科研进展--中国科学院广州分院

第二届“海洋内波与混合”研讨会在穗召开

5月7日，由热带海洋环境国家重点实验室（中国科学院南海海洋研究所，以下简称LTO）举办的“第二届海洋内波与混合研讨会”于广州成功召开。本次会议由LTO陈植武研究员与蔡树群研究员作为共同召集人，邀请国内外近50名来自中国海洋大学、中国科学院海洋研究所、中国科学院力学研究所、上海交通大学、厦门大学、自然资源部第二海洋研究所等科研单位的国内学者参会，共同探讨“海洋内波与混合”的前沿问题。会上蔡树群、陈植武对各位专家的莅临指导表示热烈欢迎，南海海洋所所务委员、科研与规划处处长经志友研究员致辞，充分肯定了本次“海洋内波与混合研讨会”的科学意义和学术交流作用。第一届会议召集人陈学恩教授回顾了会议的初衷，并鼓励青年学者们积极开展国际合作，拓展视野。本次会议以“海洋内波与混合”为主题，涵盖内孤立波、内潮波、近惯性内波、波致混合等多个研究领域。中国海洋大学田纪伟教授作关于“海洋多尺度动力过程——海面遥感信息与内部动力过程”的特邀报告，深入浅出地描述了海洋内波的动力特征及海表规律，为“海洋遥感信息提取与内部动力过程”的未来研究提供了全新的思路和方向。来自国内14家高校和科研院所的22位青年学者也在会上展示了最新研究成果，提出了对未来研究的展望与思考，并围绕科研难题进行了深入的交流和探讨。“海洋内波与混合”研讨会是2023年由中国海洋大学发起，联合各兄弟单位共同主办的学术会议。会议以其自由开放的氛围和专家点评的特色，为青年学者提供宝贵的学术交流平台，以激发青年对内波动力过程的研究热情。本次研讨会的成功举办，不仅促进了海洋内波与混合领域的交流与合作，也为国内内波领域的研究提供了崭新的赛道方向。未来，LTO将继续努力，致力于推动海洋科学的前沿发展，为探索海洋多尺度动力过程做出更多贡献！

2024-05-13

斯里兰卡药用植物和真菌的生物活性成分研究研讨会在广州召开

5月10日，斯里兰卡药用植物和真菌的生物活性成分研究研讨会在广州召开，中国科学院PIFI (President's International Fellowship Initiative) 学者，斯里兰卡科学院院士、国家基础科学研究所（National Institute of Fundamental Studies）前所长U.L.B.Jayasinghe教授，中国科学院中国-斯里兰卡联合科教中心主任、南海海洋所副所长张长生，南海海洋所相关部门及实验室负责人、斯里兰卡海洋环境硕士班师生，等20余人参会。U.L.B.Jayasinghe受邀作“Search for Bioactive Compounds from Sri Lankan Medicinal Plants and Endophytic Fungi”学术报告，并介绍了斯里兰卡在开展药用植物和真菌研究的相关进展，他希望在南海海洋所工作期间，双方深化合作，加大科研产出。张长生对Jayasinghe教授在南海海洋所开展PIFI合作研究表示热烈欢迎，他指出，斯里兰卡拥有丰富的药用植物和真菌资源，深入开展相关领域科研研究有着极其重要的意义，Jayasinghe教授的到来将有效促进双方在天然产物相关研究领域的沟通和交流，更为今后开展深层次合作奠定了良好基础。与会专家就相关研究开展了气氛热烈的讨论，并由张长生为Jayasinghe教授颁发PIFI学者证书。Jayasinghe教授是斯里兰卡天然产物研究领域享有盛誉的知名科学家，2023年12月获斯里兰卡科学促进会（SLAAS）终身成就奖。

