科研进展--中国科学院广州分院

檀香（Santalum album L.）堪称檀香木，是世界上最贵的木本植物之一，素有“液体黄金”之称，其经济收益是其它林木的5-10倍。檀香心材的形成（俗称“结香”），伴随着精油在此处的生物合成与积累；从其中提取的化合物主要成分为α-檀香醇和β-檀香醇，具有抗菌和抗肿瘤活性。在自然条件下生长，檀香约需6-8年开始形成心材，30-40年才具经济收益。随着人们对天然香料和药材需求的增加，如何提高檀香心材中精油及其它次生代谢物的产量成为了研究热点。中国科学院华南植物园张新华副研究员等科研人员合作研究揭示了细胞分裂素促进檀香心材次生代谢物积累的调控机制。研究发现：细胞分裂素作为一种强有力的诱导子，不仅激活了形成层分化形成心材，也促进了檀香茎中次生代谢物的积累。外源细胞分裂素诱导的化合物，主要包括萜类、酚类、黄酮类以及木脂素和香豆素等，具有抗菌与抗肿瘤活性，与天然心材中检测到的主要化合物类似，这些天然产物在工业和制药领域具有广阔的应用前景。进一步的研究证据表明：细胞分裂素通过与茉莉酸和乙烯等其它激素相互作用，在介导精油合成中起着至关重要的作用，这一发现不仅为提高檀香心材中精油及其它次生代谢物的产量提供了新的思路，还为理解植物次生代谢物的调控机制提供了重要参考。本研究首次报道了外源激素诱导树种心材产生次生代谢产物的调控机制。研究结果为未来开发更高效的植物生长调节剂提供了理论基础，同时也为檀香心材的香气和颜色调控提供了新的科学依据。相关研究成果已近期发表在Industrial Crops and Products （2025,223: 120285）（《工业作物和产品》）上。华南植物园张新华副研究员为论文的第一作者兼通讯作者，熊玉萍副研究员，研究生王雨晴、吴楚婷，Teixeira da Silva Jaime A.博士、马国华研究员参与研究工作。该项研究得到国家自然科学基金、广州市科技计划、广东省重点领域研发计划等项目的资助。论文连接：https://authors.elsevier.com/sd/article/S0926-6690(24)02262-3

2025-01-12

华南植物园在双生病毒中发现一种新型的基因表达增强序列

提高目标基因的表达水平一直是现代分子生物技术，以及合成生物学的一个重要方面。一个基因表达模块通常由三个必需元件组成：启动子，基因编码区和终止子，其中启动子和终止子都可以调控基因的表达量。植物病毒是挖掘植物基因表达调控元件的主要来源之一。植物病毒的基因组通常很小，因此其基因表达调控元件一般非常精简，较短的调控元件有利于对基因表达模块的编辑及设计。由此可见，在植物病毒中挖掘基因表达增强元件，具有巨大的开发潜力。双生病毒科是病毒界中最大的一个科。双生病毒通常含有一个或两个单链环状DNA，分别称为单组分双生病毒和双组分双生病毒，单组分双生病毒通常还伴随一个卫星DNA。甘薯曲叶病毒是单组分双生病毒，是危害甘薯产业最严重的DNA病毒。邓书林团队今年上半年发表文章，建立了简便高效的甘薯曲叶病毒侵染体系，并利用SBG51卫星DNA设计了病毒诱导的基因沉默（VIGS）系统（Zhang Yi，et. al, Phytopathology Research 2024）（图1），该体系为甘薯抗病育种以及功能基因研究奠定了基础。中国科学院华南植物园邓书林研究团队在进一步对SBG51卫星DNA的研究过程中，发现了一种新型的基因表达增强序列。当该序列作用于终止子的下游时，可以显著地提高上游基因的表达水平（图2）。而且这种基因表达增强作用不依赖启动子和终止子类型，并能维持启动子时空表达特异性。进一步研究发现人工合成串联重复的“ATAAA”和“TTAAA”关键元件，也可增强表达。陈焕镛副研究员张艺与慕恩（广州）生物科技有限公司合作，将该序列在非植物系统及合成生物学应用中展开了广泛的研究。研究发现这种新型的基因表达增强序列及核心元件在植物和酵母细胞中均有效，为合成生物学优化表达载体和基因编辑精准控制基因表达提供了有力的新工具。相关研究成果已近期发表在学术期刊Plant Biotechnology Journal（《植物生物技术杂志》）（IF5年=12.1）上。中国科学院华南植物园张艺副研究员与慕恩（广州）生物科技有限公司贤一博博士为本文的共同第一作者，华南植物园邓书林研究员为通讯作者。华南植物园研究生杨恒、杨选钢、余天丽、刘赛和助理研究员梁敏婷，以及慕恩（广州）生物科技有限公司创始人兼CEO蒋先芝博士参与了相关项目的研究。该研究得到了广州市科技计划项目、国家自然科学基金面上项目、广东省科技计划项目及北京生命科学研究院有限公司开放基金等项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.14561

