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Cotranscriptional Role for Arabidopsis DICER-LIKE 4 in Transcription Termination
文献链接 http://www.sciencemag.org/content/335/6076/1621.abstract
2012年3月30日出版的英国《科学》杂志发表了DICER蛋白新作用的研究论文。英国科学家一项针对拟南芥的研究表明，转录阶段后期也很重要。该发现可能适用于包括人类在内的其他生物。基因表达即生物体的DNA转录成为可利用的产物，需要通过启动子或一个外部触发信号激活。转录终止是转录的最后阶段。成功的转录终止取决于将DNA的正确区段转录为RNA，并包含特定长度的尾巴。英国约翰英纳斯中心的研究人员发现，在转录终止没有通过正常机制而发生的地方，DICER-LIKE 4 (DCL4)会介入整理。如果不发生终止，转录会沿着染色体持续进行而不进行检查。DCL4通过这种方式在转录终止过程中起重要且之前并不知道的作用。它有助于基因产物的形成。DCL4通常被认为是在相反效果即基因沉默中起作用。
Caroline Dean教授说，DCL4是转录过程的一个援助，帮助基因成功的表达。这项研究有助于解释为什么基因沉默在转基因中出现的更频繁。因为之前并不了解应该更注意一个基因的末端。“我们的研究表明，对于基因的成功表达，基因的末端和起点同样重要”。当转录终止失败，会有大量异常RNA生成—这就是一个细胞质量控制机制的部分退化。而这对基因组中和异常的RNA配对的其他序列产生影响。Dean说，如果一个基因没有正确的终止，异常RNA会触发沉默通路。DCL4可以介入解救错误的转录终止，使其在成功的基因表达和基因沉默过程中都十分重要。

中科院发现三个拟南芥bHLH 转录因子与植物耐Cd有关
Co-overexpression FIT with AtbHLH38 or AtbHLH39 in Arabidopsis enhanced cadmium tolerance via increased cadmium sequestration in roots and improved iron homeostasis of shoots
文献链接http://www.plantphysiol.org/content/early/2011/12/19/pp.111.190983.abstract?sid=2eb1b76f-38b3-4d44-b02c-2292940414db
镉是生物毒性很强的重金属之一。近年来, 由于工业“三废”的排放以及大量化肥的施用, 导致土壤Cd污染日益严重。土壤中Cd极易被植物根吸收，转入地上部和种子中积累。Cd在植物体内的积累不仅影响植物的生长发育, 造成产量和品质下降，更严重的是通过食品进入人体，影响人类健康。因土壤Cd等重金属离子污染通常是一种面源污染，如何降低植物对Cd的吸收以及控制Cd向可食部位的转移是目前国际上研究植物重金属毒害的热点。
中国科学院遗传与发育生物学研究所凌宏清实验室的研究发现三个拟南芥bHLH 转录因子（FIT、AtbHLH38 和 AtbHLH39）参与植物对Cd胁迫的响应。在高Cd胁迫时，这三个基因的表达上调。而且双过量表达FIT/AtbHLH38和FIT/AtbHLH39，转基因植株表现出比野生型更耐受Cd的胁迫。分子和生理实验证明双过量表达FIT/AtbHLH38和FIT/AtbHLH39植物提高Cd的耐受性，主要是FIT与AtbHLH38或AtbHLH39的互作，组成性启动了一些与重金属区隔化的基因（如HMA3、MTP3、IREG2和IRT2）的表达，从而将大量吸收的Cd区隔化在根部，降低了向地上部的转运。同时FIT与AtbHLH38或AtbHLH39的互作还组成性启动了nicotiananmine(NA)合成酶基因（NAS1和NAS2）的表达，在植物体内催化更多NA合成。因NA是植物体内活化和转运铁的主要螯合物，它的增多可增强Cd胁迫时铁离子向地上部的转运，从而缓解由Cd胁迫引起的植物缺铁并发症。该研究首次系统研究和报道了植物吸收、转运Fe和Cd离子的互作分子机制，研究结果为培育耐Cd农作物新品种提供了新的思路。

PNAS：决定植物“个头”的机制被破解
Regulation of inflorescence architecture by intertissue layer ligand–receptor communication between endodermis and phloem
文献链接 http://www.pnas.org/content/early/2012/03/30/1117537109.abstract
日本一项研究发现：植物体内几种蛋白质的结合程度决定了植物的“身高”。这一发现有望帮助提高农作物生产率。
植物会为适应环境而控制自己的高度，此前研究已知，“ERECTA”蛋白质作为一种受体，与植物的高度有关，但其发挥作用的机制一直未能探明。
日本奈良尖端科学技术大学院大学研究人员在美国新一期《国家科学院学报》网络版上报告说，他们使用拟南芥，研究了在其茎部内皮细胞中产生的“EPFL4”和“EPFL6”这两种蛋白质，结果发现这两种蛋白质与“ERECTA”蛋白质结合后，拟南芥的“身高”会迅速增加，如果这两种蛋白质出现缺陷，拟南芥“个头”会明显偏矮。
生物体内存在决定其特性的“开关”，如同钥匙插入锁孔才能打开锁一般，细胞受体只有与配位体相配合才能发挥作用。研究人员发现这两种蛋白质就是与植物长高有关的配位体。研究人员说，通过阻碍或者促进这两种蛋白质发挥作用，有望开发出不通过转基因也可控制农作物高度的技术，从而提高其生产率。

