2022年（截至2022年10月17日），中国学者在Nature Biotechnology （IF=68）共计发表了17项研究成果，iNature系统盘点这些研究成果：
【1】2022年10月13日，华中农业大学代明球、李峰与李林在Nature Biotechnology 杂志在线发表题为“The role of transposon inverted repeats in balancing drought tolerance and yield-related traits in maize”的研究论文，该研究利用多组学和基因编辑策略，详细阐述了玉米产量和抗性平衡的遗传与分子机制，为玉米高抗高产精准分子设计育种奠定了理论基础，提供了优异基因资源。
【2】2022年10月6日，中国科学院生物物理研究所李栋、清华大学自动化系戴琼海与美国霍华德休斯医学研究所（HHMI）Jennifer Lippincott-Schwartz在Nature Biotechnology 杂志在线发表题为“Rationalized deep learning super-resolution microscopy for sustained live imaging of rapid subcellular processes”的研究论文，该研究通过整合照明模式的先验知识，将光学成像模型及物理先验与神经网络结构设计相融合，结合高速晶格光片显微镜(lattice light sheet microscopy, LLSM) ，开发了合理化深度学习(rationalized deep learning, rDL) 显微成像技术框架，从而实现了高性能、高保真的显微图像去噪与超分辨重建（点击阅读）。
【3】2022年9月26日，清华大学戴琼海、方璐和清华大学深圳国际研究生院王好谦团队合作在Nature Biotechnology杂志在线发表题为“Real-time denoising enables high-sensitivity fluorescence time-lapse imaging beyond the shot-noise limit”的研究论文，为了实现超出散粒噪声限制的高灵敏度荧光成像，该研究提出一种用于实时噪声抑制的自监督深度学习方法——DeepCAD-RT。基于该团队之前开发的DeepCAD技术的框架，将网络参数数量减少了 94%，内存消耗减少了 27 倍，处理时间减少了 20 倍，从而可以在双光子显微镜上进行实时处理。可以使用比标准成像方法少十倍的光子获得高成像信噪比。总之，DeepCAD-RT 将以最小的光子预算促进生物动力学的形态和功能检查（点击阅读）。
【4】2022年8月11日，辉大基因/中国科学院神经研究所/上海脑科学与类脑研究中心杨辉团队（辉大基因为第一单位）在Nature Biotechnology在线发表题为“High-fidelity Cas13 variants for targeted RNA degradation with minimal collateral effects”的研究论文，该研究设计了一个双荧光报告系统，用于检测哺乳动物细胞中的旁切效应和筛选 Cas13 变体。 通过在 200 多种工程变体中，包括 Cas13d 和 Cas13X 在内的几种 Cas13 变体表现出有效的靶向活性，但旁切活性显著降低。此外，这些变体不存在由 Cas13 诱导的转录组范围的脱靶和细胞生长停滞。高保真 Cas13 变体显示出与野生型 Cas13 相似的 RNA 敲低活性，但在转基因小鼠或腺相关病毒介导的体细胞靶向中没有可检测到的旁切损伤。因此，具有最小旁切效应的高保真 Cas13 变体现在可用于基础研究和治疗应用中的 RNA 靶向降解（点击阅读）。
【5】2022年6月27日，兰州大学/中国科学院青藏高原研究所刘勇勤及中国科学院微生物研究所骆迎峰共同通讯（兰州大学为第一单位）在Nature Biotechnology 在线发表题为“A genome and gene catalog of glacier microbiomes”的研究论文，该研究通过对来自 21 个西藏冰川的 85 个宏基因组和 883 个培养分离物进行测序，覆盖雪、冰和冰粒生境，提供了一个专门的冰川微生物基因组和基因目录，以存档冰川基因组和功能多样性（点击阅读）。
【6】2022年6月13日，香港科技大学瞿佳男团队在Nature Biotechnology （IF=55）在线发表题为“Deep tissue multi-photon imaging using adaptive optics with direct focus sensing and shaping”的研究论文，该研究提出了一种基于模拟锁定相位检测的自适应光学三光子显微镜，用于聚焦传感和整形（ALPHA-FSS）。ALPHA-FSS 可准确测量并有效补偿标本引起的像差和散射，并恢复深度的亚细胞分辨率。具有远程聚焦的共轭自适应光学配置能够通过完整的颅骨对小鼠皮层中的精细神经元结构进行体内成像，直至软脑膜下方 750 μm 的深度，从而在皮层中实现近乎无创的高分辨率显微镜检查。该研究还展示了通过完整颅骨进行高灵敏度和高精度激光介导显微手术的功能性钙成像。此外，该研究实现了完整大脑内软脑膜下方 1.1mm 的深层皮质和皮质下海马体的体内高分辨率成像。