2025-01-12

深圳先进院承担的航天项目被遴选为中国空间站首批代表性成果

中国科学院深圳先进技术研究院医药所代谢生殖中心雷晓华团队承担的项目“人胚胎干细胞太空早期造血分化工作”被遴选为中国空间站首批代表性成果，深圳先进院为该项目主要完成单位，这也是从已实施的181项科学项目中遴选出的少数生命科学领域代表性成果。据中国载人航天工程办公室消息，2024年12月30日，在即将迎来中国空间站全面建成两周年之际，中国载人航天工程办公室首次公开发布《中国空间站科学研究与应用进展报告》（2024年）（以下简称《报告》），对两年来中国空间站科学研究与应用进展进行了系统性总结，后续将根据实施进展情况按年度例行发布。中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）医药所代谢生殖中心雷晓华团队承担的项目“人胚胎干细胞太空早期造血分化工作”被遴选为中国空间站首批代表性成果，深圳先进院为该项目主要完成单位，这也是从已实施的181项科学项目中遴选出的少数生命科学领域代表性成果。图为雷晓华团队早前，随着长征七号运载火箭在文昌航天发射场的轰鸣声中腾空而起，天舟八号货运飞船成功发射并顺利进入预定轨道。此次任务中，雷晓华团队开展了人多能干细胞在轨的3D生长及发育潜能研究，利用空间站生物技术试验柜进行在轨细胞培养。该实验将进一步激发太空3D生长和类器官研究的兴趣，预计可为再生医学和转化干细胞技术带来新的突破。空间站全面建成，标志着我国成功构建起极具时代特征与中国特色的载人空间站大系统，标志着我国载人航天工程圆满完成三步走战略目标、进入空间站应用与发展新阶段。两年来，我国先后组织完成4次载人飞行、3次货运补给、4次飞船返回任务，5个航天员乘组、15人次在轨长期驻留，累计进行10次航天员出舱和多次应用载荷出舱，开展多次舱外维修任务，刷新航天员单次出舱活动时长的世界纪录，完成包括2名港澳载荷专家的第四批预备航天员选拔、低成本货物运输系统择优并启动研制等工作。目前，中国空间站在轨运行稳定、效益发挥良好。据了解，在中国空间站开展的首批空间科学、应用实验与技术试验项目进展顺利、成果丰硕，具有一定的前沿性和创新性。目前，我国共规划了空间生命与人体研究、微重力物理科学、空间天文与地球科学、空间新技术与应用四大研究领域、32个研究主题，截至2024年12月1日，已在轨实施181项科学与应用项目，上行近2吨科学物资，下行实验样品近百种，获取科学数据超过300TB，取得了国际上首次获得空间发育的水稻和再生稻新的种质资源、国际上首次实现空间人胚胎干细胞分化为造血干/前体细胞、国际上首次实现空间微重力条件下的冷原子干涉陀螺、国际上首个建立高通量在轨微生物防控试验平台、国际上空间水生态系统在轨运行最长时间等多项开创性成果。各领域科学团队着眼国家重大需求进行深度挖掘，产出了系列原创性、前沿性、创新性成果，累计发表500多篇高水平SCI论文，获得150多项专利，部分成果已实现转移转化和推广应用，显著推动我国空间科学与应用快速发展。太空探索永无止境。中国空间站作为国家太空实验室，将在今后10-15年的运营中陆续开展千余项研究项目，积极开展科学普及和国际合作，广泛凝聚国内外高水平科学团队，促进我国空间科学、空间技术、空间应用全面发展，为推动科技强国、航天强国建设作出更大贡献。

