生命应对基因无义突变的分子机制获破解,研究首次绘制中国大陆人群汞摄入健康风险地图

作者:365bet体育在线手机版    发布时间:2019-12-31 20:47    浏览::

从2004年起,周俭民与清华大学教授柴继杰团队合作,开始研究植物与病菌攻防战中的关键科学问题,并首次在世界上提出了诱饵模型的观点。

贸易合作引领《水俣公约》履约新思路
研究首次绘制中国大陆人群汞摄入健康风险地图

非常有意思的是,他们通过向斑马鱼体内导入外源DNA构建转基因,同样也能激活体内遗传补偿效应,即外源导入的转基因只要带有无义突变和同源序列,就可以提高体内具有同源序列的基因表达。这些实验证明无义突变和同源序列是遗传补偿效应的两个先决条件。

人有免疫力,植物有免疫力吗?答案是肯定的,看似娇弱的花花草草,可能远比你想象中来得坚强。

束炯教授团队的研究耦合了多区域投入产出模型、大气汞排放清单编制、大气化学传输模型、食物汞浓度响应关系、人群汞摄入清单编制及汞暴露健康风险评估模型等多领域研究方法,首次建立了一套描述从经济活动到人群健康风险的汞生物地球化学循环链的方法。循环链中,最终消费和初始投入等经济活动驱动工业生产,工业生产排放汞进入大气并进行迁移、沉降、富集、甲基化、摄入暴露及健康效应等过程。该方法可用于评估人类经济活动如何影响人类自身汞暴露健康风险。

此后,陈军课题组继续对斑马鱼开展大量对比实验,通过构建钙调蛋白酶基因的不同突变体,发现只有无义突变才能激活遗传补偿效应,并且是通过提高与变异基因序列同源的家族基因表达来进行的。

在另一条路上,清华大学团队也在不断向前推进。抗病蛋白理论研究的一个巨大瓶颈在于缺乏蛋白质结构,20多年来,多个国际顶尖实验室均折戟于此。

4月2日,华东师大地理科学学院束炯教授团队及其合作者在《自然-通讯》上在线发表了题为《中国大气汞排放的跨省健康影响》的研究论文。该研究首次建立了一套描述从经济活动到人群健康风险的汞生物地球化学循环链的方法。运用该方法,研究团队首次绘制了中国大陆人群汞摄入暴露的健康风险地图,从多视角探讨了各地区健康风险来源,最终发现,地区间贸易显著改变了中国人群的健康风险。该研究为加强中国地区间合作并从多视角来履行汞的《水俣公约》提供了崭新思路。

基于已有的NMD途径,陈军课题组另辟蹊径,把Upf3a敲除,Capn3a突变体肝脏就变小了,补偿的同源基因表达也下降,遗传补偿效应消失。 因此得出结论,机体应对无义突变,其中Upf3a是诱导遗传补偿效应的重要中介。

在中科院院士、中科院遗传发育所研究员李家洋看来,在国际上率先提出、发现抗病小体,是中国学者对植物科学的重大贡献。未来通过分子设计育种等手段,相信这项成果也将为农业生产带来广阔的应用前景。

全新耦合技术呈现汞摄入健康风险地图

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钻石何时发光?

专家认为,该项研究虽然量化了健康风险,但总体来看中国地区的汞暴露仍处于较为安全的量值,但潜在风险依然存在。同时,中国也是全球最大的大气汞排放国,风险变化不容忽视。在中国,有效的具有针对性的汞控制策略尤为重要。由此,研究人员提出了从多视角制定控制措施并加强地区间合作,以期达到更好的控制效果。

遗传补偿效应并不是斑马鱼独有的现象,在小鼠、拟南芥等模式生物中也存在。《自然》杂志评审专家表示,这是一个具有潜在广泛意义的非凡故事。正如作者指出的,引入无义突变可能是治疗存在补偿基因的遗传病的一种临床途径。

然而,由于该理论与当时的主流观点大相径庭,大约有5年时间,这一观点并没有被学界广泛接受。周俭民说,那时候,甚至连学生发论文都受到了影响。

地区间贸易促进大气汞跨省健康影响

《中国科学报》 (2019-04-04 第1版 要闻)