2024-05-11

华南植物园揭示底栖动物扰动对红树林土壤甲烷排放的影响机制

底栖生物扰动是红树林生态系统最重要的环境特征之一，在红树林碳循环过程中起着重要的调节作用。土壤中大型穴居大型动物群类似于生物扰动器，其存在和活动可通过改变土壤的物理化学性质从而显著影响微生物驱动的碳循环过程。然而，目前关于红树林底栖动物（如招潮蟹）的挖洞活动对土壤甲烷排放及其在微生物机制尚不清楚。中国科学院华南植物园生态与环境科学研究中心覃国铭博士等科研人员对两个不同红树林群落中招潮蟹扰动前后土壤中的甲烷排放、土壤理化性质以及甲烷循环微生物群落组成进行分析。结果显示，与未经招潮蟹扰动的土壤相比，招潮蟹的扰动导致土壤中的甲烷排放率增加了86%-430%。招潮蟹扰动土壤铵根离子、pH值和可溶解性有机碳含量较高，但硝酸盐、硫酸盐、盐度和总氮的浓度较低。此外，招潮蟹扰动土壤产甲烷菌群落的丰度有所增加，但甲烷氧化菌群落的丰度和多样性却有所降低。具体而言，招潮蟹的扰动显著地增加了土壤中Methanosarcina的相对丰度，降低了II型甲烷氧化菌的相对丰度降低，这可能会导致甲烷排放量的总体增加。因此，本研究强调了在评估滨海湿地固碳潜力时，应考虑招潮蟹的生物扰动所带来的影响。相关研究成果已近期发表在国际学术期刊Soil Biology and Biochemistry（《土壤生物学与生物化学》）（IF5=10.2）上。中国科学院华南植物园小良站站长王法明研究员为通讯作者，华南植物园覃国铭博士为第一作者。该研究得到中国科学院基础研究青年科学家项目、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、中国科学院青年创新促进会、国家林草局青年人才扶持计划、ANSO合作研究、广东省重点研究计划、南方海洋科学与工程广东实验室（珠海）以及广东省应用植物学重点实验室的支持。文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071724001342图1. 实验设计图图2. 招潮蟹扰动对红树林土壤甲烷排放机制概念图

2024-05-10

广州能源所在超长重力热管开发中深层地热能方面取得进展

近年来，广州能源所先进能源系统研究室提出了利用超长重力热管(SLGHP)开发中深层地热能的技术，并已成功开展了多次现场实验，但迄今还未有公开的实际应用案例。近年来，广州能源所先进能源系统研究室提出了利用超长重力热管(SLGHP)开发中深层地热能的技术，并已成功开展了多次现场实验，但迄今还未有公开的实际应用案例。广州能源所与双良节能系统有限公司合作，在太原小店区建造了面向建筑供暖应用的超长重力热管地热开发系统。该系统由相邻的两根长度(分别长2020 m和2180 m)相近的超长重力热管与单个热泵相结合；两口地热井相距30 m，2000 m深度的测井温度均在63℃左右。布置在超长重力热管外壁的光纤测得的热管外壁温度具有显著的均匀性，表明重力热管运行良好。测试发现，超长重力热管系统运行过程中，较长热管比较短热管所提取的热量多70%。数值仿真分析揭示，较短热管周围地热层的换热基本遵循以岩体为主体的热传导模式，地下水对流的贡献较小；较长热管系统的井筒连通了地下1500 m和2100 m深度的孔渗层，产生了地下水的窜层对流，这一井下传热强化机制造成该地热井较高的热产出。在此基础上，研究建立了超长重力热管地热系统数值模型并模拟了系统的长时运行过程。数值模拟结果表明，该系统首个采暖季（120天）能够平均输出1MW的热量，可满足约25000 平米建筑的供暖需求；地下水窜层对流降低了超长重力热管地热供暖系统的衰减速率。连续供暖20年后，较短热管系统热输出衰减率为20.4%，而较长热管系统的热输出衰减率仅为6.8%。相关研究成果发表于能源领域国际期刊Energy，陈娟雯博士和李志斌博士研究生为共同第一作者，蒋方明研究员和黄文博博士为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.131521。太原超长重力热管取热系统太原超长重力热管取热系统示意图

