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改写历史:科学家公布首个具同形孢子蕨类植物的全长基因组_我的网站

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A |     E X          间充质干细胞外泌体为妇科疾病带来新选择          熊麻吉 | 文          O E           S M          O          1960年11月25日,3位多米尼加女性——米拉贝尔三姐妹被杀害。    “每一个基因组都讲述了一个不同的故事,”共同作者、佛罗里达自然历史博物馆的杰出教授Doug Soltis说。“蕨类植物是所有种子植物最接近的活体近亲,它们对食草动物产生化学威慑,可能对农业研究有用。为了纪念这一事件,1981年7月,第一届拉丁美洲女权主义大会宣布把11月25日作为反暴力日。1993年11月25日,联合国正式发表《消除针对妇女的暴力宣言》。11月25日成为联合国指定的“国际消除对女性暴力日”。然而直到现在,它们仍然是绿色生命中最后一个没有基因组序列的主要品系。

B |          (图片来源于网络)          暴力侵害妇女和女童行为是当今世界上最普遍、最持久和最具破坏性的侵犯人权行为之一。联合国的估计数据显示:全球约有三分之一的女性遭受过身体暴力和/或性暴力,大多数为亲密伴侣所为;15-19岁有亲密关系的少女中近四分之一(24%)遭受过伴侣的身体暴力或性暴力。”最近,两个不同的研究小组独立发表了桫椤(Alsophila spinulosa)和模式蕨类水蕨(Ceratopteris richardii)的基因组。据统计,我国近90%的家暴受害者为妇女;24.7%的女性曾遭受配偶辱骂、殴打、恐吓、经济控制等不同形式的家暴;受害人平均遭受35次家暴后才报警。Ceratopteris的基因组分析为回答为什么蕨类植物平均储存的DNA比其他植物多这一长期的难题提供了提示。

C | 与其他物种的基因组比较发现,蕨类植物从细菌那里“偷取”了它们的一些抗草食性毒素的基因。这种暴力对女性健康的影响可能会持续一生。自20世纪60年代以来,人们对蕨类植物含有如此多的DNA最青睐的解释是全基因组的猖獗复制,即意外地将一组额外的染色体传给一个生物体的后代。         (图片来源于网络)          如今,女性在社会和家庭中扮演着重要的角色,她们各自在自己的岗位上闪闪发光,她们坚持一切、热爱生活,每个角色都全身心投入完美演绎。而女性特殊的身体构造,导致女性比男性更容易得病。这有时是有益的,因为所有额外的基因可以作为新性状进化的原材料。许多疾病对女性和男性都有影响,但有些疾病在女性中的发生率更高,造成这种差异的原因有的是因为生理结构的原因,有的却没有完全明确。事实上,全基因组复制被认为与几乎所有农作物的起源有关。全基因组复制在植物甚至一些动物中都很常见,但大多数生物往往会随着时间的推移抛弃多余的基因包袱,瘦身为更小的基因组,在代谢上更容易维持。

D | 斯坦福大学的博士后学者、前佛罗里达博物馆的研究生Blaine Marchant说:“在过去的半个世纪里,这一直是一个主要的讨论点,并导致了各种矛盾的结果。

E | 试图弄清这一悖论背后的进化过程是令人难以置信的重要。”有了第一个完全组装的同胞蕨类基因组,科学家们终于准备好解决这个问题,但要做到这一点并不容易。         女性高发的疾病大致可以分为三类:          01          生理结构差异仅发生在女性人群的疾病:如乳腺癌、宫颈癌、子宫内膜癌、卵巢癌、阴道炎、子宫肌瘤等。

F |          02          原因不明确,高发于女性人群的疾病:如甲状腺疾病、自身免疫性疾病、骨质疏松症、胆结石、肠易激综合征(IBS)等。对Ceratopteris庞大而复杂的基因组进行测序花费了八年多的时间,来自世界各地28个机构的数十名研究人员共同努力,其中包括美国能源部联合基因组研究所。         03          某些心理健康问题更偏好女性:如抑郁症、焦虑症、创伤后应激障碍、进食障碍(Eating Disorder)等。

