| 鸣禽的双通路结构使得稳健的感觉运动学习成为可能 |
Sankar, R. |
2026-05-08 |
PDF |
感觉运动技能的习得关键依赖于基底节-丘脑-皮层回路。主流理论认为，基底节通过强化学习优化运动输出，利用内部绩效评估近似随机梯度上升。然而，这一框架在非凸绩效空间中难以有效运作，局部最优会阻碍高效学习。鸣禽为稳健的感觉运动学习提供了有力的生物学范例，它们通过专门化的基底节-丘脑-皮层结构中的试错过程掌握复杂发声。在此，我们提出一个受斑胸草雀鸣唱系统解剖学、生理学和发育轨迹约束的计算模型。该模型将基底节驱动的强化学习通路与并行皮层运动通路相结合，后者通过赫布可塑性逐步巩固成功的运动模式。此外，我们在基底节通路中引入突触波动性，在学习过程中产生结构化变异。通过使用生物物理鸣管模型和合成绩效空间进行发声学习模拟，我们证明这种双通路架构能可靠收敛至全局最优，并优于标准强化学习和噪声退火方法。该模型再现了鸣唱学习的关键实验特征，包括非单调学习轨迹、运动变异性的逐渐减少，以及运动控制从皮层下回路向皮层回路的发育性转移。机制上，皮层通路的延迟成熟为探索-利用权衡提供了隐性调节，而突触波动性则使系统能够逃离局部最优。这些结果凸显了神经回路架构与动力学在高效学习中的重要性，并为提升人工强化学习系统在复杂感觉运动领域的鲁棒性和样本效率提供了受生物学启发的设计原则。 |
| 自发性网络活动将中间神经元迁移异常与皮层成熟障碍联系起来。 |
Venkataramanappa, S. |
2026-05-08 |
PDF |
皮质抑制性神经元（CIN）通过广泛的切向迁移定居于新皮层和海马体。这一过程极易受遗传和环境干扰影响，并与神经精神疾病相关。然而，短暂迁移异常如何转化为持续性功能缺陷的机制仍不清楚。本研究利用条件性Cxcr4基因敲除模型，探究迁移导向异常（精神分裂症遗传模型的特征）的后果。结果显示，尽管CIN迁移至异位皮层板层，但直至出生时其在新皮层的数量仍保持定量定殖，而边缘区域则出现CIN数量的永久性缺陷。此外，CIN未能定殖于新皮层边缘区——这一区域本是注定迁往浅层皮层的晚期CIN的临时储备库。因此，在出生后早期新皮层中，CIN的板层分布与分子特征、突触连接性及神经网络的自发活动均发生显著改变。尽管在成熟前CIN的异常板层分布逐渐得到代偿，但功能差异持续存在，表现为皮层区域间感觉刺激传播的易化。这些结果表明，CIN迁移是指导出生后早期活动依赖性网络成熟及CIN身份确立的关键过程，从而为迁移导向与成熟环路完整性之间提供了机制性联系。 |
| 气候生态位分化伴随了Phyllotis darwini物种组（Sigmodontinae亚科，Cricetidae科）中叶耳鼠的辐射演化。 |
Quiroga-Carmona, M. |
2026-05-08 |
PDF |
目的：刻画Phyllotis darwini物种组在分化过程中气候生态位的演变特征，评估辐射分化过程中涉及的差异在多大程度上与气候生态位的保守性或分化模式相关，以及物种间气候生态位的差异是否与其系统发育关系存在关联。地点：南美洲中南部安第斯山脉、周边低地及巴塔哥尼亚地区。方法：通过采集物种分布点及整个分布区范围内的同期降水和温度条件数据，表征物种的气候生态位。采用多元统计（主成分分析、置换多元方差分析）、基于最大熵的算法，以及新开发的用于探索现实生态位与基础生态位分化程度（生态位重叠检验）和差异程度（生态位分化检验）的方法，对气候生态位进行分析与建模。应用时间校准的系统发育树，结合气候生态位数据，通过比较系统发育方法在地理与环境空间中估算祖先环境生态位。结果：比较显示，Phyllotis物种在现实生态位与基础生态位间的气候生态位重叠程度均较低，表明其分化过程中存在显著的生态位分化。生态位重叠的量化进一步表明，物种间观测到的差异主要源于气候生态位的多维特性（单维度量化显示重叠程度较高）。物种间气候生态位的演化差异更符合布朗运动演化模型，但缺乏系统发育信号，且与物种系统发育距离无显著关联。主要结论：祖先气候生态位的低分化程度表明，Phyllotis darwini物种组的早期辐射由地理隔离驱动，而现存物种的近期分化则伴随气候生态位分化，可能涉及对第四纪冰期区域生态气候变化的局部适应。姐妹种的空间分离、气候生态位的完全分化以及生态位差异缺乏系统发育信号，表明分化过程既受空间隔离驱动，也受区域气候差异产生的分化选择压力影响。 |