这一谜题在4月5日得以揭开。中国科学院遗传与发育生物学研究所与清华大学的研究团队合作,在植物体内发现了由抗病蛋白组成的抗病小体并解析其电镜结构,揭示了抗病蛋白管控和激活的核心分子机制。相关成果在《科学》杂志上在线发表。

研究人员发现,海鱼、淡水鱼和大米等食物的摄入是中国大陆人群最主要的汞暴露途径。而这些食物主要产于中国东南部水稻种植区和鱼类生产区,研究称之为敏感地区。研究进一步发现,由最终消费驱动的地区间产品贸易使得汞由敏感地区向非敏感地区转移,最终使全国人群避免了一部分的胎儿人均智商损失和汞关联性心脏病死亡。而由初始投入驱动的地区间产品贸易却使得汞由非敏感地区向敏感地区转移。

本报讯生命进化出来许多应对基因突变的办法,其中之一就是遗传补偿效应。然而,长期以来科学界对遗传补偿效应怎样起作用的分子机制却知之甚少。

中国是一个农业大国,但人多地少的现状,让中国成为农业病虫害最为严重的国家之一。有统计数字表明,为了控制病害,中国农药施用量占到了全球总量的三分之一,带来了严重的生态环境和食品安全问题。

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4月4日,《自然》在线报道了浙江大学教授陈军和彭金荣课题组在遗传补偿效应分子机制方面的重要研究进展。课题组首次揭示基因补偿效应是由携带提前终止密码子的信使核糖核酸所激起,由无义突变mRNA降解途径中的上游移码蛋白3a参与。同时,揭示同源序列核酸是上调补偿效应基因的必要条件,并进一步研究证明补偿效应基因转录水平的增加是由于补偿基因启动子区域组蛋白的表观遗传学修饰所引起的。该研究为疾病的治疗提供新思路。

研究团队发现,拟南芥的抗病蛋白感知到病菌后,会组装成一个环状的五聚体蛋白机器,形成抗病小体。抗病小体的中间有个钻头,它能够刺破染病的细胞膜,以自杀的方式与病菌同归于尽。也就是说,抗病小体很可能是植物细胞死亡和免疫的执行者。

地区间贸易的显著作用揭示了开展经济供应链不同环节中汞风险溯源及相关针对性政策制定等工作的重要性,其中贸易合作显得尤为重要。针对不同地区来源,可在不同视角下制定相应针对性的控制措施。例如,山东和河南可优先采取生产环节的控制措施(例如提高能效、安装汞去除设备),而京津地区、中部沿海和南部沿海地区则优先采取消费环节的控制措施(例如改变客户消费习惯、推行消费税),对于山西、内蒙古和陕西,初始投入环节的控制措施将更为有效(例如改变投资、贷款和补贴策略)。对于贸易合作,研究建议作为最终消费者的上海、浙江和广东可以转移先进技术和资本到其上游作为直接排放者的贸易伙伴地区,作为初始投入者的山西和内蒙古也可以转移先进技术和资本到其下游作为直接排放者的贸易伙伴地区,由此来减少这些最终消费者和初始投入者通过地区间贸易所转移的风险。

2015年,彭金荣实验室发现,一个影响斑马鱼肝脏发育的钙调蛋白酶,用不同方法敲低这一基因时会出现小肝脏表型,而敲除遗传突变体肝脏发育正常。敲除突变体长出正常的肝脏,说明可能是遗传补偿效应在起作用。论文第一作者马志鹏推测说。

植物具有复杂、精细调控的免疫系统,可植物抗病蛋白被发现至今已经20多年了,人们却仍然不清楚它们的工作原理。

据悉,该工作是华东师范大学、北京师范大学、伦敦大学学院、广东工业大学、北京大学、南京大学等单位的合作成果。华东师范大学为该研究成果的第一完成单位,华东师大地理科学学院学科博士后陈龙为论文第一作者,华东师大地理科学学院束炯教授、北京师范大学梁赛教授、伦敦大学学院米志付博士、广东工业大学杨志峰院士为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金的资助和华东师范大学高性能计算中心的支持。