| 微生物组组成在环境梯度上的系统发育一致性 |
Chakraverti-Wuerthwein, M. S. |
2026-06-11 |
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跨生物群落的微生物群落全球调查显示，深度和pH值等环境变量是群落组成的关键决定因素。然而，我们尚不清楚单个分类群的性状及其进化保守性如何共同作用形成这些模式。利用表层土壤和海洋微生物组的大规模调查数据，我们采用典型相关分析（CCA）同时推断环境变化方向及相关的组成变化。研究发现，捕捉主导环境梯度的第一典型方向表现出强烈的系统发育信号：沿此方向对环境变化的物种响应，在具有共同进化历史的分类群中具有相似性。相比之下，次要典型方向显示微弱或缺失的系统发育结构。这些结果共同揭示了微生物群落组装的两种尺度视角：深度进化保守的性状主导了沿主要环境驱动因素的群落重组，而其他环境驱动的群落组成变化则反映了进化上更易变的性状。 |
| 从繁茂到生存：光波长调节管状绿藻Derbesia的光适应反应 |
Hossen, R. |
2026-06-11 |
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藻类需要特定的适应策略来应对浅海栖息地光谱变化。我们通过10天周期的光生物学和转录组学采样，研究了管状绿藻德氏藻在白光、蓝光、绿光、红光和远红光下的光合与代谢过程变化。结果显示两种截然不同的光适应策略：蓝光和绿光促进与生长相关的代谢活动，而远红光和红光则诱导类似弱光的生存策略，表现为生长减缓及核心代谢抑制。所有光照条件下的光合适应主要发生在光依赖反应阶段。蓝光和绿光促进早期适应，表现为光捕获复合体与关键转录调控因子MYB的即时激活，并通过持续激活ATP酶、ATP转运蛋白及激素信号组分实现更优适应。蓝光在长期暴露过渡期引发独特的转录转变，包括增强的环式电子传递、蛋白质合成关键调控因子、DNA复制及转录调控机制。相比之下，远红光（及程度较轻的红光）触发类似弱光适应的响应，表现为能量利用效率低下、天线系统扩大、叶绿体增殖聚集及生长速率降低。研究表明核心光色素积累与叶绿素a/b比值下降是远红光的适应响应，而白光下持续激活的核心代谢过程可能反映了德氏藻对以广谱光为主的浅海沿岸环境的进化适应。此外，本研究新测序的德氏藻株系基因组草图可作为未来羽藻目藻类分子光生物学研究的基因组资源。 |
| 亲代抚育是一种遗传电容器 |
Parey, E. |
2026-06-11 |
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亲代抚育在动物界普遍存在，对后代发育至关重要。然而，其更广泛的遗传与进化影响仍待深入探究。本研究以双亲抚育型埋葬甲虫Nicrophorus vespilloides为模型，揭示亲代抚育作为遗传电容器的作用机制：在抚育存在时允许遗传变异积累，在抚育中断时释放变异。通过实验调控抚育行为，我们证实亲代抚育抑制了与后代体型相关的遗传变异，而失去抚育后这些变异得以释放。为探究分子机制，我们构建了N. vespilloides染色体级别基因组组装，并建立了有/无亲代抚育条件下幼虫的单核基因表达图谱与表观基因组数据集。研究发现，亲代抚育缺失会诱发分子应激反应，破坏已知分子电容器蛋白Hsp83及其他潜在mRNA伴侣的表达。此外，结果表明亲代抚育通过维持开放可响应的染色质景观与冗余基因调控网络来缓冲发育过程。本研究揭示了亲代抚育如何塑造遗传变异的储存、表达与释放，对适应与进化具有广泛意义。 |
| 不同代谢应激模型对人源神经元网络的独特影响 |
Collo, L. |
2026-06-11 |
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不同的体外模型被广泛用作实验平台，用于评估神经元对代谢应激的反应，并测试缺血性卒中患者的潜在治疗方法。这些研究的结果取决于所使用的应激模型，而基于细胞活力的读数与电生理活动之间的联系仍鲜有探索。我们研究了由人诱导多能干细胞（hiPSCs）生成的人源神经元网络在三种常用代谢应激模型下的神经元网络活动：单独缺氧、氧糖剥夺（OGD）以及缺氧联合不同浓度谷氨酸。我们旨在阐明三种常用体外模型之间的差异，包括微观与电生理读数之间的关系。这些条件对神经元网络活动产生了不同的影响。单独缺氧导致活动随时间逐渐下降。相比之下，OGD引发了双相反应，其特征是活动先增加后下降。缺氧条件下高浓度谷氨酸暴露也改变了网络动态，诱导了三相模式，包括活动快速下降、短暂增加和随后下降。在所有病理条件下，神经元活动逐渐下降，并在长时间缺氧后趋向网络衰竭。再氧合后，恢复有限且依赖于条件：单独缺氧、OGD和高谷氨酸条件下的恢复有限。另一方面，低浓度谷氨酸与良好恢复相关。微观评估显示，不同条件下的细胞活力受到不同影响。OGD与最高水平的细胞死亡相关，而谷氨酸暴露，特别是高浓度，导致突触点显著减少，尽管细胞活力部分保留。这些发现表明，常用的体外缺血模型诱导了不同的神经元反应，并强调了整合电生理和结构分析以更好地表征人神经元网络中代谢应激的重要性。 |