G |          女性生殖系统疾病近年来一直呈大规模上升趋势,2022年全球妇科疾病发病率已达65%以上,而在育龄期妇女中,妇科疾病发病率已超过了70%;全球每年生殖泌尿系统感染的发病数字已达3.33亿人次。最后的结果是7.46 gigabases的DNA,是人类基因组的两倍多。如果Ceratopteris通过反复的基因组复制事件增加了DNA,研究人员预计其39对染色体中的大部分将是相同的。但他们发现的是一个混合的重复序列和数以百万计的被称为跳跃基因的短片段,它们占了蕨类植物DNA的85%。与其说是多个基因组副本,不如说Ceratopteris主要包含了数百万年来积累的基因碎片。“功能基因被大量的重复性DNA分开。                   (图片来源于网络)          妇科疾病已成为我国妇女的普遍生理问题,发病率持续上升,且呈现出多年龄层覆盖的趋势。根据世界卫生组织(WHO)的调查显示,我国有96%以上的已婚妇女患有不同程度的妇科疾病,常见的妇科病发病率在87.6%以上。虽然我们还不确定Ceratopteris和其他蕨类植物的基因组是如何变得如此之大的,但很明显,关于基因组重复发作的普遍观点并没有得到支持,”共同作者、佛罗里达博物馆馆长和杰出教授Pam Soltis说。         // 干细胞外泌体在妇科疾病中的应用前景          ”          近些年来,间充质干细胞来源的外泌体在妇产科领域的基础研究也初露端倪,其在促进子宫内膜修复、治疗早发性卵巢功能不全(premature ovarian insufficiency,POI)和多囊卵巢综合征(polycystic ovary syndrome,PCOS)、辅助压力性尿失禁(stress urinary incontinence,SUI)手术治疗及加速阴道手术创面修复等方面均展现出较大的治疗潜能。作者指出,现在做出任何确定的结论还为时过早,特别是由于这是在这个群体中进行的第一个范围的分析。         目前有研究显示,基于MSC的细胞治疗可有效逆转子宫内膜纤维化并加速损伤的子宫内膜再生,从而改善宫腔粘连的预后,因而逐渐在宫腔粘连分离术后的多种辅助治疗手段中脱颖而出,但其中的作用机制尚未明确。

H | 与其他蕨类植物基因组的交叉比较将有助于更清楚地描绘出这些植物的进化过程。近期的多项研究结果显示,外泌体能够模拟并发挥MSC的功能,有效促进损伤的子宫内膜修复。         (图片来源于网络)          MSC外泌体为女性生殖系统损伤及退行性病变的治疗提供了新的途径,但目前仍然需要更多的基础研究对相关机制进行详尽阐述,以及严密设计的临床试验对其疗效进行审慎验证。

I | Marchant说,尽管如此,这些结果表明,与几乎所有其他植物相比,具同形孢子蕨类植物管理其遗传内容的方式有明显的区别。“我们似乎发现,像开花植物这样的东西,它们的基因组平均比蕨类植物小得多,只是更擅长摆脱垃圾DNA。         关注家庭暴力,关爱女性健康,保护女性合法权益,营造有利于妇女生存发展的和谐社会环境,是我们每一个人不容推辞的责任。它们更善于丢掉多余的染色体,甚至在小规模复制后缩小规模。”仔细观察Ceratopteris内部的数十亿个DNA碱基对,发现有多个防御基因为一种特别险恶的成孔毒素编码。这些毒素与细胞结合,在那里它们被激活并形成小的空心环,冲进细胞膜。水通过产生的孔洞涌入细胞,导致细胞破裂。Marchant解释说,科学家们对形成孔洞的毒素进行了深入研究,因为它们可能用于纳米孔技术。然而,最常见的是,它们在细菌中被发现。Marchant说:"这是蕨类植物DNA中这些细菌毒素相关基因的第一个具体证据,"他指出,这种相似性并不是一个巧合。蕨类植物似乎没有自己进化出这种毒素,而是通过一种叫做水平基因转移的过程直接从细菌那里获得了这种毒素。鉴于该基因有多个副本分布在三个独立的染色体上,这很可能发生了不止一次。他说:“令人着迷的是,这些基因的许多拷贝出现在植物的不同部位。一些在茎和根中高度表达,而其他拷贝只在叶子中表达,还有一些一般在所有组织中表达。我们目前不能确定这些基因的确切功能,但它们与细菌中的毒素形成基因的相似性肯定表明这些基因与防御有关。”这不会是蕨类植物第一次将外来DNA纳入其基因组。2014年的一项研究表明,蕨类植物可能是通过借用远缘植物的基因而进化出它们在阴暗环境中生长的特征能力。然而,相隔数百万年的进化的生物体究竟如何能够交换全功能的基因,仍然不清楚。Doug Soltis解释说:“水平基因转移背后的机制仍然是陆地植物进化中调查最少的领域之一。

J | 在进化的时间尺度上,这有点像中彩票。任何时候植物受伤,其内部都容易受到微生物的入侵,但它们的DNA被纳入基因组似乎很神奇。

K | ”作者说,这只是一系列研究中的第一步,其实际应用范围从开发新型生物杀虫剂到创新的新保护战略等。

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