华中农大近期科学研究进展

　　原标题：华中农大近期科学研究进展

来源：华中农业大学

　　建立首个全面的等位特异DNA甲基化数据库-ASMdb

　　10月19日，华中农大信息学院李国亮教授团队在Nucleic Acids Research发表了题为 ASMdb: a Comprehensive Database for Allele-Specific DNA Methylation in Diverse Organisms 的数据库论文，建立首个全面的等位特异DNA甲基化数据库-ASMdb。

　　DNA甲基化是目前已知的最稳定的表观遗传修饰，与细胞分化、发育、X染色体失活和癌症等有关。等位特异DNA甲基化（Allele-specific DNA methylation，ASM）是一种成熟的基因组印迹机制，可以调节印迹基因的表达。先前的研究已经证实，某些具有ASM的特殊区域是易感的，并且与植物发育以及人类致癌密切相关。2018年发表在Nature genetics上的研究表明ASM在肺癌和结直肠癌中可以作为有效的肿瘤标志物。2020年发表在Genome biology的研究发现ASM在淋巴瘤和骨髓瘤等癌症中发生了显著增加。两周前昆明理工大学牛昱宇、季维智团队在Developmental Cell期刊上在线发表的研究发现食蟹猴中单倍型DNA甲基化是早期胚胎中调控印记基因的主要机制（专家点评Dev Cell | 牛昱宇/季维智/张毅合作揭示灵长类亲源印记调控区域动态变化过程及克隆猴胎盘中的母源印记缺陷）。

　　上述结果表明ASM在印记基因调控、作为肿瘤标志物以及动植物组织发育中发挥着非常关键的作用。但是，目前为止，由于缺乏相关研究工具，关于ASM在疾病和发育中作用的研究还非常有限。因此，研究ASM在疾病尤其是癌症中的作用是非常迫切和必要的。

　　本项研究中，研究团队收集了47个物种（包括人类、小鼠、水稻和拟南芥等）的4400套BS-Seq数据集和1598套相应的RNA-Seq数据集，基于该研究团队前期发表的ASM检测工具MethHaplo（该检测工具可以在不依赖SNP信息的情况下完成全基因组ASM的检测），建立了国内外首个全面综合的等位特异DNA甲基化数据库-ASMdb。在ASMdb中，研究团队提供了单碱基分辨率DNA甲基化水平、等位特异DNA甲基化结果以及等位基因特异表达基因（Allele-specific expressed gene, ASEG）的结果，并进一步分析了这些物种的ASM/ASEG分布模式。该数据库不仅包含来自多个物种的ASM结果，还提供了来自相应RNA-Seq数据集的ASEG结果。

　　此外，为提供更多关于癌症中DNA甲基化和ASM信息，团队成员还整理了人类DNA甲基化的数据，并利用足够的数据样本对9个组织（包括肝脏和肺等）的癌症和正常样本进一步做了差异DNA甲基化和高频ASM分析（图2A, B）。通过分析发现，部分结果与已报道的关键肿瘤基因ASM变化是相一致的，而且团队成员还发现了几个潜在的ASM肿瘤相关基因（图2C），这些具体分析结果能促进癌症中ASM的研究。ASMdb是一个全面的多物种ASM数据库，可为后续ASM的分析和应用提供丰富资源，并促进ASM在疾病发生、动植物发育等各方面研究。

　　科研人员形象的介绍说，父母的信息，是可以遗传的。除了遗传的DNA序列，还包括细胞所带的东西（表观遗传）和能量，就像“嫁妆”不同一样。因而在遗传疾病、杂种优势研究中，由于父母本的DNA序列非常相似，可区分父母本DNA序列差异的单碱基变异（SNP）不够多，通过DNA甲基化信息，可在更大范围内识别父母本的表观遗传差异，为杂种优势、遗传疾病的机理提供更多参考。

　　Allele-specific DNA methylation数据库（ASMdb）由华中农大信息学院完成。学院李国亮教授为论文通讯作者，周强伟、管鹏鹏、朱志贤为共同第一作者。数据库的建立还有华中农大成盛、周聪、王欢欢、续倩及新加坡国立大学Wing-kin Sung教授帮助完成。该研究数据分析工作得到华中农大作物遗传改良国家重点实验室生物信息计算平台支持和帮助。

　　原文链接：

　　https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkab937/6401900

　　数据库链接：https://www.dna-asmdb.com

　　在生防机制研究中取得新进展

　　华中农大植物科学技术学院植物线虫病害绿色防控团队从线虫生防真菌淡紫紫孢菌中鉴定了一个与真菌生长发育、抗逆和杀线虫活性相关的关键蛋白PlCYP5，为利用淡紫紫孢菌绿色防控植物线虫提供重要理论依据。

　　该研究首次在丝状真菌中报道了核糖体蛋白专用分子伴侣系统，解析了亲环蛋白PlCYP5作为核糖体蛋白专用分子伴侣调控核糖体生物形成的新机制。相关成果以“Cyclophilin acts as a ribosome biogenesis factor by chaperoning the ribosomal protein (PlRPS15) in filamentous fungi”为题在Nucleic Acids Research上在线发表。

