| 猕猴中的声音-形状对应关系揭示了声音象征的进化根源 |
Loconsole, M. |
2026-08-01 |
PDF |
人类可靠地将某些类似语音的声音与视觉形状联系起来，最显著的是在布巴-奇奇效应中，圆形和尖刺形状分别与声音“布巴”和“奇奇”匹配。尽管这一现象常与语言和文化相关，但来自前语言婴儿和家鸡的证据表明，声音-形状对应可能反映了一种不依赖经验的知觉偏见。然而，对类人猿的研究未能检测到这种偏见，使其系统发育起源的问题悬而未决。通过使用自由选择任务，我们在九只猕猴中展示了布巴-奇奇效应，从而表明这种对应代表了脊椎动物知觉的一个保守特征，可能为人类物种中符号交流系统的后来出现提供了支架。 |
| 泛基因组图节点-表型关联分析在仅使用少量个体的情况下，展现出类似GWAS的高质量结果。 |
Carrette, C. |
2026-08-01 |
PDF |
目的：我们介绍GraNPA，即图节点-表型关联（Graph Node-Phenotype Association），一种在利用少量个体基因组序列构建的泛基因组变异图（PVG）上执行类似GWAS分析的方法，无需额外的群体材料或亲缘信息即可用于定性表型。该方法减少了关联研究所需的个体数量，并避免了此类分析中变异调用带来的参考偏差。背景：PVG代表了一组完整基因组的多个比对。它包含从单核苷酸多态性（SNPs）到大型结构变异（SVs）的所有变异，这些变异在图中表示为节点。通过将表型信息整合到节点中，我们可以为PVG中的每个节点分配一个表型评分（PS），并直接在图中识别与表型相关的区域。这些区域代表PS分布的统计显著偏移，突出其在表型中的意义。最后，GraNPA提供这些区域的位置和评分以供进一步分析。结果：该方法使用模拟数据和两个公开可用的数据集进行了测试：一个包含13个个体的PVG中的水稻Sub1A基因位点，以及一个包含24个个体的PVG中导致白头牛性状的插入变异。GraNPA的源代码可在https://forge.ird.fr/diade/graphgwas/granpa 获取，遵循GNU GPLv3许可。结论：GraNPA能够在两个模拟数据集中识别预期区域，并仅利用这些PVG中的几十个完整基因组识别出这两个已知性状的致因位点。虽然目前仅限于定性表型，但该方法为依赖PVG和少量个体的更高效方法开辟了道路。 |
| 模式抗生素产生菌天蓝色链霉菌A3(2)冷激反应的全局分析 |
Evans, T. |
2026-08-01 |
PDF |
冷休克适应对于生活在土壤中的固着链霉菌在环境温度波动下的生存至关重要，然而这一反应背后的精确调控机制仍知之甚少。本研究利用整合的RNA-seq和多聚核糖体谱分析，调查了模式放线菌天蓝色链霉菌A3(2)对冷休克的全局转录和翻译响应。在最小液体培养基中的冷休克处理触发了811个基因的显著转录变化。值得注意的是，三个操纵子——编码CspA同源物、DEAD-box解旋酶以及含胱硫醚-β-合酶（CBS）结构域蛋白和/或功能未知蛋白（SCO5921-SCO5918、SCO4684-SCO4686和SCO3731-SCO3733）——被鉴定为冷休克反应的核心参与者，表现出高达2000倍的转录诱导。系统水平的转录组分析进一步揭示了冷休克诱导的与糖异生、辅酶A代谢、苯乙酸降解、脂筏重塑和细胞外功能相关的通路激活，表明在冷适应过程中存在与膜适应协调的广泛代谢重编程。多聚核糖体谱分析揭示了启动子近端cspA同源基因下游操纵子基因的强烈翻译增强，这一过程可能由覆盖核糖体结合位点（RBSs）的RNA二级结构介导。