2025-01-03

深圳先进院 | 性染色体剂量补偿RNA的新角色：常染色体基因表达调控（Nature Communications）

2025年1月2日，深圳先进院马晴研究员团队在《Nature Communications》杂志在线发表最新研究成果，揭示了果蝇长非编码RNA roX在常染色体上的非经典表观抑制功能。这项研究不仅打破了传统认知，还加深了我们对RNA在基因表达调控中复杂作用的理解，同时为合成生物学中非编码RNA工具的开发提供了重要线索。在自然界中，许多动物具有异形的性染色体（如X和Y染色体）。在漫长的进化过程中，一条性染色体（例如Y染色体）逐渐退化，仅保留少量基因，导致性染色体（如X染色体）上很多基因的剂量在不同性别之间存在差异。例如，人类女性有两条X染色体，而男性只有一条X染色体。为了应对这种基因剂量不平衡，很多物种进化出了“性染色体剂量补偿”（sex chromosome dosage compensation）机制，在不同性别间平衡基因表达水平。有趣的是，这些以整条染色体为单位的表观调控机制中，往往有长非编码RNA（lncRNA）的参与。例如，人类和小鼠雌性体内有一种叫做XIST的长非编码RNA，它能使XX雌性细胞中一条X染色体表观失活，相关基因的表达被关闭，而果蝇则通过雄性个体中表达的另一种叫做roX的长非编码RNA实现XY雄性中唯一一条X染色体的表观激活。尽管这些机制在表观调控模式上看似截然不同，但它们都依赖于长非编码RNA的核心作用。为什么性染色体剂量补偿机制中总是有长非编码RNA的参与？为什么有些生物选择对整条染色体进行激活，而另一些物种选择失活？这些问题至今仍未解答。此外，传统观点认为，参与性染色体剂量补偿的长非编码RNA仅特异性地结合在X染色体上，其在常染色体上的作用则鲜有研究，也尚未明确其生物学意义。2025年1月2日，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所的马晴研究员团队在《Nature Communications》杂志在线发表了题为“A noncanonical role of roX RNAs in autosomal epigenetic repression”的最新研究成果，揭示了果蝇长非编码RNA roX在常染色体上的非经典表观抑制功能。这项研究不仅打破了传统认知，还加深了我们对RNA在基因表达调控中复杂作用的理解，同时为合成生物学中非编码RNA工具的开发提供了重要线索。文章上线截图研究团队通过对多组学数据的综合分析，揭示了长非编码RNA roX在常染色体上发挥的新功能。研究人员比较了ChIRP-seq（解析RNA在基因组上的结合位点）和ChIP-seq（解析组蛋白修饰或表观调控因子在基因组上的结合位点）数据，发现roX与常染色体的结合并不涉及其在X染色体上的激活机制，而是展现出不同的调控方式。进一步的表观基因组状态分析（包括ChIP-seq、PIRCh-seq和RT&Tag技术，解析组蛋白修饰在基因组上结合位点或相关的RNA）和基因序列特征分析表明，roX可能通过与抑制型组蛋白修饰H3K27me3的功能相关联，在常染色体上执行表观抑制的角色。