　　目前已知植物病原线虫超过4100种，每年造成上千亿美元的经济损失，在我国仅蔬菜每年因根结线虫病造成的损失就超过30亿元。由于苯线磷、硫线磷、溴甲烷和涕灭威等化学杀线虫农药陆续被禁止或限制使用，线虫防治可选用的药剂越来越有限。淡紫紫孢菌是重要的植物线虫病生防真菌，可以寄生线虫卵，且其代谢产物能杀死线虫的幼虫和雌虫，田间施用该生防菌可显著减轻根结线虫、孢囊线虫和茎线虫等重要植物线虫病的危害。

　　据悉，肖炎农教授领衔的研究团队长期致力于线虫病害的绿色防控应用及其基础研究，对淡紫紫孢菌全基因组进行了测序，建立了淡紫紫孢菌与病原线虫互作体系，解析其生防机理，研制出了生防菌淡紫紫孢菌的颗粒制剂。该团队前期通过转录组结合基因家族分析，从淡紫紫孢菌亲环蛋白家族中鉴定到参与杀线虫活性和抵抗逆境的亲环蛋白PlCYP5。基因PlCYP5敲除突变体的生长、产孢和杀线虫能力均显著下降，同时对逆境胁迫更为敏感，为亲环蛋白应用于淡紫紫孢菌遗传改良奠定了理论基础。

　　▲PlCYP5突变体影响淡紫紫孢菌生长发育和杀线虫活性

　　转录组分析表明PlCYP5突变体差异表达基因主要富集于核糖体生物形成和核糖体RNA代谢途径，PlCYP5结合细胞质中游离的核糖体小亚基蛋白PlRPS15，维持PlRPS15蛋白稳定性并护送其到达细胞核中的核糖体组装位点。PlRPS15基因敲低突变体和PlCYP5突变体表现出一致的核糖体异常表型，解析了PlCYP5调控核糖体生物形成的机制，发现了PlCYP5作为核糖体蛋白专用分子伴侣的新功能。此外，与其他物种同源蛋白的交叉互作试验表明，PlCYP5-PlRPS15互作模式为丝状真菌特有，首次提出了丝状真菌中核糖体蛋白专用分子伴侣系统，丰富了对核糖体生物形成的认识，也为其他物种同源蛋白的功能研究提供了参考。

　　▲PlCYP5与PlRPS15突变体均表现出核糖体功能异常

　　▲PlCYP5-PlRPS15互作调控核糖体生物形成模式图

　　华中农大农业微生物学国家重点实验室、植物科学与技术学院博士研究生莫陈汨为论文第一作者，肖炎农教授和肖雪琼副教授为论文通讯作者，团队王高峰老师参与了研究工作。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划项目和中央高校基本科研业务费专项资金等项目资助。

　　原文链接：

　　https://doi.org/10.1093/nar/gkab1102

　　在锂金属负极研究中取得新进展

　　近日，华中农大理学院叶欢副研究员、曹菲菲教授和澳大利亚阿德莱德大学郭再萍教授联合报道了一种具有滑动交联键的界面聚合物（PR-PAA），稳定锂负极界面，抑制锂枝晶的生长，改善锂负极的形貌和电化学性能，为解决锂负极的内在问题和推动锂金属电池的实用化进程提供了新思路。相关研究成果以“Fatigue-Resistant Interfacial Layer for Safe Lithium Metal Batteries”为题在Angewandte Chemie International Edition上发表。

　　随着“碳中和”和“碳达峰”目标的提出，构建清洁、低碳、安全、高效的现代能源体系，是“十四五”我国能源发展的重要方向。在当前储能技术领域中，金属锂电池是最具发展潜力和竞争力的技术之一，也是驱动能源革命的重要力量。金属锂负极具有高理论比容量（3860 mA h/g）和低氧化还原电位（-3.04 V vs. SHE），是极具前景的下一代负极材料。然而，不均匀的锂沉积和较差的界面稳定性阻碍了锂负极的实际化应用。在锂负极表面构建保护层用于诱导锂的均匀沉积、稳定负极/电解质界面被证明是一种有效策略。

▲具有固定交联和移动交联的聚合物拉伸和释放示意图

　　具有滑动交联点的PR-PAA具有独特的滑环结构，聚轮烷环分子可以沿着PAA链自由移动，明显降低聚合物网络中的张力，表现出极高的韧性和抗断裂能力。聚合物的高韧性使其能够适应锂负极动态的体积变化。滑动的交联键能够瞬时回复，使得聚合物表现出优异的抗疲劳性能，发挥了长循环稳定性。此外，PR-PAA聚合物显示出超快的自愈合能力，能够快速修复因为枝晶生长或体积变化产生的裂纹，延缓枝晶导致的短路及稳定锂负极/电解液的界面。电化学测试结果表明，与纯锂箔相比，使用PR-PAA保护的锂负极具有更长的短路时间、更高的临界电流密度和更久的使用寿命。以聚合物保护的锂负极和高面容量LiFePO4、高电压NCM和高容量硫正极材料组装的全电池，发挥了优异的容量保持率和循环性能。以上结果表明，采用具有滑动交联键的界面聚合物稳定锂负极，是解决锂负极本征问题的一种有效手段。

　　理学院硕士研究生高睿敏和杨华为该论文的第一作者，叶欢副研究员、曹菲菲教授和阿德莱德大学郭再萍教授为该论文的共同通讯作者，理学院为成果第一单位。该研究成果得到了国家自然科学基金等项目的资助。

　　原文链接：

　　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202111199?af=R