| 高通量发现精氨酸缺失肽段，实现杜氏肌营养不良症的有效反义递送 |
Farquhar, C. E. |
2026-06-11 |
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磷酰二胺吗啉代寡核苷酸（PMOs）是获批用于杜氏肌营养不良症（DMD）的外显子跳跃反义疗法，但其临床效用受限于肌肉组织摄取能力差，需频繁高剂量给药。细胞穿透肽（CPPs）可增强PMOs的胞内递送，但传统富含精氨酸的CPPs常导致剂量限制性毒性（包括肾损伤），阻碍其临床转化。为应对这一挑战，我们开发了基于电荷的高通量色谱富集平台，可筛选超过15,000种合成肽（含非经典/非生物氨基酸序列）。该方法实现了新型低精氨酸CPPs的从头发现，其递送特性显著改善。四个先导候选物展现出高效的核内PMO递送能力，体外毒性较穿透素等标准CPPs降低约10倍。最优肽CXP1在细胞和动物模型中均表现出强效剪接转换活性与良好耐受性。在营养不良mdx小鼠中，CXP1-PMO偶联物在等效剂量下实现的外显子跳跃效果优于R6G偶联PMO。CXP1-PMO组织水平与外显子跳跃效率呈正相关，建立了明确的药代动力学-药效学关系。这些发现揭示了兼具机制创新性与转化潜力的发现策略，证明高通量平台可为DMD及相关神经肌肉疾病的反义疗法开发更高效的CPP递送载体。 |
| 基于虚拟对抗学习的稳健半监督单细胞RNA测序数据整合 |
He, C. |
2026-06-11 |
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仅依赖转录组数据的单细胞RNA测序整合方法，往往难以保留密切相关的细胞亚型之间的细微差异。这导致原始数据中可分离的细胞群在整合后可能出现过度混合，降低生物学分辨率和可解释性。整合标记基因信息有望解决这些问题，但现有标记集的变异性和复杂性限制了其有效应用。为此，我们提出scCRAFT+，一种通过虚拟对抗训练（VAT）创新性整合标记基因信息的半监督整合模型。通过联合优化标记驱动的监督信号和全转录组表征，VAT强制转录相似细胞间的局部预测平滑性，在提升整合质量和细胞类型自动注释的同时，增强了对噪声标记注释的鲁棒性。这种定向方法显著提升了注释准确性和鲁棒性，尤其在面对不完整或错误的标记基因集时表现突出。基准测试表明，scCRAFT+在整合质量和具有生物学意义的亚细胞类型自动注释方面，始终优于当前无监督和监督整合方法。 |
| 基于序列的治疗性肽分类与增强负采样 |
Ellerbrock, R. |
2026-06-11 |
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治疗性肽具有高靶点特异性、低毒性以及调控蛋白质-蛋白质相互作用的能力，然而其实验功能表征仍成本高昂且速度缓慢。直接从序列计算预测治疗功能可加速肽筛选并支持生成式设计流程，但需要可靠区分治疗性与非治疗性肽。现有多标签预测器覆盖功能较少、依赖有限数据集且假阳性率较高，限制了实际应用价值。我们提出一种轻量级CNN分类器，基于迄今最全面的治疗性肽数据库（54,655条肽，48个功能类别）进行训练。核心贡献在于采用基于马尔可夫模型的统计驱动负采样策略，生成多难度等级的多样化合成诱饵。在该受控诱饵基准测试中，我们的方法将假阳性率从先前模型的60%以上降至2.1%。经微调的五模型集成在仅需氨基酸序列输入条件下，实现了78.9%的Micro F1和54.6%的Macro F1。通过稀疏L1约束模型变体分析表明，卷积滤波器可捕获保守功能基序及统计上不可能出现的非治疗性模式，下游层整合这些信号，为网络学习生物学有意义结构提供了机制性证据。在TPpred-LE基准的泛化任务中，我们的模型达到55.3% Micro F1和38.6% Macro F1，与基于原生数据集训练的TPpred-LE（57.9%/38.1%）性能相当，同时预测的治疗功能数量是其四倍，参数量仅为四分之一。代码与模型将在https://github.com/terra-quantum-public/tq-therapep-ai公开。 |