2024-05-10

华南植物园发现木豆活性成分抗诺卡氏菌作用机制

诺卡氏菌病是一种不常见的传染病，与结核病有一定的相似之处，其发病率持续增加，预后不良。在传统中医中，用木豆（Cajanus cajan (L.) Millsp.）的叶子来治疗伤口、疟疾、咳嗽和腹痛。木豆也叫鸽子豆、树豆，为豆科（Leguminosae）木豆属（Cajanus）植物，是世界上第五大豆类作物，且是唯一的可食用木本豆类植物。主要分布于热带亚洲、大洋洲和非洲的马达加斯加，常见于我国西南部和东南部。木豆作为一种药食两用植物，用途十分广泛，不仅有粮食、饲料、蜜源、放养紫胶虫等作用，还有显著的药用价值。近年来，中国科学院华南植物园邱声祥研究员团队致力于木豆叶中天然抗感染成分的研究和开发，发现木豆叶中富含黄酮和菧类活性成分，具有抗病毒、抗真菌等功效。中国科学院华南植物园植物科学研究中心邱声祥研究员及其团队，调查了从木豆叶中分离出的天然菧类化合物木豆素A（Longistylin A，LGA）作为潜在抗生素对抗诺卡菌病的效果和机制。研究团队从木豆的叶子中分离出菧类活性成分木豆素A（Longistylin A，LGA），通过转录组、蛋白质组和代谢组的多组学分析以及细胞分裂素定量分析、冷冻扫描电子显微镜检查等多种技术手段，首次揭示了LGA通过干扰甘油磷脂代谢和细胞分裂素生物合成对鰤鱼诺卡氏菌（Nocardia seriolae）感染表现出显著的疗效。该研究成果已近期发表在国际学术期刊Journal of Ethnopharmacology（《名族药理学杂志》）上。中国科学院华南植物园赵丽云助理研究员为第一作者，博士生姚李媛为该研究提供了化合物，邱声祥研究员为通讯作者。其他相关研究成果分别发表在RSC advances,2024,14,7763-7769；Natural Product Research,2024,2:1-8；Antiviral Research,2023,212: 10557；Journal of Agricultural and Food Chemistry,2022,70: 15840-15847。全文链接：1. Zhao et al.,Journal of Ethnopharmacology. 2024,15:118199.https://doi.org/10.1016/j.jep.2024.118199 (木豆菧类活性成分木豆素A抗诺卡氏菌研究)2. Yao et al., RSC advances,2024,14,7763-7769.https://doi.org/10.1039/D3RA08149D(木豆中发现4中新型异香豆素)3. Yao et al.,Natural Product Research,2024,2:1-8.https://doi.org/10.1080/14786419.2023.2297862(木豆中发现3种新型菧类活性成分)4. Zhao et al., Antiviral Research,2023,212: 10557.https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2023.105570 (木豆黄酮活性成分球松素抗冠状病毒研究)5. Li et al.,Journal of Agricultural and Food Chemistry,2022,70: 15840-15847.https://doi.org/10.1021/acs.jafc.2c07240 (木豆菧类活性成分PME抗黄曲霉研究)