图1 长非编码RNA roX在常染色体上的结合与PRC复合物介导的H3K27me3修饰功能相关a. roX RNA与MSL复合物及PRC复合物的共定位分析结果；b. roX结合位点邻近区域组蛋白修饰的富集分析情况；c. H3K27me3免疫沉淀样品中roX2 RNA的富集检测结果；d. roX基因敲除后雄性果蝇幼虫转录组的差异表达情况；e. 常染色体上受roX抑制调控的部分基因GO功能富集分析结果；f. RNA pull-down实验验证roX2与相关蛋白的相互作用情况.通过RNA测序（RNA-seq）技术，研究人员对比了roX缺失前后果蝇基因的表达变化，发现常染色体上与roX结合的基因大多数表达量升高，而这与X染色体上基因表达下降的情况形成鲜明对比。进一步的功能分析（GO分析）显示，常染色体上受roX抑制的基因的功能与发育过程密切相关，部分基因特别涉及雌性分化和发育。这一发现暗示，雄性发育过程中可能需要通过roX抑制常染色体上与雌性分化和发育相关基因的表达，确保雄性正常的发育程序得以进行。此外，研究人员通过质谱分析（ChIRP-MS）鉴定了与roX相互作用的蛋白，并通过体外实验进一步验证了部分关键候选分子的直接互作。结果显示，roX能够与Polycomb抑制复合物（PRC）的一些组分发生相互作用，而PRC复合物可以促进H3K27me3的积累。这一机制进一步解释了roX在常染色体上抑制基因表达的功能。图2 长非编码RNA roX在基因组表观调控中扮演双重角色的机制这项研究综合证明，果蝇的长非编码RNA roX不仅具有表观激活功能，还在常染色体上具有非经典的表观抑制功能。在X染色体上，roX通过激活型MSL复合物调控雄性剂量补偿；而在常染色体上，roX则通过与PRC复合物协作，抑制与雌性发育相关的基因表达，确保雄性正常发育。这一发现不仅揭示了roX RNA的“双重角色”，还为理解长非编码RNA如何协调染色体间的表观调控机制提供了新视角。本研究从果蝇这一模式生物出发，揭示了长非编码RNA参与基因表达调控的全新机制，同时为合成生物学中非编码RNA工具的开发提供了重要线索。中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所马晴研究员为本文的通讯作者，课题组助理研究员李健健、研究助理徐舒阳和研究助理刘自聪为共同第一作者。澳门大学邵宁一教授，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所的李楠研究员和陈明海副研究员为本研究提供了帮助和支持，本工作获得了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、广东省合成基因组学重点实验室、深圳合成基因组学重点实验室以及深圳合成生物学创新研究院等多个项目的支持。PI与课题组简介马晴，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员，博士生导师。入选国家级青年人才，国家重点研发计划合成生物学青年项目首席科学家。课题组主要研究方向：基因组非编码区域以及非编码RNA在干细胞分化和表观遗传调控中的功能和机理，合成生物学非编码RNA工具的发掘和开发。研究成果以一作或通讯作者发表在Developmental Cell、Genome Biology、National Science Review、Nature Communications、eLife、Development等国际专业期刊。

