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同期Science发表三篇中国学者成果

2016.10.24

  最新一期(10月20日)Science杂志公布了三项中国学者的最新成果:首次解析了生物最古老的光受体之一——隐花色素的工作机制、揭秘脊椎动物颌演化之路,以及2型Ryanodine受体RyR2门控机制的结构基础。

  首先来自福建农林大学的研究人员首次解析了生物最古老的光受体之一——隐花色素的工作机制,确定了隐花色素在不同光信号下的活性表现,为未来提高农林作物光合作用效率,精准调控农林作物花期等农业生产关键技术的开发利用提供重要的理论基础。

  隐花色素就是一种负责告知植物何时生长及何时开花的蓝光光敏传感器的重要元件。隐花色素首先是在植物中被鉴别出来,后来在动物中也发生了它们,在两种生物中隐花色素均与昼夜节律(机体生物钟)有关。这项研究首次解析了隐花色素隐花色素的工作机制,确定了隐花色素在不同光信号下的活性表现,极大提升了福建农林大学的蛋白质工程技术水平,从而提升了其创新能力以及其对福建经济发展的服务能力。

  其次中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏与瑞典乌普萨拉大学阿尔伯格联合团队在脊椎动物颌演化研究领域取得重大突破。

  他们报道了一种4.23亿年前的志留纪盾皮鱼——长吻麒麟鱼(Qilinyu rostrate),填充了硬骨鱼式的全颌与盾皮鱼式的原颌两种状态之间的形态学鸿沟,在国际上首次提出全颌盾皮鱼类与硬骨鱼类的上颌骨、前上颌骨及齿骨与原颌盾皮鱼类的颌部骨板是同源的理论,将人类的颌骨向前一直追溯到最原始的有颌脊椎动物——原颌盾皮鱼类中。

  这一关键突破“扫除了我们在脊椎动物颌演化认识上一个大的盲区”,《科学》杂志在同期的观点栏目(Perspective)中专门配发了古脊椎动物学会主席、澳大利亚弗林德斯大学约翰·朗教授题为“颌之初”(First jaws)的评论文章。评述称,来自中国的系列发现“正改变盾皮鱼类已经灭绝的认识,盾皮鱼类成为理解脊椎动物的身体结构如何在久远的过去一步步演化而来的关键”。

  2013年,朱敏等人在英国《自然》(Nature)杂志上报道了全颌盾皮鱼类的第一个成员初始全颌鱼,立即引起了广泛关注。全颌鱼被称为“一条令人瞠目结舌的鱼”,并被誉为“过去百年最重要的化石发现之一”。但不久,更多的全颌盾皮鱼类化石被发现了,看来这个类群也曾“割据一方”,虽然生存时间和范围很有限,但一度十分兴盛,占领了多样的生态位。最新报道的长吻麒麟鱼既拥有能明确无误地将它归入全颌盾皮鱼类的特征,外形又在很多地方与已经发现的初始全颌鱼有很大不同,充分体现了全颌盾皮鱼类的多样化程度。

  这副“不完全的全颌” 展现了颌早期演化的一个中间状态:麒麟鱼的颌已经告别盾皮鱼类的原始模式,进入新的演化阶段,膜质骨片开始向口外延伸,包覆并加固颌部,但还未达到全颌鱼的完善程度。这进一步揭示了全颌模式的演化历程,支持了上述第二种关于全颌模式如何演化的理论,建立起硬骨鱼类的上颌骨、前上颌骨和齿骨与盾皮鱼类的三对颌部骨板的同源关系。人类的颌骨不仅能追溯到硬骨鱼类和全颌鱼,更可以追溯到我们更古老的远祖——原颌盾皮鱼类中。

  此外,清华大学医学院颜宁研究组揭示了目前已知分子量最大的离子通道Ryanodine受体RyR2亚型处于关闭和开放两种状态的三维电镜结构,探讨了RyR2的门控机制。

  研究组报道了RyR2处于关闭和开放两种不同状态的近原子分辨率冷冻电镜结构,研究人员通过比较关闭和开放状态的两个结构,发现位于穿膜区域负责通透离子的通道有明显的变化:在开放构象中,该通道发生扩张,从而使得钙离子能够顺利地从肌质网内部转移到细胞质中。RyR细胞质一侧的可溶区域占据整个蛋白很大的比例,在开放状态下,这部分区域向着肌质网膜靠近,同时还伴随着一定程度的旋转。通过对RyR2中每个相对独立的结构域的仔细比较和分析,

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