Переломный момент 3D-фенотипирования растений: 3D-фундаментальные модели позволяют реконструкцию кросс-культур в масштабе от минут до секунд

Сопоставление наноразмерной архитектуры тканей с необъективным молекулярным составом в одном и том же образце остается важной задачей в пространственной биологии. Современные методы пространственной протеомики либо не обладают разрешением изображения, необходимым для различения наноразмерной архитектуры тканей, либо обеспечивают лишь ограниченное покрытие протеома, а нецелевая протеомика, способная на глубокую идентификацию белков, еще не была интегрирована с суперразрешающим изображением в рамках одного рабочего процесса. Здесь мы представляем microProteomEx, интегрированную платформу, которая сочетает расширение тканей с помощью гидрогеля с флуоресцентной имиджингом, совместимым с масс-спектрометрией, лазерной микроиссечением и протеомикой с нижним входом для достижения одновременного трехмерного суперразрешающего изображения (эффективное боковое разрешение до ~47 нм на обычных микроскопах с ограничением дифракции) и пространственно разрешенной протеомики при масштабируемом боковом разрешении 29-100 мкм (0.02-0.28 нл объемного разрешения). Оптимизируя фиксацию, якорение белков и вторичную стратегию повторного встраивания, мы расширяем метод до механически стойких тканей, включая почки и сердце мыши, а также до клинических образцов, зафиксированных формальдегидом и обработанных парафином. Мы демонстрируем протеомику однослойного клубочка и отдельной бляшки (450-1000 белков на структуру), выявляем протеомные различия между злокачественной меланомой и гигантской врожденной меланоцитарной невусом в редком педиатрическом случае, а также характеризуем морфологически разрешенную молекулярную гетерогенность корковой и диффузной бляшек амилоид-бета в мышином модели болезни Альцгеймера на двух стадиях болезни. MicroProteomEx устанавливает широко доступную основу для коррелирования ультраструктуры тканей с глубокой пространственной протеомикой, с прямыми последствиями для биологии заболеваний, открытия биомаркеров и персонализированной медицины.

Основная цель экс-ситу сохранения — представить дикие генетические разнообразия в управляемых живых коллекциях. Для подверженной климатическим угрозам флоры тропических горных облачных лесов (ТГОЛ) северо-восточной Австралии была создана экс-ситу метоколлекция растений и семян в рамках проекта Tropical Mountain Plant Science (TroMPS). В этом исследовании мы использовали редуцированное секвенирование (DArTseq) диких, гербариумных и экс-ситу материалов наряду с информацией о происхождении десяти видов, чтобы преследовать две основные цели: охарактеризовать генетическую структуру на уровне ландшафта в пределах распространения видов и оценить, насколько хорошо собранные метоколлекции представляют собой это дикое разнообразие. Анализы показали последовательные паттерны генетической дифференциации среди популяций на вершинах гор у нескольких видов, что отражает изолирующее влияние низменных разрывов между высокогорными местообитаниями, причем степень дифференциации варьировала среди видов. Эти результаты предоставляют первую генетическую базу для флоры ТГОЛ Австралии и подчеркивают важность учета отдельных популяций на вершинах гор как различных единиц для управления сохранением. Кроме того, проект предоставил ценные познания о логистических проблемах координированного многоинституционального сбора, информируя стратегии проектирования метоколлекций более широко. Оценка метоколлекции выявила как сильные стороны, так и пробелы в представлении по видам, предоставляя базу доказательств для улучшения текущих запасов и организации будущего целенаправленного сбора для увеличения их долгосрочной ценности для сохранения.