2025-01-09

深圳先进院｜神经导向因子Sema3A软骨保护的新机制（Bone Research）

2025年1月2日，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所杨帆研究员团队、生物医药与技术研究所陈棣教授团队联合四川大学华西医院周宗科主任团队在这一领域取得重要突破，相关研究“Neuronal guidance factor Sema3A inhibits neurite ingrowth and prevents chondrocyte hypertrophy in the degeneration of knee cartilage in mice, monkeys and humans”发表在Bone Research杂志。近年来，神经系统与骨骼系统相互调控的研究逐渐成为生物医学领域的热点。骨关节炎（Osteoarthritis,OA）作为全球范围内高发的退行性疾病，在中国的患病率逐年增高，为社会带来巨大的医疗和经济负担，严重影响人民健康和幸福生活。尽管OA的病因复杂且尚未完全阐明，但越来越多的研究揭示神经系统在骨关节炎发生与发展中发挥关键作用。OA的典型特征包括外源性神经浸润导致的疼痛、软骨细胞肥大化、骨赘形成及关节腔炎症等。这些现象表明，神经对软骨退变的调控可能具有重要意义。尽管已有研究报道外源神经会随着软骨下骨重建而浸润软骨，但软骨内如何维持无神经稳态，以及软骨细胞与神经之间的相互作用机制，依然是骨科学研究中的难题。文章上线截图2025年1月2日，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所杨帆研究员团队、生物医药与技术研究所陈棣教授团队联合四川大学华西医院周宗科主任团队在这一领域取得重要突破，相关研究“Neuronal guidance factor Sema3A inhibits neurite ingrowth and prevents chondrocyte hypertrophy in the degeneration of knee cartilage in mice,monkeys and humans”发表在Bone Research杂志。研究发现，Sema3A（Semaphorin-3A）神经多肽因子在骨关节炎疾病中具有显著的软骨保护作用。Sema3A属于Semaphorin家族，是一类广泛存在于神经系统的信号分子并主要参与神经元轴突的方向引导。近年来的研究表明，Sema3A在骨骼、血管等外周器官中同样具有重要功能，尤其是在维持软骨组织的无神经稳态和调控骨关节功能方面。研究团队通过体外细胞培养和特异性Sema3A条件敲除小鼠均证实，Sema3A对软骨退变具有保护作用，同时证明Sema3A是通过激活PI3K通路维持软骨细胞稳态的关键分子。在小鼠和恒河猴OA模型中，通过关节内注射Sema3A蛋白和基因过表达软骨细胞Sema3A，对于软骨退变具备显著保护作用；Sema3A同时可以调节外周感觉神经的生长和浸润，具有缓解疼痛及改善相关情绪障碍的功能。在患者膝关节内注射含有Sema3A的PRP血浆，发现具有缓解临床患者关节疼痛的作用，验证了Sema3A治疗OA的潜在应用价值。以上系列研究证明Sema3A在骨关节炎中抑制神经突起生长以及缓解外周疼痛感受中发挥重要作用。Sema3A在骨关节炎中抑制神经突起生长以及缓解外周疼痛感受本研究发现了神经轴突导向因子Sema3A在骨关节炎的发生发展中发挥重要作用，为软骨保护和骨关节炎疼痛的干预治疗开辟了新路径。此外骨关节炎疼痛常导致外周神经过度敏化，引发的长期慢性疼痛会导致中枢的神经活动异常或神经振荡改变，引发焦虑抑郁等情绪障碍。基于Sema3A分子调控神经-软骨相互作用的研究，将促进神经系统与外周器官相互调控领域的进一步发展，为从外周干预中枢神经相关疾病的治疗提供参考，并推动更多新型治疗策略的诞生。四川大学华西医院黄石书、深圳先进院-深圳市宝安中医院联合博后高大双、上海交通大学第九人民医院李振霞为本论文共同第一作者，深圳先进院杨帆研究员、陈棣教授与四川大学华西医院周宗科主任为论文共同通讯作者。该研究得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金委重大项目和面上项目、深圳市医学研究专项资金等项目的资助，并受深港脑科学创新研究院支持。