2024-05-08

华南植物园发表观音座莲属新种——瘤柄观音座莲

观音座莲属（Angiopteris Hoffmann）隶属于厚囊蕨类（Eusporangiate ferns）观音座莲目（Marattiales Link）合囊蕨科（Marattiaceae Kaulf.），是蕨类植物起源与演化的重要节点类群，具有重要的观赏、药用、食用及科学研究价值。目前全世界公认的观音座莲属约有53种，其中中国有30种（特有种18种），主要分布于西南与华南等地。在2021年《国家重点保护野生植物名录》中，由于观音座莲属包含较多濒危物种且属内物种相似性高、难以区分等因素，整个属的植物均被列为国家二级重点保护对象。 2022年8月，中国科学院华南植物园植物科学研究中心陈红锋研究员团队在云南省古林箐自然保护区张金国高级工程师陪同下，前往古林箐保护区进行观音座莲属植物野外调查时，发现该属植物一疑似新种，随即采集标本进行室内形态学观察。通过查阅《中国植物志》、文献资料以及CVH、GBIF等网站提供的所有观音座莲属的信息与标本，研究人员注意到该物种与已知种类的形态特征明显不同（图1），例如在叶柄形态上，该物种与秦氏观音座莲（A . chingii J. M. Camus）相似，即叶柄上有多个叶枕，但成熟羽片形态和对数上两者存在差异；在叶片形态上，该物种与阔羽观音座莲（A. latipinna (Ching) Z. R. He,W. M. Chu & Christen.）、圆基观音座莲（A. subrotundata (Ching) Z. R. He & Christenhusz）接近，但后两者的叶柄仅有1个叶枕，且羽片下方无节状毛披覆。 2023年7月，研究团队重返古林箐自然保护区，对该物种的自然环境、种群数量和形态特征进行详细调查和统计，并收集分子样品进行质体基因组测序。系统发育与遗传距离分析结果显示，该物种与上述形态相似的种类的亲缘关系并不接近（图2），且种间遗传距离具有显著性差异。综合形态学与分子系统学研究结果，研究团队确认了该物种为观音座莲属一新种，并基于“多”叶枕的叶柄特征（图1F），将其命名为瘤柄观音座莲（Angiopteris nodosipetiolata Ting Wang tris,H. F. Chen & Y. H. Yan）。目前，研究团队在瘤柄观音座莲的模式产地已发现500株成熟个体。根据IUCN标准，建议将该新种列为濒危（EN）等级，并与观音座莲属其他成员一样，给予国家二级重点保护。研究表明，无论是自然保护区，还是在人类活动频繁的城市或乡村地区，都有可能隐藏着类似于瘤柄观音座莲一样未被识别的物种。只有通过积极的保护和科学研究，科研人员才能实现保护地球上所有生命的多样性和独特性。相关研究成果已近日发表在国际学术期刊Phytokeys上。华南植物园博士后王婷为第一作者，陈红锋与严岳鸿研究员（深圳兰科植物保护研究中心）为共同通讯作者。文章链接：https://doi.org/10.3897/phytokeys.241.115175图1. 瘤柄观音座莲Angiopteris nodosipetiolata Ting Wang tris,H.F.Chen & Y.H.Yan（A,B 生境； C,D,E 叶片； F 叶柄； G 根状茎；H,I 孢子囊群；J 羽片背面，示节状毛； K 孢子纹饰；L 叶柄鳞片）图2. 基于（A）质体基因组与（B）84个CDS序列构建观音座莲属的系统发育树

2024-05-08

华南植物园对海岸带互花米草入侵研究取得重要进展

互花米草是一种原产于北美大西洋沿岸的草本植物，近年来已迅速入侵中国海岸线，其中93%的入侵区域为泥滩地。尽管互花米草入侵通常被认为会对滨海湿地造成负面影响，但其对土壤有机碳储量的影响尚不明朗。中国科学院华南植物园生态与环境研究中心海岸带生态系统研究团队联合国内外相关领域专家首次系统评估了互花米草入侵对中国沿海泥滩地土壤有机碳储量的影响。研究结果表明，互花米草入侵提高了土壤有机碳储量，且这种促进作用在不同入侵时间、土壤深度和区域都普遍存在。本研究为互花米草入侵对生态系统服务的影响提供了新的认识，并强调了其作为一种潜在的自然解决方案，在中国海岸带蓝碳增汇方面的重要作用。文章提出，未来研究需进一步关注互花米草入侵对其他生态系统服务的影响，特别是生物多样性的影响，并对当前的互花米草的治理提供了新的见解和思路，文章建议系统考虑海岸带生物入侵的综合效应，趋利避害，维持沿海生态系统的健康和可持续发展。相关研究成果已近期发表在国家顶级学术期刊 Science Bulletin（《科学通报》）上。华南植物园博士研究生张靖凡为第一作者，东北地理所毛德华研究员和山东大学海洋研究院刘纪化教授为共同第一作者；华南植物园王法明研究员为通讯作者，海洋二所苏纪兰院士和厦门大学焦念志院士为共同通讯作者。美国弗吉尼亚海洋研究所的 Kirwan 教授、澳大利亚南十字大学 Sanders教授和中山大学的陈雅萍研究员等共同参与研究工作。该研究得到“海洋负排放”大科学计划、中科院青年团队项目、青促会项目和国家重点研发项目的支持。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.04.049图1. 1990 - 2020年互花米草入侵下土壤有机碳储量的损益。