Nat.Commu.：李家洋等发现水稻分蘖重要调控新机制
Degradation of MONOCULM 1 by APC/CTAD1 regulates rice tillering
文献链接 http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n3/full/ncomms1743.html
中科院遗传与发育所、中国农业科学院等单位研究人员发表了题为“Degradation of MONOCULM 1 by APC/CTAD1 regulates rice tillering”的文章，发现了水稻分蘖重要调控新机制：水稻TAD1 (TILLERING AND DWARF 1) 直接调控MOC1，这对于水稻产量研究具有重要意义。相关成果公布在《自然—通讯》（Nature Communications）杂志上。
水稻的分蘖是决定产量的一个重要农艺性状。适当的分蘖数目直接决定水稻的产量。水稻的分蘖不仅是直接调控产量的一个关键农艺性状，同时也是在植物生物学中决定株型建成的一个核心科学问题。在过去十余年，植物基因组学国家重点实验室的李家洋院士及其合作者对水稻分蘖的调控机制进行了系统深入研究。
在早期的工作中，李家洋院士等以水稻单分蘖突变体moc1（monoculm 1）为材料，解析了其野生型基因MOC1调控分蘖的分子机理，发现MOC1编码一个植物特异的转录因子。MOC1控制分蘖芽的起始和生长等过程，是调控分蘖芽生长发育的主控因子（Li et al., Nature, 422: 618-621, 2003）。MOC1的发现和功能分析是单子叶植物分枝机理研究领域的重大突破，引起了国内外学术界的广泛关注。
MOC1作为一个调控分蘖的主控因子，其本身的调控机制机理不甚明了。在进一步的研究中，李家洋院士与中国水稻所钱前研究员等合作研究发现水稻TAD1 (TILLERING AND DWARF 1) 直接调控MOC1，因而揭示了调控水稻分蘖的一个重要分子机理。通过对多分蘖突变体tad1以及单分蘖突变体moc1的遗传分析，李家洋院士等发现TAD1作用于MOC1的上游。生化研究发现TAD1和MOC1位于同一个蛋白复合物中并直接互作。分子遗传学分析发现TAD1编码一个细胞分裂后期启动复合物（anaphase-promoting complex，简称APC/C）的共激活蛋白。APC/C是一个在真核生物中功能高度保守的E3泛素连接酶，参与降解细胞周期中的关键调控因子，从而促进细胞周期的进程。李家洋院士等证明TAD1直接作用于MOC1，导致后者以依赖于细胞周期进程的方式降解。该项研究揭示了通过细胞周期调控分蘖以及植物株型建成的新机制。
李家洋院士等对MOC1、调控分蘖角度的LAZY1、理想株型基因IDEAL PLANT ARCHITECTURE1以及对TAD1等关键因子的系统深入功能解析，建立了调控水稻株型建成的基本工作模型。

Cell：戚益军发现小RNAs介导DSB修复
A Role for Small RNAs in DNA Double-Strand Break Repair
文献链接：http://www.cell.com/abstract/S0092-8674(12)00295-4
北京生命科学研究所的研究人员发现了一类在DNA双链断裂（double strand breaks, DSBs）修复中起重要作用的小分子RNA。相关研究论文“A Role for Small RNAs in DNA Double-Strand Break Repair”于3月22日在线发表在《细胞》（Cell）杂志上。
领导这一研究的是北京生命科学研究所的戚益军研究员，其研究兴趣主要包括RISC的形成，小分子RNA如何识别和导致同源染色质的修饰，RNAi组分如何在不同通路中特异化，以及小分子RNA在拟南芥和衣藻生长发育过程中的作用。
DNA作为细胞生命活动最重要的遗传物质，保持其分子结构的完整性和稳定性对于细胞的存活和正常生理功能的发挥具有重要意义。包括电离辐射、化疗药物及细胞代谢产物在内的多种外源和内源性因素都能引起不同形式的DNA损伤，其中DNA双链断裂是一种最严重的DNA损伤形式。DNA双链断裂可以导致突变、基因组不稳定性和细胞死亡，因此DNA双链断裂的修复对保持基因组的完整性和细胞的存活至关重要。真核生物具有复杂的DNA双链断裂（DSBs）修复机制，通过一系列的传感器蛋白、传导蛋白和效应器蛋白协同发挥作用。
在这篇文章中，研究人员在拟南芥和人类细胞中证实DNA双链断裂位点邻近序列生成了21个核苷酸的小RNAs。研究人员将这些小RNAs命名为DSB诱导小RNAs(diRNA)。研究人员进一步在拟南芥中证实diRNAs的生物合成需要PI3激酶ATR、RNA核糖核酸聚合酶IV (Pol IV)和Dicer-蛋白的参与。上述因子和Pol V突变可显著降低DNA双链断裂修复效率。此外，研究人员还证实在拟南芥中diRNAs是通过Argonaute 2 (AGO2)招募而参与调控DNA双链断裂修复的。在人类细胞中，研究人员证实敲除Dicer和Ago2可抑制DNA双链断裂修复。
这些研究结果表明小RNAs在DNA双链断裂的修复信号通路中发挥了保守的重要功能，diRNAs有可能充当了向导分子引导了染色质修饰或将蛋白质复合物招募到DNA双链断裂位点促进了修复。为人们对DNA双链断裂修复机理的认识提供了突破性的新概念。

Cell Metab：运动和咖啡因会改变你的DNA
Acute Exercise Remodels Promoter Methylation in Human Skeletal Muscle
文献链接：http://www.cell.com/cell-metabolism/abstract/S1550-4131(12)00005-8
你可能会认为不管做任何事情，自己遗传的DNA都是不会受影响而改变的，但在某种意义上说，这一想法是错误的。在三月Cell出版社的《细胞代谢》杂志上，研究人员发表报告称当身体处于健康状态时，不怎么运动的男性和女性在运动锻炼几分钟后，他们体内的DNA会出现瞬间变化。更让人惊奇的是，这项研究表明我们早晨喝的咖啡中咖啡因成分也可能会以相同方式影响肌肉中的DNA。
运动基本上不会改变人体肌肉中的遗传密码，但这些运动肌肉内的DNA分子的化学性质和结构却以非常重要的方式改变了。这些DNA精确位置的修改似乎是肌肉产生力量的遗传重新编程的早期事件，并最终也是肌肉结构稳定和运动产生代谢益处的早期变化。
瑞典卡罗林斯卡医学院的Juleen Zierath说：我们的肌肉是真的是可塑的，这就是我们常说的“吃什么补什么”/“你吃什么就吸收什”。肌肉会对你做了什么做出相应的改变，这种情况是允许发生的，如果你不合理运用它，那你将会失去这一功能。
这里所谈的DNA变化就是表观遗传修饰，涉及到DNA的化学标记物以及已知序列As、GS、TS和Cs的获得或缺失。这项新的研究表明经过一阵运动后骨骼肌内中的DNA比运动前只存在有更少的化学标记物（尤其是甲基组）。肌肉中DNA的这些变化参与了肌肉适应运动锻炼所需重要基因的“开启”过程。
当研究人员在实验室器皿中观察肌肉的收缩过程时，他们看到了类似的DNA甲基组丢失/损耗现象。将分离出的肌肉组织暴露于咖啡因环境下同样也有类似现象。
Zierath解释道：咖啡因并不会模拟运动这一过程让肌肉产生收缩，她不建议任何人在运动场所喝上一杯咖啡。因为这么做的话容易让人产生误解，认为运动员锻炼所到的好处可能与喝咖啡有关。
从广义上讲，这一研究结果为证实我们的基因组比过去所认知的更富有活力提供了更多的证据。表观遗传修饰能以一种非常灵活方便的方式开启再关闭基因，他们允许我们细胞中的DNA随着环境变化而做出相应的调整。
Zierath说：“运动可以当作一种药，也许慢跑就能改变我们的基因组，让我们更健康。而对于那些不运动的人来说，研究也指出也许含咖啡因的药品也能代替运动，产生类似功效”。