2025-01-03

深圳先进院｜基因密码子扩展领域最新进展（Chemical Reviews封面文章）

2024年12月31日，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所合成生物化学研究中心罗小舟团队和北京大学药学院刘涛团队在国际著名学术期刊《化学评论》（Chemical Reviews，影响因子51.4）联合在线发表了题为“Genetic code expansion: recent developments and emerging applications” 的综述文章，并被选为期刊封面（图1）。文章从系统层面详细概述了基因密码子扩展技术（GCE）的现状以及面临的挑战与机遇，并重点论述了其在合成生物学、生物机制研究和新型治疗等前沿领域的应用潜力。2024年12月31日，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所合成生物化学研究中心（以下简称“深圳先进院合成所生化中心”）罗小舟团队和北京大学药学院刘涛团队在国际著名学术期刊《化学评论》（Chemical Reviews，影响因子51.4）联合在线发表了题为“Genetic code expansion: recent developments and emerging applications” 的综述文章，并被选为期刊封面（图1）。文章从系统层面详细概述了基因密码子扩展技术（GCE）的现状以及面临的挑战与机遇，并重点论述了其在合成生物学、生物机制研究和新型治疗等前沿领域的应用潜力。文章上线截图图1. 配图入选Chemical Reviews杂志封面（封面设计师：范仕芸、刘怡宁）长期以来，DNA和RNA一直被视为存储和传递遗传信息的分子，而蛋白质则是生命活动的主力军。然而，天然蛋白质仅由20种天然氨基酸构成，这一定程度上限制了蛋白质的结构与功能多样性。如今，基因密码子扩展（GCE）技术正在打破这一局限，为生命科学研究带来全新可能。该技术通过引入正交的氨酰-tRNA合成酶（aaRS）/tRNA对，在活细胞甚至完整生物体内的蛋白质翻译过程中，精准地将非天然氨基酸（ncAA）定点引入蛋白质。迄今，已有超过200种功能独特的ncAA成功通过用于GCE技术，其多样的化学基团推动了分子生物学、合成生物学以及生物医学领域的快速发展。GCE技术不仅拓展了蛋白质的化学潜力，也为研究人员探索、操控和开发蛋白质功能，以及创新治疗手段提供了全新的工具。本篇综述全面回顾了GCE技术过去5年的最新进展。文章梳理了GCE技术的诞生过程、优化方法及其广泛应用（图2），详述了科学家近年来在关键环节的突破，包括翻译元件的优化、正交aaRS/tRNA对筛选方法的改进以及ncAA的生物合成等策略（图2）。此外，文章还深入探讨了GCE技术的多领域创新性应用，从新型生物材料的设计，到更高效的药物递送系统，再到更优的基因编辑工具与疫苗研发方法（图2）。GCE技术也在合成生物学和基础生物机制研究中展现出了强大的潜力（图2）。如今，GCE技术已覆盖从原核到真核的各个角落。未来，随着该技术效率和正交性的进一步提升，以及更多功能性ncAA的成功开发，GCE技术有望催生具备全新功能的复杂生物系统，为生物学与医学领域带来更深远的影响。图2. GCE技术的优化与应用深圳先进院合成所生化中心罗小舟研究员和北京大学药学院刘涛教授为本文的共同通讯作者。北京大学药学院博士毕业生黄雨佳，深圳先进院合成所生化中心助理研究员张盼，北京大学药学院硕士毕业生王浩宇为共同第一作者。中国科学院大学/深圳先进院合成所生化中心联合培养在读硕士生陈燕对本文撰写也做出重要贡献。本工作获得了科技部重点研发计划、国家自然科学基金项目、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市自然科学基金的支持。