| FluoVolt染色在活细胞电压成像中诱导光损伤 |
Akyuz, E. M. |
2026-06-11 |
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荧光电压敏感染料（VSDs）能够对活细胞膜电位进行非侵入式、高通量的光学测量，但此类测量的分析可靠性关键取决于染料及相关成像条件是否干扰研究对象。本研究系统表征了广泛使用的VSD染料FluoVolt在癌细胞系（GIN31胶质母细胞瘤和SK-MEL-30黑色素瘤）及原代人巨噬细胞中的光物理性能与细胞扰动效应。光漂白动力学呈现强细胞类型依赖性：在标准宽场条件下，SK-MEL-30细胞在400秒内完全丧失荧光信号。FluoVolt染色联合激光激发导致细胞脱落率较未染色对照组增加约2.5倍，双波长激发（488+405 nm）使GIN31细胞活力降低约17.5%。关键发现是，在未进行任何激光照射的单纯染色条件下，即可检测到细胞形态从细长型向阿米巴样表型的转变，表明存在独立于光毒性的基线染料诱导扰动。将染料浓度和负载时间减半后，这些效应显著减弱，同时仍能保持可测量的荧光信号。这些发现揭示了FluoVolt染色与激发是此前未被表征的系统性测量伪影来源，并为光学膜电位成像中的方案设计、对照选择和数据分析提供了实用且可操作的指导。 |
| 漂变驱动了岛屿快速辐射中的表型演化 |
McCullough, J. |
2026-06-11 |
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理解表型多样性产生的过程，是解释新物种如何形成的核心。进化理论预测，信号特征（如羽毛颜色）的快速进化可能促进物种形成，但实证支持并不一致。这类特征的表型分化在物种形成过程中预期会发生，但这些微进化动态很少在宏观进化尺度上被检验，或与潜在种群人口统计学相关联。在此，我们利用一个标志性岛屿鸟类辐射的完整分类群采样——该辐射曾帮助塑造了异域物种形成的早期理论。我们将全基因组数据与全身羽毛颜色的全面精细尺度数据集相结合，直接检验信号特征进化是否与谱系多样化共变，并厘清选择和漂变的作用。我们发现，颜色进化速率更快的谱系多样化速度也更快。引人注目的是，随着基因组多样性下降，颜色进化速率加快，这直接证明了遗传漂变（而非强烈的性选择或生态选择）可以驱动小型孤立岛屿种群中的快速表型变化。综合来看，这些结果提供了有力证据，表明中性人口统计过程可以加速性信号的进化，并在岛屿辐射期间表型多样性的产生中发挥核心作用。 |
| 单次试验终点总结测量无法捕捉视觉Oddball范式中的P300耦合：一项伪试验控制、交叉验证研究 |
Biber, E. |
2026-06-11 |
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单次试验的事件相关电位分析有望获取平均处理所丢弃的逐次变异性，许多研究报告早期窗口的汇总指标与后续成分振幅存在协变关系。然而，这种耦合可能源于连续脑电的时间自相关而非刺激锁时处理。我们探究了传统终点汇总指标（包括平均振幅、均方根、方差、信号复杂度指标（排列熵、样本熵、Lempel-Ziv复杂度）及Hjorth参数）在控制自相关后，能否在主动视觉oddball范式中捕获关于P300振幅的真实刺激锁时信息。通过分析ERP CORE视觉P3数据集（N=27；1084次试验，含213次靶刺激和871次标准刺激，以实验条件为协变量），我们将每个早期窗口（0-150毫秒）指标与Pz电极P300振幅建立关联，并在同一记录中随机时点生成的伪试验上重新估计所有模型；诊断依据是这种替换下的变化方向而非原始效应量。跨通道振幅和能量耦合在伪试验替换后增强，表明其依赖于背景结构。大幅同通道耦合（R²≈0.31）在替换后保持不变，且存在于包括眼电通道在内的所有电极，表明这是试验内普遍的时间连续性而非P300特异性过程。复杂度指标在群体水平呈现近零耦合，但个体水平存在方向性分裂的斜率。独立数据集（不同实验室与硬件设备；相同实验范式）复现了同通道连续性结果（N=90名参与者；83名用于伪试验拟合）以及复杂度指标的方向性分裂个体模式。因此，在控制自相关后，终点汇总指标无法捕获一致的群体水平P300耦合；复杂度指标携带的个体特异性耦合在群体水平相互抵消，这提示需要采用对个体差异敏感的分析设计。 |