华中农大近期科学研究进展
在鱼类生殖发育调控方面取得新进展
近日，华中农业大学水产学院鱼类发育与遗传育种团队梅洁教授课题组和武汉大学肖锐课题组合作研究成果发表，研究揭示了m6A读取器Igf2bp3通过调节m6A修饰生殖质基因的表达以实现斑马鱼生殖质组装的分子机制。
生殖质是具有特定形态结构的细胞质，包含卵母细胞遗传的各种RNA和蛋白质复合物，对生殖发育起到至关重要的作用。生殖质组装是将生殖质RNA和蛋白招募到指定位置并进行组装的动态过程，决定了未来生殖细胞的命运。大量研究表明在斑马鱼早期胚胎发育过程中，Bucky ball (Buc)通过调控生殖质mRNA表达在生殖质组装过程中发挥重要功能，但其RNA调控机制还不清楚。
研究发现m6A读取器Igf2bp3与Buc相互作用，并与之共定位于生殖质中。与buc突变体表型相似，igf2bp3母源突变导致异常的生殖质组装和生殖细胞分化缺陷，该表型可通过注射igf2bp3 mRNA进行部分挽救。进一步研究发现，Igf2bp3作为m6A识别蛋白通过结合m6A修饰的生殖质相关mRNA来抑制其降解。
▲gf2bp3结合Buc调控m6A修饰生殖质RNA表达和生殖质组装的分子机制
该研究揭示了Igf2bp3作为Buc的直接效应蛋白，介导m6A修饰依赖的生殖质相关mRNA的基因表达调控，并维持正常的生殖质组装（见上图）。该工作阐述了m6A修饰在鱼类生殖质组装过程中的作用，为鱼类生殖发育研究提供了参考。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S209592732100116X
在分子反应预测研究中取得新进展
近日，华中农业大学人工智能与知识发现团队提出了一种适用于多种分子网络关联预测任务的、可迁移的对比自监督深度图神经网络模型：CSGNN。此项工作是图神经网络在分子网络关联预测应用的最新成果。
大数据时代存在不同类型的分子网络，例如药物-靶点互作网络，药物-疾病关联网络、蛋白质-蛋白质互作网络等，从分子网络中找到尚未被发现的分子关联具有重要的研究价值。现有的计算方法大多只能专注解决某一类网络的关联预测问题，而且高度依赖网络实体的特征，方法不具有扩展性。此外，由于分子网络自身的稀疏性和关联分布的不均衡性，也存在训练样本不足、模型拟合效果差等问题。
该研究团队构建了一个图神经网络增强框架，该框架包含两个重要部分：多步邻居深度图神经网络和对比学习图神经网络。前者通过同时聚合节点的多步邻居来更好的建模网络实体间的复杂关系，直接增强模型的表示能力；后者通过引入对比自监督学习机制，通过最大化局部与网络总体的互信息，使得模型可以自发产生“伪标签”数据，从而解决了训练样本缺少的问题，该方法对各种预测任务具有更好地适应性。CSGNN模型基于以上两个部分进行联合训练，具有良好的收敛性。综合实验表明，模型在7个有代表性生物医学数据集上成效显著，相比于之前的研究方法，其性能有了明显提升。
相关研究成果以“CSGNN: Contrastive Self-Supervised Graph Neural Network for Molecular Interaction Prediction”为题被第三十届国际人工智能联合会议（IJCAI）接收。IJCAI于1969年创办，是人工智能领域最主要、最具影响力的会议之一。华中农业大学信息学院章文教授为论文通讯作者，信息学院数据科学与大数据技术系本科生赵成帅为第一作者，信息学院教师刘世超，博士生黄锋，硕士生刘帅等参与了该研究工作。
揭示水稻细胞壁上与硅结合的有机配体是木葡聚糖
近日, 华中农业大学资源与环境学院生物矿化课题组首次提出在水稻单细胞的细胞壁中，硅可以和半纤维素组分中的木葡聚糖共价交联形成有机硅复合物，进而改善细胞壁的力学性能和结构稳定性。相关研究成果发表在Carbohydrate Polymers上。
硅是地壳中含量第二丰富的元素，也是水稻生长的必需营养元素，能帮助水稻缓解各种非生物和生物胁迫。课题组从最初发现水稻植株中除了无机的二氧化硅外，细胞壁上还存在一种与半纤维素结合的微量有机硅（He et al., New Phytol., 2013; 2015），并对水稻抵抗重金属镉胁迫（Liu et al., New Phytol., 2013；Ma et al., New Phytol., 2015）具有重要的生物学功能。然而，细胞壁中半纤维素组分众多，硅到底与其中何种组分交联，一直是研究中的“拦路虎”，成为难以攻克的“瓶颈”问题。
为了进一步确定有机硅与半纤维素交联的组分，课题组又经过五年艰难摸索，联合借助了电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）和X射线光电子能谱（XPS）分析了半纤维素组分中含量最高的木聚糖和木葡聚糖上硅含量和化学组成；基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）测定了木葡聚糖和木聚糖的寡糖释放量；原子力显微镜（AFM）液下成像活细胞，并借助AFM峰值力定量纳米力学成像（PF-QNM）针尖修饰的木葡聚糖-1,4-内切葡聚糖酶（XEG）和1,4-b-内切木聚糖酶与纤维素丝表面的单分子粘附力，最终确定了硅主要与半纤维素中的木葡聚糖共价结合（图1），从而增强对纤维素酶解的抗性（图2），并改善了细胞壁的纳米机械性能。该研究显著地推动了植物硅营养研究的进程，并对理解硅元素的植物营养作用具有深刻的理论意义。
该研究论文第一作者为博士研究生蒲军保，王荔军教授和张文君副教授为共同通讯作者。
▲原位原子力显微镜(AFM)定量纳米力学（PF-QNM）成像细胞壁。(a) PEG交联剂通过连接半胱氨酸将木葡聚糖酶（XEG）修饰到AFM针尖上。(b)减硅细胞壁用果胶酶反应30分钟前后的原子力形貌图。去果胶后的(c-e)减硅和(f-h)加硅细胞壁的(c, f )高度图，(d, g)粘附力图和(e, h)它们的合并图像。(i) 典型的无粘附力、非专一性和专一性结合的力-距离曲线。(j) 加硅细胞壁上XEG 的结合位点显著比减硅细胞少。
▲原位原子力显微镜(AFM)观察纤维素酶原位溶解细胞壁的时间动态图。（a-d）减硅细胞壁的原位溶解图及 (c1-c4)图c中蓝色虚线框中单根纤维丝放大后的酶解时间动态图。（e-h）加硅细胞壁的酶解动态图及(e1-h1)放大后单根纤维丝的酶解时间动态图。
由于篇幅所限，今天所分享的仅为近期华中农业大学科学研究成果的一部分。更多科研动态，欢迎浏览华中农业大学南湖新闻网科学研究专题进一步了解。