DEAD-box RNA解旋酶和CspA RNA伴侣蛋白的显著诱导被认为反映了它们在解决链霉菌高G+C含量基因组（>73% G+C）固有的过多核酸二级结构（包括其自身操纵子内掩蔽RBS的茎环结构）中的关键需求。总之，本研究提供了对链霉菌冷休克适应的系统级全面理解，突显了一种多层调控架构，该架构将代谢重编程与RNA结构依赖性翻译控制耦合以缓解热应激。重要性 本研究首次在转录组和翻译组水平上表征了模式放线菌天蓝色链霉菌A3(2)的冷休克响应。结合基于机器学习的iModulon框架，我们的发现为代谢适应和多层调控机制（包括转录网络和RNA结构依赖性翻译控制）提供了关键见解。除了推进我们对链霉菌冷适应的基础理解外，我们在主要冷休克基因（SCO4684和SCO5921）与其下游编码DEAD-box解旋酶的基因之间的基因间区域鉴定了几个推定顺式作用调控元件。这些调控元件，加上核心冷休克操纵子异常强大的转录和翻译诱导，显著扩展了链霉菌的合成生物学工具库。最终，这些分子组件在优化和操纵这一具有重要工业意义的细菌属内隐秘抗生素生物合成基因簇方面具有巨大的开发潜力。 |
| 鸣禽中毫秒级、单神经元的信用分配 |
Scherrer, J. R. |
2026-08-01 |
PDF |
学习适应性行为需要识别在何种情境下，哪些动作会导致特定结果。这一信用分配问题对生物学习者与人工学习者都至关重要。鸣禽的发声学习呈现出一个尤为艰巨的信用分配难题：歌唱由数千个运动神经元的毫秒级精确活动控制，但歌声质量则由一个弥散、延迟的多巴胺信号编码，其时间精度低一个数量级以上。目前尚不清楚鸣禽大脑如何精确驱动特定前运动神经元在精确时间点发生改变，以提升歌唱表现。在此，我们展示了被认为支撑鸣禽发声学习的皮质-基底节回路能够以毫秒级时间精度和单神经元空间精度进行学习。我们发现，在歌曲中某一时刻，针对发声变异性生成前运动核团中一个目标神经元的活动，播放条件性干扰性听觉反馈，会导致目标神经元活动以3.2毫秒的时间精度发生适应性变化。在无关联的邻近神经元中未观察到放电率的习得性变化，从而揭示了单神经元空间精度。这些发现挑战了多巴胺介导强化是缓慢且不精确的普遍观点，并重新定义了我们对大脑中信用分配极限的理解。 |
| 脆性X综合征大鼠模型中超声发声的发育轨迹紊乱 |
Gauthier, D. W. |
2026-08-01 |
PDF |
沟通缺陷是自闭症谱系障碍（ASD）的一个定义性特征，也是非典型神经发育最早可检测的标志之一。然而，特定的遗传性ASD风险因素如何塑造发声交流的发育轨迹仍知之甚少。脆性X综合征（FXS）是ASD最常见的遗传性病因，由FMR1基因的转录沉默引起，且大多数FXS个体表现出语言发育受损和非典型发声交流。母体隔离期间产生的啮齿类动物超声发声（USVs）为研究FXS早期发声交流的发育轨迹提供了一个易处理的模型。在此，我们表征了Fmr1敲除（KO）大鼠及其同窝野生型（WT）大鼠在出生后第3至21天隔离诱导的USVs，以确定Fmr1突变是否破坏USVs在出生后发育过程中的声学结构、时间组织或序列句法。我们发现，Fmr1 KO大鼠幼崽在隔离诱导发声的高峰发育窗口（p6-p10）表现出叫声数量减少，而声学结构和时间组织基本保留。叫声转换的网络分析显示，WT幼崽从p3至p10表现出句法复杂性的渐进增加。然而，这一发育轨迹在Fmr1 KO幼崽中显著改变并延迟。综合这些发现表明，Fmr1突变不仅破坏发声产生，还破坏大鼠句法灵活性的发育扩展，凸显USV句法作为FXS模型中非典型交流发育的敏感标志。 |
| 与自闭症谱系障碍中大脑超连接和低连接相关的独特转录组学及层级组织特征 |
Vairam, A. |
2026-08-01 |
PDF |
