比臣科研 2022-05-05 16:08
2022年（截至2022年5月3日），中国学者在Nature Biotechnology （IF=55）共计发表了8项研究成果，iNature系统盘点这些研究成果：
【1】2022年5月2日，北京大学高歌团队在Nature Biotechnology在线发表题为“Multi-omics single-cell data integration and regulatory inference with graph-linked embedding”的研究论文，该研究提出了基于图耦联策略的深度学习方法GLUE，首次实现了对百万级单细胞多组学数据的无监督精准整合与调控推断。系统基准测试表明，与用于异构单细胞多组学数据的最先进工具相比，GLUE 更准确、更强大且可扩展。该研究将 GLUE 应用于各种具有挑战性的任务，包括三组学整合、综合调控推理和多组学人类细胞图谱构建，其中 GLUE 能够纠正先前的注释。GLUE 采用模块化设计，可针对新的分析任务灵活扩展和增强。
【2】2022年4月21日，中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋及余泓团队在Nature Biotechnology 在线发表题为“Targeting a gene regulatory element enhances rice grain yield by decoupling panicle number and size”的研究论文，该研究通过基于平铺删除的 CRISPR-Cas9 筛选在 IPA1 中鉴定了一个 54 碱基对的顺式调控区域，当删除该筛选时，解决了每穗粒数和分蘖数之间的权衡，从而显著提高了每株植物谷物产量。机制研究表明，删除的片段是转录因子 An-1 抑制穗和根中 IPA1 表达的靶位点。靶向基因调控区域应该有助于剖析权衡效应，并为培育互补的有益性状提供丰富的目标来源（点击阅读）。
【3】2022年3月28日，UCSF的Lani F. Wu，Steven J. Altschuler及清华大学戴琼海（共同一作为鲍峰和Yue Deng）共同通讯在Nature Biotechnology 在线发表题为“Integrative spatial analysis of cell morphologies and transcriptional states with MUSE”的研究论文，该研究提出了多模式结构化嵌入 (MUSE)，这是一种通过整合形态学和空间分辨的转录数据来表征细胞和组织区域的方法。该研究证明 MUSE 可以发现任一模态遗漏的组织亚群，并补偿特定于模态的噪声。该研究将 MUSE 应用于包含空间转录组学（seqFISH+、STARmap 或 Visium）和成像模式的各种数据集。MUSE 确定了健康大脑皮层和肠道组织中具有生物学意义的组织亚群和定型空间模式。在患病组织中，MUSE 揭示了与肿瘤区域接近的基因生物标志物以及阿尔茨海默病脑区淀粉样前体蛋白加工的异质性。MUSE 能够整合多模态数据，从而深入了解复杂生物组织中细胞的状态、功能和组织。
【4】2022年3月24日，中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞及曹晓风共同通讯在Nature Biotechnology 在线发表题为“An engineered prime editor with enhanced editing efficiency in plants”的研究论文，该研究引入了优化的先导编辑器，大大提高了编辑效率。该研究通过去除其核糖核酸酶 H 结构域来设计莫洛尼-鼠白血病病毒逆转录酶，并掺入具有核酸伴侣活性的病毒核衣壳蛋白。在植物细胞中，每个修饰都独立地将原始编辑效率提高了约 1.8-3.4 倍。当在工程植物先导辑器 (ePPE) 中结合使用时，与细胞培养中的原始 PPE 相比，这两种修饰协同提高了各个内源位点的碱基替换、缺失和插入的效率，平均提高了 5.8 倍。没有观察到副产品或脱靶编辑的显著增加。该研究使用 ePPE 生成耐受磺酰脲类和咪唑啉酮除草剂的水稻植株，观察到编辑频率为 11.3%，而使用 PPE 的编辑频率为 2.1%。该研究还将 ePPE 与先前报道的双引物编辑向导 (peg) RNA 和工程化 pegRNA 相结合，以进一步提高效率（点击阅读）。
【5】2022年3月15日，美国芝加哥大学何川，陈梦洁，复旦大学胡璐璐及美国希望之城陈建军共同通讯在Nature Biotechnology 上发表了题为“m6A RNA modifications are measured at single-base resolution across the mammalian transcriptome”的文章，该研究开发的新方法m6A-SAC-Seq (Selective Allyl Chemical labeling and Sequencing)可直接标记m6A，能够覆盖几乎所有的m6A经典基序，并对捕获的m6A位点进行单碱基分辨率的定量分析，该方法不依赖于抗体，可以实现对微量RNA样本（30ng ribo- RNA）的m6A位点分析，可在单碱基分辨率水平追踪m6A分布和含量的动态变化。m6A-SAC-Seq技术是目前唯一可以广泛应用于各个生物学背景的方法，在基础生物学研究和临床应用中均有良好的前景。