Nature：独立于基因的生物钟机制
Ancient Body Clock Discovered That Helps Keep All Living Things On Time
文献链接：http://www.sciencedaily.com/releases/2011/01/110126131540.htm
英国剑桥大学研究人员报告说，首次发现人类血液红细胞中也存在生物钟。与其他细胞拥有脱氧核糖核酸（DNA）等遗传物质不同，红细胞中没有DNA，因此它不会像过去认为的那样，根据基因发出的信号来调整活动节律。研究人员探测发现，红细胞中一种名为peroxiredoxin的抗氧化蛋白的含量会出现24小时的周期性起落，这说明有另一种生物钟机制在起作用。
英国爱丁堡大学等机构的研究人员在同期《自然》杂志上发表另一份研究报告说，他们在海藻中也发现了类似现象。虽然海藻细胞中有DNA等遗传物质，但在黑暗环境中其DNA不会作为生物钟的“驱动齿轮”而转动。研究人员在黑暗环境中也探测到海藻细胞中同一种抗氧化蛋白的含量有周期性起落现象。
这两项研究说明，除了基因以外，还存在驱动生物钟运行的“第二齿轮”。由于这种抗氧化蛋白在细胞新陈代谢中扮演着重要角色，研究人员认为“第二齿轮”的驱动力应该来自新陈代谢机制本身。
爱丁堡大学的安德鲁·米勒教授说，海藻是一种极为古老的生物，因此这种与新陈代谢有关的生物钟机制很可能已经存在数十亿年之久，并在进化中成为人类等生物体内普遍存在的现象。这一发现还说明生物钟比人们以前所知更精密、更复杂，需要更多深入研究。
此前研究发现，如果生物钟因坐飞机、上夜班等原因被扰乱，常会引起新陈代谢紊乱和不舒服，甚至有可能导致糖尿病等疾病，本次研究进展将有助于相关领域的进一步探索。

Nature：抗癌治疗新方法-控癌基因开关的分子合成成功
Selective inhibition of BET bromodomains
文献链接：http://www.nature.com/nature/journal/vnfv/ncurrent/full/nature09504.html
为了阻止肿瘤生长蔓延，科学家们不断从各个途径不懈努力。美国科学促进会、英国《自然》杂志网站近日报道，美国达那·法博癌症研究所一个国际联合研究小组研制了一种分子，能让控制癌症的基因指令失效，从根本上抑制了癌症肿瘤的生长。
新研究演示了一种蛋白质能向癌症基因发出“停止”和“开始”命令，这种蛋白就是表观基因“阅读”蛋白，也正是今后癌症治疗所瞄准的目标。
近几年，控制癌症基因行为的研究有了很大发展，用控制基因开关的方法治疗癌症效果明显。论文主要作者、达那·法博癌症研究所詹姆斯·布雷德纳说，如果能关掉一个癌细胞的生长基因，细胞就会死亡。相反，如果打开一个正常组织基因，会让癌细胞变成正常的组织细胞。
他们研究的是一种罕见却极具侵袭性的癌症，即儿童与青年睾丸核蛋白中线癌（NMC），这是一种完全由基因特征来定义的疾病——BRD4-NUT基因易位。这种癌症很顽固，常在胸部、头、颈等沿着身体竖直中线部位发生，临床中尚无有效治疗方法。化疗只在短期内有效，最终无法阻止肿瘤蔓延。
NMC癌症是由染色体“换位”引起，两个来自不同染色体的基因连接在一起，这种异常的合并蛋白称为BRD4-NUT。
细胞中的基因指令就像是一种“书签”，染色质基板上的表观基因为“书写”蛋白，另一组表观基因好比橡皮擦，称为“抹擦”蛋白，能清除书签。而第三种表观基因蛋白，是一种能“阅读”指令“书签”的蛋白，从而控制基因开关，这正是研究人员瞄准的目标。
有科学文献指出，某些镇定类的药物如安定（Valium）、阿普唑仓（Xanax）和络艾塞半（Ativan）等，能降低BRD4的效力。以此为线索，布雷德纳和另一位研究者齐军（音译）开发出一系列分子，并观察它们能否抑制BRD4-NUT基因中的“阅读”蛋白。
结果，有一种组合分子做到了这一点，研究人员将其命名为JQ1。这种组装分子是一套组装起来的“表观基因组”，能影响细胞的多层机制，从而控制基因行为。它兼具两种功能：一是锁住NMC癌细胞中的异常蛋白，二是让它们停止分化复制，“忘记”自己癌细胞的身份，逐渐恢复成正常细胞的样子。
他们从病人身上移植了NMC癌细胞到实验室小鼠身上，并给一些小鼠使用了JQ1分子。布雷德纳说，效果非常明显，所有接受了JQ1分子治疗的小鼠都活了下来，而没用JQ1的都死了。
目前，齐军及其团队正在扭转分子形状，以发挥其最大功效。布雷德纳还指出，由于能传送选择性分子给致癌蛋白，让它们停止癌症程序，这就把副作用降到了最低。开发JQ1或此类分子药物，可能会产生第一个专为NMC病人设计的个体化治疗，也将为抗癌治疗带来一种新方法。