| 草食作用诱导的木豆（Cajanus cajan）叶片胞质蛋白的变化 |
S, A. |
2026-05-08 |
PDF |
昆虫取食通过激活防御途径和调节关键代谢过程，触发细胞质蛋白质组重编程。我们发现，在木豆（Cajanus cajan）中模拟取食处理后12小时内，诱导了活性氧（ROS）产生和分子变化。我们采用二维聚丙烯酰胺凝胶电泳（2D-PAGE）结合质谱（MS）技术，比较了两个栽培基因型ICPL 332（中等抗性）和ICPL 87（易感）的叶片蛋白质组图谱。在ICPL 332中检测到超过220个蛋白点，ICPL 87中检测到200余个。比较分析揭示了75个差异积累蛋白（DAPs），其中40个在生物学重复中具有一致可重复性。这些蛋白包括ICPL 87特有的11个、ICPL 332特有的9个，以及两个基因型共有的10个。在共有DAPs中，ICPL 332有5个上调、5个下调，而ICPL 87仅显示2个上调、8个下调。功能分类将DAPs归入初级代谢、胁迫响应及生长发育。两个基因型中与初级代谢相关的蛋白大多下调，而胁迫相关蛋白在ICPL 87中较ICPL 332呈现显著下调。总体而言，研究结果揭示了木豆基因型防御反应背后的蛋白质组适应性变化。 |
| 天然土壤来源的微生物群重塑了氮形态与植物矿质营养 |
Dethier, L. |
2026-05-08 |
PDF |
土壤中的氮形态对植物生长和矿质营养具有重要影响，然而在自然土壤中，微生物群落是否以及如何调控氮形态仍鲜为人知。本研究显示，在取自丹麦自然生态系统的高有机质土壤中，原生土壤微生物群落决定了氮形态，进而调控植物的矿质营养。通过灭菌消除微生物群落会抑制硝化作用，导致铵态氮积累和硝态氮流失，进而造成植物生长受阻、叶片镁钙含量显著降低并伴随失绿症状。重新引入简化的土壤源微生物群落可恢复硝化作用，重建平衡的NO₃⁻/NH₄⁺体系，从而恢复镁钙积累、缓解失绿症状并促进植物生长。对原土、根际及根际微生物群落的宏基因组分析显示，氮循环功能（包括硝化相关基因）显著富集，证实恢复的微生物群落具备调控土壤及根际氮形态的能力。此外，该微生物群落还能缓解有机农业土壤中的矿质缺乏症状。综合而言，本研究揭示了自然微生物群落依赖的机制：土壤微生物通过决定氮形态来调控植物矿质营养，特别是镁钙稳态。 |
| CSLB4介导的细胞壁重塑将拟南芥中韧皮部通路与蚜虫表现解耦 |
Moraga, F. |
2026-05-08 |
PDF |
植物细胞壁是植物防御的关键决定因素；然而，细胞壁结构的自然变异在多大程度上影响对韧皮部取食昆虫的抗性仍不清楚。本研究结合全基因组关联分析与功能分析，鉴定了拟南芥对专食性蚜虫甘蓝蚜抗性的遗传决定因子。对200个自然品系进行的全基因组关联分析发现，2号染色体上存在一个与蚜虫表现相关的单一基因座。单倍型与表皮特异性表达数据的整合分析优先确定了纤维素合酶样B家族成员CSLB4。功能缺失型cslb4突变体产生的蚜虫后代减少，表明其对甘蓝蚜的抗性增强，而广食性蚜虫桃蚜的表现未受影响。电穿透图分析显示，尽管cslb4突变体上蚜虫表现下降，但其更早获得韧皮部通路，表明韧皮部通路与蚜虫成功取食之间存在解耦。生化与免疫定位分析表明，CSLB4功能缺失改变了细胞壁结构，包括叶肉细胞壁中木葡聚糖表位可及性增加，以及蚜虫侵染时胼胝质沉积减少。此外，CSLB4定位于高尔基体相关区室，计算机模拟分析结果与其参与非纤维素多糖生物合成的功能一致。综上，这些发现将CSLB4鉴定为通过解耦韧皮部通路与蚜虫表现来调控细胞壁结构的调节因子。 |
| 共生受体样激酶（SymRK）胞内结构域的序列适应性促进了根瘤原基中侵染线的延伸。 |
Spezzati, M. |
2026-05-08 |
PDF |
固氮菌进入活体植物细胞以及丛枝菌根真菌在细胞内的容纳，需要定位于质膜的共生受体样激酶。丛枝菌根广泛存在于陆生维管植物谱系中，而固氮根瘤共生则仅限于真蔷薇类群中的一个分支。这种分布模式催生了"SymRK在进化过程中被征用以介导RNS"的概念。比较分析显示，来自真蔷薇类群的SymRK直系同源物支持RNS，而来自系统发育远缘物种番茄的SymRK则不具备此功能。为解析这种功能差异的分子基础，我们对无法形成AM或RNS的百脉根symrk-3突变体进行了互补分析。通过构建番茄与百脉根SymRK直系同源物的结构域交换嵌合体发现，百脉根SymRK的胞内结构域是接种21天后皮层侵染线和共生体发育所必需的。值得注意的是，这种信号特异性可通过番茄SymRK的异位表达被克服，提示蛋白剂量改变可能是功能决定因素。与此一致，SINA家族E3泛素连接酶能与百脉根SymRK相互作用并使其泛素化，但无法作用于番茄SymRK。在酵母双杂交分析中，SymRK与SINA2和SINA4的相互作用依赖于百脉根SymRK的C端固有无序尾部区域。我们得出结论：SymRK胞内结构域进化出与SINA E3连接酶相互作用的能力，这种能力与其支持RNS的功能相关。 |