2024-05-06

华南植物园发表薹草属宽叶薹草组一新种——清远薹草

莎草科（Cyperaceae）薹草属（Carex Linnaeus）包括2000多个物种，是被子植物中最大的属之一，几乎遍布全球。随着测序技术的发展，薹草属的内部关系得以不断明确。最新的研究结果表明薹草属包括6 subgenrra，62 sections和49 groups。自2010年以来，国内不断发现薹草属新种，陆续报道约40种。2022年2月，中国科学院华南植物园植物科学研究中心陈红锋研究员及其团队，在清远市林业局曾球根高级工程师及笔架山林场张名开场长等人的陪同下，前往清新区笔架山林场开展植物调查时，发现一疑似薹草属新种，随即采集标本并引种回华南植物园开展进一步的形态学及物候学观察。结合植物志学习，请教邓云飞研究员，体视显微镜下的花果形态观察，初步确定该种属薹草属宽叶薹草组（sect. Siderostictae），形态上和同组的扇叶薹草（Carex peliosanthifolia）最为相近。此外，我们前往标本馆学习了扇叶薹草的标本，对比两个种在花序分支及果实形态上的差异。与此同时，定期观察引种植株的生长情况，采用相机记录植物的物候变化，进一步观察记录花果形态。我们发现新种和扇叶薹草相比，在花序分支、小穗数量、雄花序形状、花柱基部是否增大以及喙形态方面存在差异。2023年7月，研究团队前往广西金秀山采集扇叶薹草和花葶薹草（Carex scaposa）的标本及分子样材料，获取新种、扇叶薹草和花葶薹草的2个核基因和3个质体基因的片段，结合NCBI中数据，采用来自2 sections和3 clades共21个物种的5个基因片段，构建ML树，支持率均高于90%，且sections和clades之间关系和前人研究结果一致，结果可信。发现相比于扇叶薹草，新种和花葶薹草亲缘关系更近，两种互为姐妹类群。因此分子证明也表明该种为宽叶薹草组一新种，基于新种模式标本的采集地，将其命名为清远薹草（Carex qingyuanensis Y.L. Li & H.F. Chen）。宽叶薹草组种包括27个种，来自3个传统的组：花葶薹草组（sect. Hemiscaposae），宽叶薹草组（sect. Siderostictae）和蘖枝薹草组（sect. Surculosae）。清远薹草属传统的花葶薹草组，该组形态在薹草属因为雌雄花同花序，宽可达12厘米的折扇形叶以及单出或复出的圆锥花序独具特色。国内已报道8个物种属于该组，主要分布在中国中南部及东南部（包括台湾）的常绿阔叶林中。尽管该组物种较少，但因细微的形态差异，在分类上存在较大的挑战。清远薹草的发现，丰富了广东省薹草属宽叶薹草组物种分布的记录。相关研究成果已近日发表在国际学术期刊Phytokeys上。华南植物园博士研究生李亚丽为第一作者，陈红锋研究员为通讯作者。该研究得到广东省重点研发计划等项目资助。文章链接：https://phytokeys.pensoft.net/article/117734/图1 清远薹草和扇叶苔草的形态对比（注：A: 清远薹草生境;B,D: 清远薹草花序;C,E: 扇叶薹草花序;F: 清远薹草小穗;G: 扇叶薹草小穗;H: 清远薹草果囊;I: 扇叶薹草果囊;J: 清远薹草不成熟的果和基部膨大的花柱;K: 扇叶薹草不成熟的果和基部不膨大的花柱. ）图2. 基于2个核基因和3个质体基因数据构建的系统发育树（注：标红种为形态相近的清远薹草和扇叶薹草）