Small：自组装的DNA分子开关成功研制
Encoded multichromophore response for simultaneous label-free detection
美国杜克大学研究人员称，他们利用携带全部生命信息的DNA的独特双螺旋结构，将经过改造的DNA片段和其他分子进行简单混合，即可制造出无数个同样的、细小的、像华夫饼干一样的器件。利用这种技术，将来或只需一天时间就可达到现在全球每月的芯片生产量。
杜克大学电子和计算机工程学副教授克里斯·德维耶认为，下一代电脑中或将不再使用硅芯片，而使用由DNA片段制造的逻辑芯片。
DNA由多对核苷酸碱基组成，这些碱基之间的关系非常密切，德维耶团队通过将这些碱基对以不同的顺序进行排列，得到了不同的DNA片段。这个过程类似于玩拼图游戏：混乱的拼图碎片会慢慢找到它们的邻居，最终成为一幅完整的拼图。研究人员要做的则是将无数个拼图碎片放在一起，然后拼出无数个同样的拼图。
在德维耶的实验中，“华夫饼干”“拼图”有16块，光敏分子放置在“拼图”的脊线上。当光线照射在光敏分子上时，光敏分子吸收光线，刺激电子，释放出的能量会使附近的另一类光敏分子吸收这些能量，并发射出不同波长的光线。仅用一个探测器就可将输出光线与输入光线区别开来。
研究证明，这些纳米结构能够有效地进行自组装，当在其上添加不同的光敏分子时，这个“华夫饼干”会显示出独特的“可编程”特性，因此，通过使用光线来刺激这些光敏分子，研究人员就能够制造出简单的逻辑门（开关）。使用更大一些的“华夫饼干”，可制造出更复杂的电路，而且这种可能性是无限的。
传统的电路使用电流快速地在“0”和“1”之间切换，而在新的器件中，光线可刺激由DNA制造的开关作出同样的反应，且速度更快。德维耶称，这是人们首次证明分子具有如此活跃且快速的处理和传感能力。
德维耶指出，这些“华夫饼干”器件可成为未来计算机芯片的基本组件。由于这些纳米结构从根本上来说就是传感器，因此，它亦可应用于生物医学。研究人员可据此制造出细小的纳米器件，以对作为疾病标识的不同蛋白作出反应。

PLoS One：HIV-1 Vpu蛋白诱导细胞凋亡的机制
The HIV-1 Vpu Protein Induces Apoptosis in Drosophila via Activation of JNK Signaling

人类免疫缺陷病毒1型(HIV-1)的基因组除了能够编码病毒结构蛋白外，还能表达额外的增强病毒基因表达、病毒传染性及病毒颗粒产量的蛋白。
Vpu是一个16kDa的膜蛋白，是由包膜前体mRNA编码，它表达于病毒生产的晚期并通过膜孔的形成增强艾滋病毒的复制，也能够促进HIV-1感染的人类T淋巴细胞的凋亡。Vpu的一些功能依赖于它与泛素蛋白酶体蛋白降解系统的相互作用，但是由于它促进凋亡的机制复杂，目前还不甚明确。
为此，法国凡尔赛大学的研究人员利用果蝇模型来研究体内Vpu的功能。实验发现，在果蝇翅膀发育过程中Vpu的表达会导致组织丢失，这可能是通过caspase（含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶）介导了细胞凋亡。此外，Vpu引起凋亡基因reaper的表达，下调了凋亡蛋白(IAPs)的抑制物（抗caspase E3泛素连接酶）。事实上，Vpu同时也减少了果蝇IAP1（果蝇凋亡调控因子，DIAP1)的累积。
研究结果阐明了IAP1 Vpu与SLIMB/β-TrCP蛋白物理上的相互作用。与哺乳动物一样，SLIMB/βTrCP依赖的或者是非依赖的Vpu作用都在果蝇翅膀中被观察到。
通过失活c-Jun氨基末端激酶(JNK)通路，这些组织中Vpu的促凋亡作用可以被终止。此次研究表明，Vpu通过激活保守的JNK通路促进了细胞凋亡，这也是第一次提供功能学证据证明了这个结论。相关论文发表在3月29日的美国《公共科学图书馆·综合》（PLoS One）上。