自闭症谱系障碍（ASD）中的功能超连接和功能低连接通常被视为单一回路水平紊乱的相反表现，但其分子和层级基础仍不清楚。我们结合了来自自闭症脑影像数据交换（ABIDE I/II）的1,737名个体的静息态功能磁共振成像数据，以及艾伦人脑图谱的基因表达图谱，表明超连接和低连接是可分离的神经生物学现象，在分子特征、皮层层级嵌入、年龄组分布和认知关联方面存在差异，而非单一连接轴。超连接集中于高级皮层和小脑区域，在年龄较大的参与者中更为显著，而低连接在各年龄组中保持一致，并定位于皮层下和眶额系统。ASD与感觉至跨模态皮层梯度的重组相关，这种重组在联合网络中最为明显。与超连接和低连接相关的基因显示出部分不同的神经递质谱系，并在皮层层级中具有差异嵌入，两者均富集于跨模态皮层，并与社会认知、知觉、注意和奖赏相关功能相关联。这种分离在发育阶段、性别和症状严重程度上均得以保持。这些发现表明，超连接和低连接并非同一过程的两个极端，而是可重复的分子-层级架构中两个可分离的组成部分，为将转录组组织与ASD中的系统级脑功能障碍联系起来提供了一个多尺度框架。 |
| 假单胞菌属中抗卵菌活性的变异：表型特征与比较基因组学 |
Saric, E. |
2026-08-01 |
PDF |
致病性水生卵菌Aphanomyces astaci和Saprolegnia parasitica对生物多样性和水产养殖生产构成重大威胁，但其与宿主相关微生物的相互作用仍知之甚少。从鱼类和螯虾宿主获得的细菌分离株（n = 328）中，我们聚焦于假单胞菌属（n = 66），并确认了其先前报道的对A. astaci和S. parasitica的强抑制潜力。然而，我们的结果也揭示了拮抗作用中存在显著的种间和种内变异。为捕捉这种变异，我们选取了八个属于不同P. fluorescens、P. putida和P. syringae物种组且表现出对比性抗卵菌活性的分离株，用于进一步的表型测定和比较基因组分析。在这些分离株中，菌丝抑制对A. astaci明显强于对S. parasitica，表明易感性存在物种特异性差异。比较基因组分析显示，所分析菌株间生物合成基因簇（BGC）库存在显著变异。强抑制性分离株携带与已表征生物活性途径（包括pyoluteorin、rhizoxin、pyrrolnitrin、DAPG和orfamide）相似的候选BGC，同时还有多个未表征的簇，这些簇或在抑制性分离株间共享，或仅限于个别菌株。所有分析的基因组还包含与铁载体和HCN生物合成相关的簇。然而，体外测定显示，铁载体产生与抑制活性无明显关联，且抑制作用主要由可扩散而非挥发性化合物介导。总体而言，我们的结果表明，假单胞菌的抗卵菌活性具有物种和菌株依赖性，可能反映了多种主要为可扩散代谢物的不同组合，而非单一保守机制。总之，本研究为未来解析微生物对水生卵菌病原体拮抗机制的工作奠定了基础。 |
| 小鼠suppressyn-like 1通过包膜糖蛋白识别抑制膜融合 |
Sugimoto, J. |
2026-08-01 |
PDF |
细胞-细胞融合是组织形态发生、再生及病毒感染所需的基本生物学过程。在哺乳动物中，滋养层融合对胎盘发育不可或缺，并由内源性逆转录病毒（ERV）来源的融合蛋白（称为合胞素）介导。尽管多种ERV来源蛋白促进膜融合，但对进化上保守的负调控机制知之甚少。我们鉴定了一种此前未被表征的小鼠ERV包膜来源蛋白，它能强效抑制合胞素介导的膜融合，并将其命名为小鼠抑制素样1（mSUPYNL1）。与通过受体干扰抑制融合的人类抑制素（hSUPYN）不同，mSUPYNL1以不依赖受体使用的方式抑制小鼠和人类合胞素介导的融合。