2025-01-03

广州地化所周金胜、王强等-NC：岩浆储库产生的热场对形成伟晶岩型锂矿床的控制作用

为了应对全球变暖的气候危机，众多国家和组织达成了在2050年左右实现近零排放的共识，我国也承诺在2060年左右实现碳中和（即近零排放）。在许多发达国家，CO2排放主要来自于燃油汽车产生的尾气。因此，电动汽车取代燃油汽车将是大势所趋。锂电池是电动汽车的核心部件，未来对锂的需求将出现爆发式增长。根据国际能源署的预测，相比于2020年，全球在2030年对锂的需求将增加30倍，而在2050年会增加到100倍。显然，在即将到来的数十年，全球（包括我国）将面临锂资源的供给风险问题。目前世界约一半以上的锂资源来自于伟晶岩型锂矿床，因此研究这一类矿床中锂的超常富集机制具有十分重要的意义。伟晶岩广泛存在于自然界中，但只有极少的一部分含有锂矿资源，那么是什么因素导致一部分伟晶岩富锂，而其他伟晶岩贫锂？近日，中国科学院广州地球化学研究所王强研究员团队联合王核研究员等，针对这一重要问题，在对川西甲基卡伟晶岩型锂矿床天然样品分析的基础上，结合热模拟和扩散模拟（图1），发现伟晶岩脉的锂含量不仅仅取决于初始熔体的锂含量，还受控于侵位时的围岩温度（图2）。在高温的围岩中，伟晶岩脉具有长的热寿命，初始伟晶岩熔体即使具有高的锂含量，都会通过颗粒边界扩散作用迁移进入围岩中，从而很难以形成富锂伟晶岩；而在低温的围岩中，伟晶岩脉具有短的热寿命，扩散作用的程度有限，使得伟晶岩能够锁住大部分的锂而形成富锂矿物，从而有利于形成富锂伟晶岩。围岩温度则主要取决于母岩体（岩浆储库）产生的热场，即近端的围岩具有高的温度，而远端的围岩则具有低的温度。这一新认识与伟晶岩矿床中的经典分带模式相一致，即绝大部分的富锂伟晶岩都分布在远离岩体的低温围岩区域。图1 （a）全球典型伟晶岩型锂矿床分布图；（b）甲基卡矿区地质简图；（c）甲基卡矿床308号脉围岩剖面锂含量和锂同位素剖面；（d）热模拟和扩散模拟结果图2 受控于围岩温度的伟晶岩型锂矿床成矿模式图该研究识别出伟晶岩成矿系统中控制成矿与否的新因素—围岩温度，这一发现不仅仅对伟晶岩成矿理论作出重要贡献，而且还具有非常实用的找矿意义，即在找矿勘察过程中，低级热变质的围岩是勘探锂矿体的主要目标。相关成果近期在线发表于《Nature Communications》，并引起国际相关领域的高度关注，《Nature Communications》也随之发表来自英国曼彻斯特大学Julia Neukampf博士和瑞士联邦理工学院Ben Ellis博士两位学者联合撰写的评述性论文，专门介绍了王强研究员团队取得的这一新进展，认为其提出的“围岩温度在控制伟晶岩锂扩散丢失程度上发挥主要作用”的模型，突出了深部和浅部过程的复杂相互作用（“highlight the complex interplay of deeper and shallower processes”），即岩浆、流体和围岩共同决定了锂伟晶岩的最终形成。本研究受国家自然科学基金创新群体项目、中国科学院先导（A）项目、国家自然科学基金和“”涂光炽优秀青年学者”项目A类联合资助。论文信息：Zhou, J. S. *, Wang, Q. *, Wang, H., Ma, J. L., Zhu, G., and Zhang, L., 2025. Pegmatite lithium deposits formed within low-temperature country rocks. Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-024-55793-8.论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55793-8评述论文信息：Neukampf J.，and Ellis K. B. S., 2025. Lithium loss from pegmatites controlled by country rock temperature. Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-024-55794-7.评述论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55794-7