Nature：加州大学研究人员发现密码子包含蛋白质合成速度信息
The anti-Shine–Dalgarno sequence drives translational pausing and codon choice in bacteria
加州大学的研究人员发现了隐藏在遗传密码中以前从未被认识到的信息。他们的这一发现得归功于加州大学开发的一种叫做核糖体作图(ribosome profiling)的技术，该技术可对活细胞内的基因活性进行测定—包括基因所编码的蛋白质翻译的速度。相关研究论文3月28日在线发表于《Nature》。
通过对细菌中蛋白石产生的速度进行测定，该研究团队发现，细微的遗传变化都会带来强烈的影响，即便是看起来并不怎么重要的、被称为“无表型突变”—即对基因中的某个碱基进行替换而不改变最终的基因产物—的遗传改变也是如此。令人惊讶的是，科学家们发现这些改变可导致蛋白质生产速率降低到正常速度的十分之甚至更低。
发表在Nature上的研究论文称，这种速率的变化是由冗余密码子—组成遗传密码一部分的小段DNA—中所包含的信息引起的。它们被认为是“冗余的”是因为它们此前被认为其含有的信息只是简单重复，而非唯一的结构。
该新发现挑战了生物学中盛行了半个世纪的基本假说。这还可能帮助加速蛋白质的工业生产，这对于生物燃料生产以及用于治疗许多常见疾病（从糖尿病到癌症）的生物药的生产来说影响深远。
“遗传密码一直被认为存在富余现象，但冗余密码子显然并非完全一样，”加州大学霍华德?休斯医学研究所的Jonathan Weissman博士说。他说道：“我们以前对该规则了解不多。”
不过现在新的研究表明，自然选择也在冗余密码子中基于遗传速度及遗传意义而发生着。
举个相似的例子，一个人在向朋友发短信时可能选择用“NP”带代替“No problem”。这两者所代表的意思是一样的，但是打NP明显要比打No problem快的多。
关于DNA密码子
地球上的所有生命都将遗传信息储存在DNA中（某些病毒将遗传信息存在RNA中）并将DNA所携带的信息表达为蛋白质，以此而构建细胞组分、执行生命的遗传指令。
地球上所有器官中的所有组织中的每一个活细胞都在持续地进行基因表达并翻译为蛋白质，贯穿着每个生命的整个生命周期。我们所消耗的大量能量无非就是这些基本过程所提供的。
遗传信息是一套基本的指导DNA翻译为蛋白质的通用指令信息。DNA基因由四种被称为碱基或核苷酸（通常由A、G、C、T四个字母表示）组成。但是蛋白质是由20种不同的氨基酸组成的。
要编码所有20种氨基酸，遗传密码需要每次读取基因上3个碱基来对应蛋白质中的一个氨基酸。这种三联的DNA碱基就被称为密码子。不过由于四种碱基进行三三组合可形成64种可能的组合，而生命所需的氨基酸仅20种，密码子的数量超过了需求量。故同一种氨基酸会对应着这64个密码子中的数个密码子。
科学家们50年前就知道了这种密码子的富余现象，但是直到最近几年，越来越多生物（从家养的犬类到野生的老鼠）的基因组被解码，科学家们已经意识到，并非所有富余的密码子都发挥等同的作用。
许多的生物会明显偏好编码同一个氨基酸的数个密码子中的其中一个，即便是在不管选用哪个密码子其结构都相同的情况下。这就出现一个无法回避的问题：既然富余的密码子作用都是一样的，为什么自然选择会对其中一个有偏好。新的研究完美地回答了这个问题。

JBC：A3F抑制HIV-1复制的机制
Signals in APOBEC3F N-terminal and C-terminal Deaminase Domains Each Contribute to Encapsidation in HIV-1 Virions and Are Both Required for HIV-1 Restriction
人类胞嘧啶脱氨酶APOBEC3F(A3F)及APOBEC3G(A3G)抑制了人类免疫缺陷病毒1型(HIV-1)的复制。当缺乏HIV-1 Vif（Vif对HIV并非必不可少，但可能影响游离HIV感染性、病毒体的产生和体内传播）时，A3F/A3G合并组装病毒颗粒，并在随后被感染的靶细胞发挥抗病毒功能。
A3F及A3G合并成病毒颗粒，随后在蛋白酶成熟的病毒颗粒核心内的形成衣壳化，这些作用有可能对这些蛋白的抗病毒功能是重要的。在这篇文章中，美国范德堡大学医学院John P. Donahue等人阐明了在成熟的病毒颗粒核心A3F被定量衣壳化的机制。相关论文发表在3月28日的The Journal of Biological Chemistry。
与A3F显著的不同，A3G分布在病毒颗粒核心内及核心外。通过分析一系列包含N端及C端脱氨基酶的A3F-A3G嵌合体，鉴定了一个位于A3F的C末端脱氨酶结构域的14个氨基酸片段，发现它可以促进优先的衣壳化及抗HIV活性。位于这个C端区域的氨基酸残基L306被发现对这些功能是必需的但不是充分的。在N端脱氨酶结构域的氨基酸残基W126被发现也促进了优先的衣壳化以及A3F的抗病毒活性。对A3F（W126A L306A)双重突变株的分析表明，这两种残基对完整的抗HIV功能是必需的。
这项研究增进了对A3F病毒颗粒衣壳化及抗病毒功能的机制的了解，也将会促进抑制HIV-1复制新策略的研究。

Nature：揭示细菌翻译暂停机制
The anti-Shine–Dalgarno sequence drives translational pausing and codon choice in bacteria
在核糖体中，蛋白质合成虽然发生在一个线性底物上，却以着不均匀的速率进行。核糖体的短暂停留能够影响许多联合的翻译过程，包括蛋白定位及折叠，这种短暂停留被mRNA的序列所影响。而且，遗传密码的冗余使得相同的蛋白以不同的效率被翻译。
然而在体内，翻译暂停的机制以及定位有关的的知识还很有限。这里，美国加利福尼亚大学Jonathan S. Weissman等人利用细菌核糖体保护的mRNA片段深度测序及核糖体图谱，做了一个翻译暂停有关的全基因组分析。
当大多数转录物处于平静的内源性表达水平时，这种方法能够高分辨率测量核糖体的密度图。出乎预料的是，他们发现在营养丰富的环境下，由稀有tRNA解码的密码子不会减缓翻译过程。
相反的，编码序列的SD序列样（SD-like）的特征会引起了普遍的翻译暂停。使用一个改变了的抗SD序列表明，暂停是由于翻译中的核糖体出现mRNA与16S rRNA杂化。
在蛋白编码序列，内部的SD序列被疏远，导致了使用的偏差，避免了相似于典型的SD位点的密码子和密码子的配对。
这项研究表明，SD样的序列对细菌基因组编码的翻译率及推动力来说，是一个主要的决定因素。相关论文在线发表于3月28日的Nature。