机制上，mSUPYNL1直接与多种合胞素包膜糖蛋白的表面（SU）亚基结合，揭示了一种此前未被识别的、不依赖受体的膜融合调控机制。出乎意料的是，这一活性延伸至内源性融合蛋白之外。mSUPYNL1还直接与人类T细胞白血病病毒1型（HTLV-1）的SU糖蛋白（gp46）结合，显著抑制病毒诱导的合胞体形成，而人类抑制素在该检测中未显示可检测的抗病毒活性。这些发现将mSUPYNL1鉴定为包膜糖蛋白介导膜融合的广谱抑制剂。为明确其生理背景，我们生成了mSUPYNL1敲除小鼠，并通过原位杂交、免疫印迹和报告基因敲入分析表征基因表达。与hSUPYN局限于胎盘的表达模式不同，mSUPYNL1广泛表达，其最显著定位在孕子宫的蜕膜基质细胞和血管内皮细胞，以及包括脾脏和胸腺在内的造血组织。综上，我们的发现揭示了一类此前未知的ERV来源融合抑制因子，它们通过直接结合病毒包膜糖蛋白而非受体干扰发挥作用。这些结果扩展了ERV蛋白驯化的现有概念，证明内源性逆转录病毒包膜蛋白不仅进化出促进膜融合的功能，还进化出抑制膜融合的功能，为胎盘发育、抗病毒防御和宿主进化适应之间提供了机制联系。 |
| 空间种群结构可以逆转突变负荷对细胞死亡-出生比率的依赖性 |
Mondal, S. S. |
2026-08-01 |
PDF |
扩增中的细胞群体，包括细菌菌落和肿瘤，在生长过程中会持续积累突变。然而，尽管临床研究显示较高的肿瘤更替率与不同癌症患者预后好坏均相关，但在空间结构化群体中，突变负担如何依赖于细胞死亡与出生比率的问题尚未得到解决。这一问题对有害突变尤为重要，因为当环境变化（如治疗开始时）这些突变可能变得有利。突变积累已在充分混合群体中得到广泛研究。在此，我们推导出一个新的闭式近似公式，用于在细胞死亡非零时、特定群体大小下的平均有害突变负担，作为与空间结构比较的基线。我们表明，空间结构——实体瘤的一个定义性特征——能从根本上改变突变负担对死亡与出生比率的依赖方式。在充分混合群体中单调增加的关系，在空间扩展群体中可能变为非单调甚至递减，这取决于群体大小和突变体的适应度代价。这些结果为理解为何较高肿瘤更替率与不同患者及癌症类型的预后改善或恶化相关提供了机制框架。对环境变化（如治疗启动）后菌落再生长概率的分析揭示了类似模式：空间结构可以逆转或重塑这种依赖性。总体而言，我们的发现确立了空间结构作为细胞死亡与出生比率如何塑造突变积累的关键决定因素，对解释临床数据和预测肿瘤演化过程中预先存在突变体的负担具有重要意义。 |
| 造礁珊瑚局部（不）适应的基因组可重复性与可预测性 |
Meziere, Z. |
2026-08-01 |
PDF |
气候变化对生物多样性构成日益严重的威胁，种群的存续在很大程度上取决于其适应不断变化的环境条件的能力。尽管迫切需要预测局部的适应潜力，但目前尚不清楚此类预测如何受到物种分布范围内局部适应背后的基因组结构的影响。在本研究中，我们考察了短距离扩散珊瑚Stylophora pistillata局部适应的基因组基础，该珊瑚样本采集自澳大利亚大堡礁八个礁体的四十六个地点。我们的结果表明，该物种的热适应涉及数百个基因组位点，其组合在不同地理区域间存在差异。尽管适应性位点大多具有区域特异性，但基于整个大堡礁估算的基因型-环境关系能够预测区域层面的适应模式。在气候变化预测下，基因型-环境关联的预期变化在空间上高度变异，无论是在地理区域之间还是区域内部。虽然到2050年，一些种群可能已充分适应中等程度的气候变暖（SSP1-2.6和SSP2-4.5情景），但在高排放（SSP5-8.5）情景下，到2100年，多达30%的种群可能面临严重的适应不良风险。总体而言，这些发现为珊瑚适应潜力的空间分布及其如何影响珊瑚在变暖海洋中的韧性提供了新见解。 |