| 隐秘变异改变了基因剂量敏感性，从而塑造了番茄的花序结构。 |
Swinnen, G. |
2026-05-08 |
PDF |
表型多样性在很大程度上源于多个相互作用位点的遗传变异，其中许多变异改变基因剂量而非完全消除基因功能。剂量敏感型变异常产生非线性表型结果，可利用基因组编辑技术对其进行调控，从而优化作物的数量性状。然而，由于分离等位基因可能以不可预期的方式调节等位基因效应，单个变异在不同遗传背景下的表型结果可能存在显著差异。目前，遗传背景如何塑造基因剂量效应仍鲜有研究。本研究表明，可用于调控番茄花序结构以实现最佳果实产量的MADS-box基因剂量效应，在不同遗传背景间存在显著差异。我们定位了这种背景依赖性的遗传基础，并鉴定出隐性修饰位点sb2（抑制分枝基因2），该位点包含保守的花器官身份基因ANANTHA。研究显示，sb2的自然变异通过天然及工程化功能缺失突变，调控花序结构对MADS-box剂量效应的响应。我们的发现揭示了隐性遗传变异如何重塑基因剂量关系，并强调了表征此类隐藏变异对利用基因组编辑技术进行数量性状预测性工程改造的重要性。 |
| 灵活且高通量的单细胞基因表达与染色质可及性同步分析 |
Soltys, V. |
2026-05-08 |
PDF |
基因调控是发育的基础，也是涉及转录的复杂生物过程，通常发生在可及染色质内的启动子区域。要理解细胞类型特异性调控网络，同时捕获转录和染色质可及性的能力至关重要。然而，联合测量在技术上具有挑战性，当前方法仍面临应用难题。在此，我们提出easySHARE-seq，这是对SHARE-seq的改进，用于在单细胞中同时测量ATAC-seq和RNA-seq。通过优化条形码和简化实验流程，我们解决了先前方法的若干局限性。改进后，easySHARE-seq文库的可读序列长度可达300bp（增加200bp），适用于等位基因特异性信号研究或变异发现等场景。此外，easySHARE-seq文库无需专用测序运行，从而节省成本。我们将easySHARE-seq应用于小鼠肝脏细胞核，成功回收了19,664个具有联合染色质和表达谱的细胞核。与其他基于组合索引的技术相比，我们证明该方法在保持高可扩展性和低成本的同时，每个细胞可回收超过1.5倍的转录本。为展示该方法，我们鉴定了细胞类型，利用多组学测量将顺式调控元件与其靶基因关联，并研究了肝脏特异性微尺度变化。我们得出结论：easySHARE-seq改进了先前方法，能够生成高质量的多组学数据集，并预期可适用于多种研究设计。 |
| 较少采用的转折：利用大规模分子动力学数据研究β-转角动态模式 |
Zhang, S. |
2026-05-08 |
PDF |
β-转角是蛋白质中最常见的结构基序之一，但其构象动力学和序列决定因素尚未完全阐明。本研究利用mdCATH数据库中的大规模分子动力学轨迹，对β-转角构象进行了数据驱动的分类和动态分析。通过跨键拉氏图表示法对主链二面角进行聚类，识别出六种β-转角类型，其中包括一种此前未表征的混合型I/I'簇，该簇融合了经典I型和I'型构象的几何特征。时间分辨分析表明，这种混合态是β-转角的瞬时中间态。分子动力学模拟中观察到的转变与核磁共振波谱集合及X射线晶体结构中检测到的替代构象高度吻合，其中最主要的交换发生在I型和II型之间，以及I'型和II'型转角之间。序列分析显示，每种转角类型在中心残基（i+1和i+2）处均表现出特征性的氨基酸偏好。在这些整体偏好中，特定残基对表现出对静态或动态行为的差异化倾向。通过靶向计算机模拟替换动态富集型和静态富集型残基对，可相应改变转角的构象行为，为这些序列-动力学关系提供了直接证据。对侧翼二级结构环境的分析表明，结构背景进一步调节转角柔性，其中链状和卷曲相关转角比螺旋相关转角具有更高的动态倾向。综上，这些结果揭示了序列组成和结构背景如何共同塑造β-转角的构象景观。 |