Nature：阐明一种独特的DNA甲基化模型
A unique regulatory phase of DNA methylation in the early mammalian embryo
3月28日，哈佛-麻省理工博德研究所的Alexander Meissner等人在Nature在线发表了一篇名为“A unique regulatory phase of DNA methylation in the early mammalian embryo”的文章，阐明了哺乳动物胚胎早期一种独特的DNA甲基化模型。
DNA甲基化是高度活跃于哺乳动物胚胎形成期。众所周知，父源基因组在受精时通过甲基化胞嘧啶被积极的失活，随后，在囊胚期达到最低。
然而这种模型是基于有限的数据而来，到目前为止，没有存在的单碱基分辨率的图谱来支持和完善这个模型。这里，研究人员根据老鼠配子及移植后的受精卵得到了基因组规模的DNA甲基化图谱。
结果发现，卵母细胞确实表现出全基因组的低甲基化，尤其是在一些特殊家族如长散布元件1和以及长末端重复的逆转录元件，它们在配子和受精卵都被不同的甲基化。令人吃惊的是，卵母细胞提供了一套独特的区别性甲基化区域(DMRs)包括许多CpG岛启动子，它们在早期胚胎中维持存在，却在体细胞中丢失。与此相反，精子提供的DMRs主要在基因间，在胚泡时期后被高度甲基化。
胚胎时期是表观遗传修饰最活跃的时期，这项研究正利用在预先指定的胚胎，得到了一个基因组规模的，单碱基分辨率时间线的DNA甲基化图谱。

Nature：端粒酶RNA生物发生机制
Telomerase RNA biogenesis involves sequential binding by Sm and Lsm complexes
3月25日，来自美国堪萨斯大学医学中心的Peter Baumann等人在《自然》杂志在线发表了一篇关于端粒酶RNA生物发生的文章。这项研究明确了端粒酶生物发生的事件顺序，并阐明了Sm、Ls复合物以及甲基化酶Tgs1的作用。
端粒酶是一种逆转录酶，它可以使用其部分RNA作为模板来合成端粒重复单元。在大多数真核生物，染色体末端DNA的逐步丢失会被端粒酶所抑制。
许多癌细胞表达出高端粒酶活性，端粒酶亚基的突变与退行性综合症包括先天性角化不良和再生障碍性贫血有关。因此，改变端粒酶活性具有重要的治疗价值，这也提供了充足的动力来研究这种酶在人类细胞和模式系统中的生物合成及调节机制。
研究人员之前就鉴定了一个裂殖酵母端粒酶RNA亚基1(TER1)的前体，并证明成熟的3'末端于剪接体在一个单一的裂解反应中产生，这个反应类似于剪接的第一步。
部分重叠的剪接体的切割位点是一个推测的Sm蛋白的结合位点。Sm及Sm样(LSm)蛋白属于RNA结合蛋白中一个古老的家族。这个家族的所有成员在目标RNAs的特异位点形成了环状复合物，这在它们的生物合成、功能及翻转中有着极其重要的作用。
这篇文章里，研究人员阐明了典型的Sm环和Lsm2-8复合物顺序的结合在裂殖酵母TER1上。Sm环结合在TER1前体，刺激剪接体剪切，并通过Tgs1促进5'帽子的超甲基化。随后，Sm蛋白被Lsm2-8复合体取代，这促进了其与催化亚基的联系，保护了成熟的TER1 3'末端免受降解。

Nature：核糖体解码原理新发现
研究人员解开DNA修复的分子机制在蛋白合成期间，核糖体在解码中心依照信使RNA (mRNA)上的三联体密码精确的选择转移RNA (tRNAs)。tRNA的选择开始于延伸因子Tu，它可以传递tRNA到氨酰tRNA结合位点即A位点，还可以在解码中心水解GTP来建立密码子-反密码子之间的相互作用。在随后的校对阶段，核糖体重新检查tRNA，如果被发现不能正确配对于A位点该tRNA便会被排除。过去一直认为，16S核糖体RNA普遍保守的G53、A1492和 A1493对tRNA结合在A位点至关重要，它们可以积极的监视同源性tRNA ，这种对正确配对的识别会引起核糖体整体构象的改变（即结构域闭合）。近日，法国斯特拉斯堡大学的Gulnara Yusupova等人研究发现了新的核糖体解码机制，相关研究发表在《自然》（Nature）上。
实验过程中，通过在校对阶段模拟同源的或者是近同源状态的编码中心，基于在3.1-3.4A分辨率下70S核糖体的六个X光结构，研究人员提出了一个完整的解码机制。研究表明：在结合同源的或者是近同源的tRNA时，30S亚基遭受了同样的结构域闭合。30S亚基的构象改变形成了一个解码中心，驱使mRNA A密码子的前两个核苷酸必须以Watson-Crick碱基配对方式严格配对。
当U·G和G·U错配时，一般被认为会形成不稳定的碱基对，在第一个或者是第二个密码子-反密码子位置，解码中心会迫使该配对通过几何变化接近于正确的C·G配对形式。这本身或者在密码子-反密码子的小螺旋及反密码子环存在扭曲，导致近同源的tRNA从核糖体离开。

Mol Cell：研究人员解开DNA修复的分子机制
Proteomic Investigations Reveal a Role for RNA Processing Factor THRAP3 in the DNA Damage Response.
哥本哈根大学诺和诺德蛋白质研究基金会中心科学家和他们的国际合作者已经成功地获得了DNA损伤修复过程中数以千计步骤的大量分子快照。基于日常基本的恢复，细胞可以保持健康以及防止癌症的发展。这一研究结果将有助于揭开细胞究竟如何修复破碎的DNA、化疗如何影响细胞的运作，并协助发现副作用较少的新药物。
诺和诺德基金会蛋白质研究中心副教授Choudhary Chunaram说：“DNA修复是对保持细胞健康很重要。因此了解当DNA被破坏时，细胞如何进行沟通交流的分子细节将帮助我们认识细胞是如何保护自己的基因组的”。
博士后Petra Beli解释：“我们知道，例如化疗通过破坏癌细胞的DNA，进而杀死它们。这是因为快速增长的癌细胞比健康细胞对DNA损伤更为敏感。但究竟化疗如何在细胞水平上发挥作用仍是一个谜。一旦我们了解了化疗对肿瘤细胞的分子水平上的结果，我们在癌症患者治疗期间保护健康细胞”。
DNA损伤将威胁健康的细胞。每天日晒、周围环境因素以及正常细胞内的代谢过程会损伤细胞的DNA。这反过来又可以导致有缺陷的蛋白质的生产，如果没有修复会促使癌症的发生发展。为了防止这些破坏性的影响，受损的DNA会触发一个精制的“报警系统”，它在细胞中会引发连锁反应，减缓损伤进程，促进大量分子修复受损的DNA。
Chunaram choudhary继续说：鉴定修复受损DNA过程中关键蛋白质可能有助于找到新的药物靶标。当药物作用靶向性不强时，使用这种特定药物能尽量减少副作用。
有待研究的东西还很多。有关DNA修复的研究开始很早，研究也多。但副教授Choudhary和他在剑桥和马克斯·普朗克研究所大学的研究小组是第一次揭示了在这个复杂过程中数以万计的分子信号。
Petra Beli说：我们首先使用辐射或化学药物使得细胞的DNA受损，然后使用质谱技术精确地测定DNA受损过程中蛋白质及其化学修饰物。这使我们能够跟踪研究DNA修复过程中数以千计的蛋白质修饰物，了解了生化信号网络如何调控的以及“警报系统”是如何工作的。研究人员还要根据实验数据进一步充分认识这些新发现的信号传导通路的意义和影响。相关文章“蛋白质组学研究发现DNA损伤反应中THRAP3发挥重要作用”发表在《分子细胞》杂志上。