Механизмы реакций состоят из пошаговых последовательностей элементарных реакций, которые объясняют химические преобразования. Поэтому изучение логики механизмов имеет решающее значение для повышения фундаментального химического интеллекта больших языковых моделей (БЯМ). Пошаговое выведение механизмов реакций естественно соответствует парадигмам рассуждений БЯМ. Однако текущие химические БЯМ в первую очередь акцентируют внимание на грубых наименованиях реакций для предсказания продуктов и ретросинтеза, что часто приводит к физическим несоответствиям и галлюцинациям. В отличие от этого, специализированные небольшие генеративные модели для вывода механизмов, как правило, страдают от ограниченной способности к обобщению в различных химических пространствах. Чтобы преодолеть эти ограничения, мы создали новый обширный набор данных для рассуждения о механизмах реакций. Более того, мы разработали FukuyamaBench — сложный эталон, основанный на книге Фукуямы «Современные механизмы органических реакций», для строгой оценки производительности моделей в иерархическом рассуждении о механизмах. Наша дообученная модель Qwen3-30B-A3B достигает 8,3% точного совпадения путей в наборе FukuyamaBench Set~A, превосходя специализированную модель FlowER (5,1%), что демонстрирует, что обучение с учетом механизмов значительно улучшает химическое рассуждение в языковых моделях.

Режимы нарушений и поступление питательных веществ меняются по всему миру, что сказывается на структуре и функционировании растительных сообществ. Классическая теория жизненного цикла предполагает, что нарушения должны смещать сообщества от многолетних растений к однолетним, а обогащение питательными веществами может усилить этот сдвиг. Однако эти предсказания не были экспериментально протестированы в широких экологических градиентах. Здесь, используя глобальный согласованный эксперимент по травяным покрытиям, охватывающий 37 мест, мы проверили, как физические нарушения, удаление растительности и мелкая обработка почвы, а также удобрение изменяют баланс между однолетними и многолетними растениями, и ослабляет ли нарушение климатические пределы доминирования однолетников. Нарушение практически удвоило долю однолетних видов и более чем удвоило относительное покрытие однолетниками, в то время как удобрение оказало малое влияние и не взаимодействовало с нарушением. Сдвиг, вызванный нарушением, возник через контрастные пути: у злаков и бобовых он отразил утрату многолетнего покрова, тогда как у трав -- расширение покрова однолетников. В отсутствие нарушений доминирование однолетников ограничивалось системами с чрезвычайно жарким и сухим летом, но нарушение практически утроило масштаб климатического пространства, в котором однолетники доминировали. Быстро восстанавливаясь после нарушения, однолетники могут помочь поддерживать покров растений, но их расширение также свидетельствует о потере многолетнего покрова и долгосрочных экосистемных функциях, связанных с ним.

В данной работе мы рассмотрели различные подходы к математическому моделированию биологически правдоподобных нейронных систем. Модели характеризуются и классифицируются на основе их общих черт и специализированных случаев использования. В дополнение к моделям с всплесками также рассматриваются различные типы дискретных и непрерывных аналогов, чтобы точно смоделировать биологические процессы, включая динамику мембранного потенциала. Под исследование попадают нейроны и различные компоненты, встречающиеся в нейронных системах и влияющие на динамику. Выбор конкретных подходов был продиктован их распространенностью и инновационными перспективами с целью повышения актуальности представленной информации.

Статистическое обучение является важным для того, чтобы индивидуумы могли обнаруживать структуры в сенсорной среде, особенно во время общения через речь или музыку. Индивидуальные различия в способностях статистического обучения были предложены для объяснения различий в различных когнитивных функциях и их развитии, включая развивающиеся расстройства такие, как дислексия. В данном исследовании мы использовали иерархическую байесовскую модель статистического обучения (HBSL) для моделирования индивидуальных траекторий обучения, которые были зарегистрированы с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ), в то время как взрослые с дислексией и без неё слушали структурированные тоновые последовательности. Хотя мы не обнаружили значительных различий между группами, наши результаты показали близкое соответствие между моделированием и реальными данными ЭЭГ, а новые последовательности, созданные на основе индивидуальных моделей, были очень похожи на оригинальную стимульную последовательность. Это предоставляет доказательство концепции для будущих исследований и предполагает, что модель HBSL точно отражала статистическую структуру последовательностей так же, как и человеческие слушатели.