2024-05-06

广州健康院许永团队发现新型RORγ反向激动剂

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院许永研究员团队在Nature旗下国际学术期刊Acta Pharmacologica Sinica（2023年影响因子8.20）发表题为“Discovery and pharmacological characterization of 1,2,3,4-tetrahydroquinoline derivatives as RORγ inverse agonists against prostate cancer”的研究论文，报道了针对新靶点RORγ的新骨架反向激动剂及其抗前列腺癌活性和作用机制。近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院许永研究员团队在Nature旗下国际学术期刊Acta Pharmacologica Sinica发表题为“Discovery and pharmacological characterization of 1,2,3,4-tetrahydroquinoline derivatives as RORγ inverse agonists against prostate cancer”的研究论文，报道了针对新靶点RORγ的新骨架反向激动剂及其抗前列腺癌活性和作用机制。前列腺癌（Prostate cancer，PCa）是男性发病率和致死率都极高的恶性肿瘤，雄激素受体（Androgen receptor，AR）信号通路在前列腺癌的发生发展中扮演着重要的角色。AR基因扩增、突变和剪切体表达等使得前列腺癌治疗面临耐药难题。如何开发新靶点并发展候选药物克服临床耐药是该领域亟需解决的关键问题。本课题组前期研究发现（Nature Medicine，2016）核受体RORγ是调控AR表达的关键驱动因子，可作为前列腺癌治疗新靶标，靶向RORγ可为临床耐药治疗提供新的策略。本研究大体分为三部分，首先采用热转移实验（Thermal Shift assay，TSA）筛选获得苗头化合物，随后结合计算机辅助药物设计技术和药物化学中的结构优化策略，采用TSA和Luciferase（荧光素酶）报告基因实验等方法评估化合物在RORγ上的活性，随后开展了抗前列腺癌的活性及机制研究。通过系统的构效关系研究和生物活性评价，该团队获得了两个高活性、高选择性的具有1,2,3,4-四氢喹啉母核结构的新颖RORγ反向激动剂XY039和XY077。XY039（IC50 = 550 nM, ΔTm = 8.1 °C）和XY077（IC50 = 4 nM, ΔTm = 10.2 °C）均可显著抑制RORγ的转录活性，增强RORγ-LBD的热稳定性，对RORγ表现出优秀的选择性。在体外，XY039和XY077可有效抑制多种前列腺癌细胞的增殖与克隆形成，阻止前列腺癌细胞的迁移和诱导前列腺癌细胞的凋亡，同时可有效抑制前列腺癌细胞中AR和AR调控的下游基因的表达。在22Rv1细胞构建的小鼠异种移植前列腺癌模型中，XY039和XY077可有效抑制肿瘤的生长。该研究进一步阐明了RORγ可通过调控AR信号通路在前列腺癌的发生与发展中发挥重要作用，进一步表明了RORγ是前列腺癌治疗的潜在靶点。该研究也为前列腺癌及其耐药治疗提供了一类有前景的候选药物。同时，该研究也为后续RORγ反向激动剂的开发提供了重要借鉴。许永课题组吴锡山副研究员、博士生罗小雨为该论文的第一作者，张岩副研究员、许永研究员、吴锡山副研究员为共同通讯作者。该研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院STS项目、广东省基础与应用基础研究项目，广州市科技计划项目，广东省“一带一路”联合实验室基金，中国博士后科学基金，广东省博士后专项基金的支持。论文链接研究发现靶向RORγ的抗前列腺癌候选药物