【7】2022年6月6日，清华大学朱听团队在Nature Biotechnology （IF=55）在线发表题为“Directed evolution and selection of biostable L-DNA aptamers with a mirror-image DNA polymerase”的研究论文，该研究开发了一种“镜像选择”方案，用于定向进化和选择具有镜像 DNA 聚合酶的生物稳定 L-DNA 适体。该研究对结合天然人凝血酶的 L-DNA 序列进行迭代富集和镜像聚合酶链反应 (PCR) 扩增，并结合变性梯度凝胶电泳 (DGGE) 分离单个适体和 L-DNA 合成测序以确定其序列。基于选定的 L-DNA 适体，该研究设计了生物稳定的凝血酶感应器和抑制剂，即使在存在快速降解 D-DNA 适体的人血清的情况下，它们也能在生理相关的富含核酸酶的环境中保持功能。总之，直接从大型随机 L-DNA 文库中镜像选择生物稳定的 L-DNA 适体极大地扩展了可以靶向的生物分子的范围，拓宽了它们作为生物稳定感应器、治疗和基础研究工具的应用（点击阅读）。
【8】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。
【9】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）。
【10】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。
【11】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）。
【12】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。
【13】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）。
【14】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）。
【15】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）。
【16】2022年7月4日，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所司龙龙课题组在Nature Biotechnology 上发表题为“Generation of a live attenuated influenza A vaccine by proteolysis targeting”的研究成果，该研究以流感病毒为模式病毒，建立了蛋白降解靶向病毒作为减毒疫苗的技术（Proteolysis-Targeting Chimeric virus vaccine，PROTAC疫苗），为疫苗开发提供了新思路。
【17】2022年8月29日，哈佛医学院Joseph V. Bonventre和Kyle W. McCracken共同合作（四川大学Shi Min为第一作者）在Nature Biotechnology 上发表题为“Human ureteric bud organoids recapitulate branching morphogenesis and differentiate into functional collecting duct cell types”的研究成果，该研究成功利用人类输尿管芽类器官再现了分支形态发生及分化为功能性集尿管细胞类型。
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玉米（Zea mays L. ssp. Mays）小麦是世界上一种主要的主食作物，约占全球谷物年产量的37%。在它的驯化和推广过程中，玉米产量有了很大的提高，但这也伴随着对干旱的敏感性增加。这种植物环境适应和产量选择的基因组机制仍然难以捉摸。此外，植物耐环境胁迫的遗传控制在很大程度上仍不清楚，因此，育种计划缺乏有效的遗传靶标来精确育种耐环境胁迫作物。
该研究对干旱和潮湿条件下的全球玉米多样性板的小RNA (small RNA, sRNA) 转录组(sRNAome)和转录组景观进行了全基因组分析，发现了数十个环境特异性调控热点。通过对8号染色体上干旱相关环境特异性超级eQTL热点 (Drought-Related Environment-specific Super eQTL Hotspot on chromosome 8, DRESH8) 和DRESH8衍生的小干扰RNA靶点ZmMYBR38的转基因和分子研究，揭示了一个转座元件介导的倒置重复序列 (transposable element-mediated inverted repeats, TE-IR) 衍生的sRNA和基因调节网络，它平衡了植物的耐旱性和产量相关性状。全基因组扫描显示，TE-IRs与干旱反应和产量相关性状相关，在玉米驯化过程中被积极选择和扩展。
DRESH8的进化与选择（图源自Nature Biotechnology ）
综上所述，该研究表明TE-IRs介导的转录后调控是作物环境适应和产量相关性状之间权衡的一个关键分子机制，为培育耐胁迫能力更强但产量不受影响的作物提供了潜在的基因组靶点。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41587-022-01470-4
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