Nature：深度解析冈崎片段
Intrinsic coupling of lagging-strand synthesis to chromatin assembly
3月14日，国际著名杂志Nature在线刊登了来自美国纽约纪念斯隆-凯特琳癌症中心的研究人员的最新研究成果“Intrinsic coupling of lagging-strand synthesis to chromatin assembly”，在文章中，研究者首次在酿酒酵母中对真核生物冈崎片段进行了高分辨率的分析，揭示了滞后链合成与染色质组装之间的相互联系。
DNA复制有两个主要特点：半保留复制和半不连续复制。由于DNA双螺旋的两条链是反向平行的，而生物细胞内所有催化DNA聚合酶都只能催化5'→3'延伸，因此导致了矛盾。冈崎片段(Okaxaki fragments)的发现使这个矛盾得以解决。前导链上的DNA连续合成，滞后链则以冈崎片段的形式分段、不连续合成。这些冈崎片段以后由DNA连接酶连成完整的DNA链。这种前导链连续复制和滞后链不连续复制即DNA合成的半不连续复制现象在生物界普遍存在。然而直到现在科学家们对于真核生物的冈崎片段仍然了解甚少，这是因为核小体会快速地沉积在新生DNA上，冈崎片段的加工和核小体组装会相互影响。
在真核生物染色体复制中，基因和表观遗传学信息都必须得到精确复制。染色质的结构和修饰属于表观遗传学的范畴，虽然不会通过基因编码但也是可以遗传的。防止核小体破坏和与复制叉解离是确保精确定位和修饰的组蛋白在新生DNA链上快速沉积的必要条件。组蛋白分子伴侣复合物支配着核小体在复制叉的组装和去组装。
DNA复制从本质上讲是不对称的。滞后链上的冈崎片段合成要求重复生成与复制叉方向相反方向的单链DNA并发生聚合作用。鉴于滞后链合成和组蛋白快速成绩发生在复制叉之后，这两个过程有可能存在相互关联。每合成一段冈崎片段就会有一系列相互协调的事件发生。当前除了知道其在DNA复制中具有的重要作用，对于真核生物冈崎片段的特性仍知之甚少。此外，对于核小体组装与滞后链合成之间可能存在的相互影响也了解不多。
在这篇文章中来自美国纽约纪念斯隆-凯特琳癌症中心的研究人员在酿酒酵母中证实冈崎片段可根据核小体重复改变大小。利用深度测序，研究人员证实冈崎片段连接间隙更趋近于核小体的中间点，而非核小体间的连接区。破坏染色质组装或滞后链聚合酶持续合成能力将会影响冈崎片段的大小和分布，表明在冈崎片段合成终止时即刻组装新染色质具有重要的意义。新研究首次在体内对真核生物冈崎片段进行了高分辨率的分析，揭示了滞后链合成与染色质组装之间的相互联系。

Nature：植物根茎向下生长的分子机制
A novel sensor to map auxin response and distribution at high spatio-temporal resolution
国际著名杂志Nature在线刊登了诺丁汉大学等研究机构研究人员的最新研究成果“A novel sensor to map auxin response and distribution at high spatio-temporal resolution”，研究人员在文章中人们长久以来的疑问：为什么植物根茎向下生长，而不是向上生长？
对于植物来说，向下生长的根茎可以深入土壤并最大化对水分的吸收。但是“为什么”这个问题一直让回答了让达尔文以来的无数科学家着迷。如今诺丁汉大学的科学家们找到了答案。
重力对植物生长的作用举足轻重。但是来自英国，德国，法国，比利时，瑞典和美国的科学家组成的研究小组在多年研究后最终确定了植物生长的整个过程。在生物技术和生物科学研究理事会(BBSRC)的资助下，诺丁汉大学植物科学教授和植物结合生物学中心生物学主任 Malcolm Bennett采用新技术探索植物根茎向下生长时发生的状况。他说： “这项研究真正体现了利用跨学科的方法探讨植物科学问题的价值。通过数学模型和试验生物学家的结合，我们可采用一系列的工具研究根系生长的问题。”
科学家们很早就发现植物因重力原因弯曲是由于根尖植物激素的再分配。这项研究结合DII-VENUS新技术（诺丁汉大学的另一项合作研究项目），运用数学模型呈现出根茎在出现90度弯曲时生长素开始重新分配，并且比之前认为的要迅速很多。
这种跨学科的研究方法揭示了生长素在弯曲90度后迅速重新分配到了正在生长的根部的低端。这表明根尖到达与水平方向呈40度的“转折点”时，生长素梯度将迅速消失。这是导致根茎弯曲的“开关”。