2024-04-30

广州健康院发现线粒体基因编码第14个蛋白质的“线粒体约定”新模式

5月3日，中国科学院广州生物医药与健康研究院刘兴国课题组在Cell Metabolism期刊发表了题为A novel protein CYTB-187AA encoded by the mitochondrial gene CYTB modulates mammalian early development 的文章。5月3日，中国科学院广州生物医药与健康研究院刘兴国课题组在Cell Metabolism期刊发表了题为“A novel protein CYTB-187AA encoded by the mitochondrial gene CYTB modulates mammalian early development” 的文章。该研究发现并证实，除13个的线粒体基因编码的蛋白质外，线粒体基因细胞色素 b (CYTB)可以产生一个线粒体基因编码胞质翻译 (mtDNA-encoded proteins arising from cytosolic translation,mPACT) 的新蛋白CYTB-187AA，这一模式的英文缩写PACT具有“约定”的含义，因此将这一新模式称为“线粒体约定”。进一步揭示 CYTB-187AA在胞质翻译后定位到线粒体基质中，通过ATP依赖的方式调控早期发育。众所周知，教科书上写明哺乳动物的线粒体基因组包含37个基因，其中13个基因编码信使RNA翻译为蛋白质、22个编码转运RNA、2个编码核糖体RNA。线粒体基因组编码的信使RNA在内膜包裹的基质内，由线粒体核糖体翻译，形成内膜上呼吸链的13个蛋白质，在能量产生中发挥了核心作用。线粒体基因组中心法则的密码子，与细胞核在细胞质核糖体翻译的“标准密码子”存在明显不同。然而，线粒体基因组编码区是否可以使用细胞质标准遗传密码编码新的蛋白质？这是关乎中心法则的最基本科学问题。作为唯一的呼吸链复合物III的线粒体编码基因，刘兴国团队针对线粒体基因细胞色素 b (CYTB)，其信使RNA出线粒体而使用胞质核糖体的标准遗传密码编码全新蛋白质进行分析，并制定了这一187个氨基酸长的新蛋白质的抗体。利用液相色谱串联质谱 (LC-MS/MS) 鉴定了CYTB-187AA的外源特征肽，在多株人、鼠的细胞中鉴定了多条匹配的内源特征肽。随后使用 MoonTag 系统可视化 CYTB-187AA信使RNA 在胞质核糖体的翻译，并通过Western Blot在多株人、鼠的细胞中检测到了CYTB-187AA。为了验证其线粒体基因组来源，团队比较了线粒体基因组缺失细胞和野生型细胞，发现 CYTB-187AA 仅在后者表达。进一步，通过超高分辨显微镜，发现CYTB-187AA在胞质翻译后定位到线粒体基质中，其中N端的37个氨基酸在靶向线粒体基质中起到了决定性作用。有趣的是，诱导多能干细胞（iPSC）与亲本成纤维细胞或其分化的肝细胞相比，CYTB-187AA 在iPSC 中的表达量更高，这暗示CYTB-187A与多能性存在重要关联。的确，在干细胞的始发态（Primed）-原始态(Naïve) 的两种多能性状态中，CYTB-187AA是原始态所必需的，并调控两种状态的转换过程。机制上，CYTB-187AA通过与线粒体磷酸转运蛋白SLC25A3相互作用，以ATP依赖的方式进行调控。而在体内，刘兴国团队建立了 CYTB-187AA敲降小鼠模型，发现 CYTB-187AA敲降会减少卵泡数量，从而损害雌性生育能力。该研究改写了教科书中“线粒体基因组编码13个蛋白”的论断，发现了线粒体基因组上编码复合物III中细胞色素 b 的CYTB基因可以使用胞质核糖体的标准遗传密码编码第14个全新蛋白质。线粒体与细胞核二十亿年前相遇，开始了真核生物的进化，而进化中，两者不同密码子的中心法则，“与君若只如初见，动若参商终不怨”，并不是象参星和商星一样独立运行。 “奈何等闲丝未尽，我以我心为探看”，线粒体约定，用其部分信使RNA使用细胞核中心法则，是两个中心法则交互事件。其次，线粒体基因 CYTB 的双重翻译模式：母蛋白 CYTB 与CYTB-187AA展示了线粒体能量的双重调控模式。与在呼吸链复合物III中的 CYTB蛋白比较，这一线粒体基因编码的第14个蛋白质CYTB-187AA与SLC25A3相互作用，异曲同工的调节能量过程，在卵子发育、着床前后等早期发育中发挥重要作用。本研究与广州医科大学、中国科学院香港创新研究院、香港中文大学、广州实验室、南开大学和西湖大学等多个研究组合作完成。本研究获国家重点研发项目、中国科学院、国家自然科学基金、广东省和广州市的经费支持。论文链接图1 线粒体基因CYTB编码胞质翻译的CYTB- 187AA调控早期发育

2024-05-03