避免了非靶细胞分布；AI-Cells膜嵌合磷脂酰丝氨酸，此“Eat me”信号增强巨噬细胞对其识别作用；AI-Cells独特的表面拓扑结构显著提升巨噬细胞吞噬作用。上述三重作用共同介导对肝巨噬细胞的精准识别和调控。
AI-Cells精准调控巨噬细胞逆转肝衰竭并预防肝再损伤的工作原理
以上研究成果以“Artificial cells delivering itaconic acid induce anti-inflammatory memory-like macrophages to reverse acute liver failure and prevent reinjury”为题发表于Cell Reports Medicine，药学院博士研究生尹娜为该论文的第一作者，硕士研究生张文君为第二作者，冯敏教授为共同通讯作者。
来源：中山大学药学院
https://www.sysu.edu.cn/info/2121/35422.htm
（6）附属第六医院生殖医学中心梁晓燕教授团队发现年龄相关卵母细胞老化的翻译图谱及翻译调控机制
随着全球女性生育年龄的推迟以及中国三孩政策的开放，女性生育老龄化已逐渐成为重要的公共卫生问题。一般来说，女性在35岁左右开始出现卵巢功能下降，主要表现为卵巢卵泡数量和卵母细胞质量下降。作为女性生殖细胞，成熟卵母细胞的数量和质量，是完成受精和胚胎发育的基础。随着年龄的增长，卵母细胞可能出现线粒体功能障碍、DNA修复障碍、表观遗传变化和代谢改变。与卵巢低储备相比，卵子质量降低是引起高龄女性生育力下降、产科并发症以及围产期风险增加的重要原因。附属第六医院生殖医学中心为响应国家生育政策以及改善高龄妇女的卵子质量和生育结局，使用单细胞转录组、翻译组和蛋白组等技术，绘制了年龄相关卵母细胞老化的多组学图谱，并对相关分子机制和潜在靶点进行了深入探讨，以期为有效改善高龄女性卵母细胞质量提供新策略。
在哺乳动物卵母细胞发育过程中，原始卵母细胞周期性快速生长，并积累了丰富的mRNA和蛋白质。与体细胞不同，处于生发囊泡(germinal vesicle, GV)阶段的卵母细胞转录停止，转录后修饰和RNA翻译的协调调节对于卵母细胞减数分裂成熟和早期胚胎发育至关重要。以前关于卵子老化的研究大多基于单细胞转录组学，并不能真实的反映卵子成熟过程中基因的翻译表达水平。为了绘制卵母细胞的翻译图谱，梁晓燕团队与清华大学医学院纪家葵课题组合作，开发了一种新的单细胞T&T-seq方法，可用于使用1至10个卵母细胞进行转录组和翻译组分析。在本研究中，课题组利用单细胞T&T-seq技术和蛋白组学技术描绘了小鼠和人类卵母细胞衰老的多组学图谱，并且比较了在RNA翻译调控方面的跨物种保守性和差异性。
研究团队使用新的单细胞双组学测序技术（T&T-seq）发现，在小鼠衰老过程中，卵母细胞中大多数基因的翻译效率显著降低，并且与M6A识别因子YTHDF3的表达下降相关。干预YTHDF3影响了卵母细胞中HELLS基因的翻译效率，进而抑制了卵母细胞成熟。此外，团队进一步分析了人类卵母细胞衰老过程中的翻译图谱，发现人与小鼠在翻译图谱和翻译调控过程中存在不同。虽然在人类和小鼠卵母细胞衰老过程都观察到减数分裂、DNA甲基化及RNA降解的调节因子相似的翻译变化，但是人类卵母细胞衰老过程中的翻译调控因为YTHDF3表达很低，因此并非由M6A介导，而与剪接因子SRSF6相关。这提示，在临床上改善生殖衰老，增加高龄卵母细胞的获取和改善高龄卵母细胞的质量，应该着手于人的研究，其中可变剪切调控可能是改善人卵母细胞老化的关键步骤。测序技术的更新为有限的人的样本提供了更多有力支持，将为我们进一步改善临床上老化卵母细胞的培养提供新的可能。
研究示意图
以上研究成果以“Multi‐Omics Analysis Reveals Translational Landscapes and Regulations in Mouse and Human Oocyte Aging”为题发表于杂志Advanced Science。附属第六医院晓燕教授、周传传助理研究员、曾海涛主任医师为共同通讯作者，黄佳娜硕士研究生及陈培根博士后为第一作者。
来源：中山大学附属第六医院
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