Plant Cell：薛红卫等揭示MADS29调控种子发育的分子机制
The MADS29 Transcription Factor Regulates the Degradation of the Nucellus and the Nucellar Projection during Rice Seed Development
国际植物学著名杂志《植物细胞》The Plant Cell在线刊登了中科院上海生命科学研究院植生生态所植物分子遗传国家重点实验室薛红卫研究组的最新研究成果“转录因子MADS29调控水稻种子发育中母体组织的降解”。
水稻种子是人类重要的食物来源，其发育涉及一个复杂的调控网络，其中转录因子发挥了关键作用。MADS转录因子家族成员是植物花器官发育的重要调控因子，已有的研究表明，几乎所有的水稻MADS基因都在种子中表达，但对MADS家族成员参与水稻种子发育调控的研究结果仍比较少。
在这项研究中，研究组基于前期的表达谱研究基础，分析得到了一个在水稻生殖发育阶段优先表达的转录因子MADS29。细致分析表明，MADS29在花药、胚珠和种子中均表达，且在受精后的母体组织表达量最高。MADS29的反义转基因植株呈现种子皱缩、淀粉粒形态异常、灌浆速率下降等表型。通过解剖学切片、末端转移酶标记实验和全基因组表达谱芯片分析等，研究人员证明了MADS29通过调控程序化死亡(PCD)过程促进珠心细胞和珠心突起处的降解。进一步的体外凝胶阻滞实验显示，MADS29能够通过直接结合程序化死亡相关基因的启动子区域而调控其表达，进而影响胚乳发育。
这些结果鉴定了一个参与珠心细胞和珠心突起处降解的调控因子，证实这两处组织的降解是水稻种子正常灌浆的前提，并且提示了生长素(IAA)信号在母体组织降解和胚乳发育中的作用，有助于进一步了解水稻种子发育特别是胚乳发育调控的分子机制。

Cell & Bioscience：核小体上难捉摸的Z型DNA
SWI/SNF-mediated chromatin remodeling induces Z-DNA formation on a nucleosome
发表在BioMed Central开放期刊Cell & Bioscience 上的新研究，首次说明了左旋型的Z型DNA，它通常只被发现于DNA被复制的地方，也能在核小体上形成。
提供生命蓝图的DNA结构曾被描述为一个双螺旋。为了节省细胞核内空间，DNA紧紧地缠绕形成核小体的蛋白质，然后进一步缠绕，压缩成染色质，接着压缩成染色体。但是，右手螺旋（也称为B型DNA）的这种熟悉形象不是DNA的唯一形式。在DNA被复制成RNA的位置（用作制造蛋白质指令的信使），DNA需要解缠绕，在负超螺旋过程中，能形成DNA双螺旋的左手螺旋变体（Z-DNA）。
最开始认为，Z-DNA只能在活性RNA聚合酶（组装RNA的酶）存在下形成。但是，最近发现，SWI/SNF能将某些B-DNA序列转换成Z-DNA，其中SWI/SNF是一种参与重塑核小体和允许RNA聚合酶接近DNA的蛋白质。
由Keji Zhao博士领导的研究小组发现，他们通过增加SWI/SNF 和 ATP（细胞能量来源）能将核小体上的B-DNA转换成Z-DNA，形成的Z-核小体是一种新结构。
来自美国国立卫生研究院的赵博士解释说，"事实上，我们在核小体上发现Z-DNA的事实是理解染色体重组与Z-DNA调节基因表达的作用的新一步。然而，Z-核小体很可能是一个暂时结构，但它为DNA结合蛋白配置提供了一个机会的窗口，这可以招募、调节或阻止转录机制和蛋白表达。"

Mol Cell：研究揭示DNA如何解压缩并转录
Activator-Induced Spread of Poly(ADP-Ribose) Polymerase Promotes Nucleosome Loss at Hsp70
人类基因组包含约30亿个碱基对，它们紧密地压缩在每个细胞的细胞核中。如果一条DNA链像头发丝那么粗，则整个人类基因组将被塞进一个垒球大小的空间，但如果把它们解开并一字排开，它们则能从纽约的伊萨卡一直伸展到波士顿。
康奈尔大学1月13日发表于《分子-细胞》（Molecular Cell）的一项研究，梳理了细胞如何进行转录的过程，在这个过程中压缩的DNA被解开，然后一种被称为RNA聚合酶II的复合酶读取所需的DNA碱基对并将它们转录成RNA。RNA随后指令细胞合成特定的蛋白质。
值得一提的是，研究人员扩展了他们先前的工作，表明紧密DNA的解开独立于RNA聚合酶II的转录。以前许多科学家认为RNA聚合酶II在解压缩DNA的过程中发挥了主要的作用。
"核小体解压缩的过程--尤其是在转录期间的解压缩过程，直到最近10年才被很好地描述，"Steven Petesch说，文章的第一作者及John Lis实验室的研究生，John Lis是文章的通讯作者及芭芭拉麦克林托克在康奈尔大学生子的生物学和遗传学教授."如果你想了解转录如何发生的基本过程，那你就需要了解推动这一过程的步骤，"Petesch补充道。为梳理出这样的过程，Petesch和Lis利用了果蝇中的热休克基因，当温度超过一个阈值时（例如对于果蝇来说的热天及当人发烧时）热休克基因被激活。热休克基因存在于许多生物中，当温度升高时启动程序保护细胞免受损害。采用热,研究人员能够在几秒内快速启动DNA的解折叠及热休克基因的转录。
当温度升高时，一种叫做热休克因子的蛋白推动转录发生所必须的步骤。Petesch和Lis发现,热休克因子结合到热休克基因并激活了涉及一些关键酶在内的进程,最终引起多聚ADP核糖聚合酶(PARP)在局部合成多聚ADP核糖(PAR,一种类似于DNA和RNA的多聚物).
当DNA被压缩时,DNA链紧密围绕在组蛋白上,形成核小体.但是,事实表明,PAR和DNA竞争性结合组蛋白,这有助于DNA的展开及解压缩.研究人员发现,在温度升高的数秒内,在转录发生前热休克因子被招募并启动修饰组蛋白及解压缩DNA的程序.
"这个过程完全独立于RNA聚合酶II对基因的转录,"Petesch.Lis补充道,"然而,这个过程又完全依赖于热休克因子和PARP合成PAR链的能力，对于迅速移除核小体及解开所诱导的基因是非常必要的。"
几十年以来PARP一直与DNA修复同样重要并在某些癌症中为治疗靶标。

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