【6】2022年3月3日，中国科学院微生物研究所王军及陈义华共同通讯在Nature Biotechnology 在线发表题为“Identification of antimicrobial peptides from the human gut microbiome using deep learning”的研究论文，该研究结合了多个自然语言处理神经网络模型，包括 LSTM、Attention 和 BERT，形成了一个统一的管道，用于从人类肠道微生物组数据中识别候选 AMP。在被确定为候选 AMP 的 2,349 个序列中，化学合成了 216 个，其中 181 个显示出抗菌活性（阳性率 > 83%）。大多数这些肽与训练集中的 AMP 的序列同源性低于 40%。对 11 种最有效的 AMP 的进一步表征显示出对抗生素耐药性、革兰氏阴性病原体的高功效，并显示出对细菌性肺部感染小鼠模型的细菌负荷降低十倍以上的显著功效。总之，该研究展示了机器学习方法在从宏基因组数据中挖掘功能肽和加速发现有前景的 AMP 候选分子以进行深入研究的潜力（点击阅读）。
【7】2022年2月10日，北京大学魏文胜团队在Nature Biotechnology 杂志发表“Engineered circular ADAR-recruiting RNAs increase the efficiency and fidelity of RNA editing in vitro and in vivo”的研究论文，该研究描述了 LEAPER 2.0，这是 LEAPER 的更新版本，它使用共价闭合的环状 arRNA，称为 circ-arRNA。当在细胞中表达或作为体外转录的环状 RNA 寡核苷酸递送时，该研究展示了平均比线性对应物高约 3.1 倍的编辑效率。为了降低脱靶编辑，该研究删除了尿苷与脱靶腺苷的配对，这几乎完全消除了旁观者的脱靶腺苷编辑。工程化的 circ-arRNA 提高了在细胞培养中编辑内源性 CTNNB1 和突变体 TP53 转录物的效率和保真度。在 Hurler 综合征小鼠模型中使用腺相关病毒递送 circ-arRNA 可纠正致病点突变并恢复 α-L-艾杜糖苷酸酶催化活性，从而降低肝中糖胺聚糖的积累。LEAPER 2.0 提供了一种新的 arRNA 设计，可实现更精确、更高效的 RNA 编辑，并广泛适用于治疗和基础研究（点击阅读）。
【8】2022年1月3日，华东理工大学杨弋及陈显军共同通讯在Nature Biotechnology 在线发表题为“Optogenetic control of RNA function and metabolism using engineered light-switchable RNA-binding proteins”的研究论文，该研究描述了 LicV 的工程，LicV 是一种光开关 RBP，它结合特定的 RNA 序列以响应蓝光照射。 当与各种 RNA 效应器融合时，LicV 允许对细胞培养中的 RNA 定位、剪接、翻译和稳定性进行光遗传学控制。此外，LicV 辅助的 CRISPR-Cas 系统允许对转录和基因组位点标记进行有效和可调的光开关调节。这些数据表明，可光控 RBP LicV 可作为可编程支架用于合成 RNA 效应器的时空控制（点击阅读）。
开发能够精确有效地操纵生命系统基因组的强大基因组编辑工具对于生物医学研究、农业育种、制药和治疗应用至关重要。然而，由于低同源性定向修复介导的基因组编辑，赋予一个或多个核苷酸转换、插入或缺失的精确靶向诱变具有挑战性，并且使用碱基编辑器只能实现单碱基转换。
先导编辑 (PE) 是一种新开发的基因组编辑工具，可以精确地安装所有 12 个核苷酸替换、短插入和短缺失。先导编辑器是包含切口酶 Cas9 (His840Arg) 和莫洛尼-鼠白血病病毒逆转录酶 (M-MLV RT) 的蛋白质复合物，编辑事件由 pegRNA 编码，该 pegRNA 作为模板直接逆转录到活细胞的基因组中。PE 已被证明在编辑哺乳动物细胞、类器官、水稻、小麦、玉米、果蝇、小鼠、斑马鱼和兔子的基因组方面是成功的。尽管具有这种多功能性，但当前先导编辑器的编辑效率很低，并且经常在不同的目标位点和细胞类型之间变化。
最近提高先导编辑效率的努力主要集中在 pegRNA 工程上，例如通过使用多顺反子转移 RNA 和核酶来增强 pegRNA 表达，根据熔解温度偏好设计 pegRNA 序列，使用双 pegRNA，通过 RNA 核糖核酸内切酶 Csy4 处理 pegRNA 并使用工程化 (e)pegRNA 增强 pegRNA 稳定性。
通过去除 RT RNase H 结构域并在植物细胞中添加病毒 NC 蛋白来提高先导编辑效率（图源自Nature Biotechnology ）
在本研究中，该研究通过改造 nCas9-RT 融合蛋白开发了一系列新的先导编辑器。该研究发现删除 M-MLV RT 核糖核酸酶 H (RNase H) 结构域和添加病毒核衣壳 (NC) 蛋白的组合可协同并广泛地提高水稻和小麦中多个靶位点的启动编辑效率，增加PE的灵活性和适用性。
在植物细胞中，每个修饰都独立地将原始编辑效率提高了约 1.8-3.4 倍。当在工程植物先导辑器 (ePPE) 中结合使用时，与细胞培养中的原始 PPE 相比，这两种修饰协同提高了各个内源位点的碱基替换、缺失和插入的效率，平均提高了 5.8 倍。没有观察到副产品或脱靶编辑的显著增加。
该研究使用 ePPE 生成耐受磺酰脲类和咪唑啉酮除草剂的水稻植株，观察到编辑频率为 11.3%，而使用 PPE 的编辑频率为 2.1%。该研究还将 ePPE 与先前报道的双引物编辑向导 (peg) RNA 和工程化 pegRNA 相结合，以进一步提高效率。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41587-022-01254-w如有侵权，请联系本站删除！
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