2025-01-09

广州地化所朱建喜研究员、何宏平院士团队在风化壳型稀土绿色、高效电驱开采技术研发方面取得突破

近日，我国科学家在稀土电驱开采技术方面取得新的重大进展，克服了规模化应用中的技术瓶颈，使稀土采收率大于95%，浸取剂用量减少80%，开采时间缩短70%，所需电能节约60%，向环境排放的氨氮量降低95%，表现出潜在的经济可行性。近日，我国科学家在稀土电驱开采技术方面取得新的重大进展，克服了规模化应用中的技术瓶颈，使稀土采收率大于95%，浸取剂用量减少80%，开采时间缩短70%，所需电能节约60%，向环境排放的氨氮量降低95%，表现出潜在的经济可行性。最新研究成果于北京时间1月6日在线发表在《自然-可持续》（Nature Sustainability）。稀土是世界性战略矿产资源。风化壳型稀土矿是我国优势矿种，为全世界提供了90%以上的中重稀土。然而，传统的风化壳型稀土开采工艺——铵盐原地浸取技术存在生态环境破坏严重、浸出周期长、资源利用效率低等问题，2018年以后已被我国禁用。为解决风化壳型稀土矿绿色高效开采的问题，2023年中国科学院广州地化所率先提出了一种绿色、高效、经济和快速的电驱开采技术理念，完成了原理可行性验证并取得初步的实验成果。但在实际应用过程中，该技术仍面临一系列问题和挑战，主要包括电极在潮湿和侵蚀性环境中长期运行的稳定性、大规模矿区应用时可能出现的浸出液泄漏，以及地下水文条件和矿体结构对稀土采收率的复杂影响。为此，广州地化所朱建喜研究员、何宏平院士团队通过深入凝练科学问题及核心技术攻关，进一步发展和完善了稀土电驱开采新技术。通过研发新型防腐蚀低阻耗的惰性导电材料，设计高压防渗策略，以及创新性地采用周期性交替通电方法，将该技术成功应用于5000吨土方规模的稀土矿中试开采（图1）。图1. 风化壳型稀土矿原位电驱开采示意图针对常规金属电极在土壤环境中易被腐蚀的问题，研究团队开发了一种新型塑料导电电极。该电极具有优异的导电性（200 S/m）和良好的耐电流冲击能力（70 A，两个月无损）。同时，由于塑料表面的疏水性，该电极能够防止电化学腐蚀和减少水电解，并因其柔韧性可以更紧密地贴合矿体表面，从而提高电驱开采过程的效率。实际矿山结构复杂、裂隙发育严重，浸取剂和稀土浸出液在重力作用下常沿着裂隙快速迁移、泄露、导致稀土采收率降低。为此，研究团队设计了一种高压防渗策略，通过高压电场将浸出液封闭在指定收集区，同时利用电迁移和电渗原理控制稀土浸出液向集液池定向迁移。这一创新策略有效避免了传统开采中的“跑冒滴漏”，解决了传统开采中稀土浸出液无序流动和环境污染的难题，为高效、安全的稀土开采提供了创新性解决方案。在实际开采过程中，电极数量众多并相互干扰，且长时间通电会引起电荷累积，降低通电效率并增加能耗。为此，研究团队设计了周期性交替通电方法。通过周期性切换阳极与阴极，有效减少了电极极化现象，提升了电流效率。此外，通过给局部区域轮换通电，利用停电期间的额外扩散作用促进了浸取剂和稀土离子的交换反应，提高了稀土采收率。相比给全区域同时通电，该方法可显著节约电能，降低了成本。通过60天的通电开采，工业试验的稀土采收率达到了95%以上（图2a）。环境监测结果表明，地下水和地表水中的氨氮排放量相比传统开采工艺减少了95%（图2b，2c），极大降低了稀土开采的环境影响。基于技术经济分析，电驱开采技术在不计入环境修复成本的情况下，与传统开采技术的成本相当，但传统工艺的后期环境成本和生态修复费用（主要是氨氮污染）通常较高。电驱开采技术展现出潜在的经济可行性和环境优势。图2 工业试验结果图。（a）稀土采收率；（b）地下水氨氮含量；（c）地表水氨氮含量。相关系列研究成果发表在《自然-可持续》（Nature sustainability）（2023,2025）、《创新》（The Innovation）（2024）、《化学工程杂志》（CEJ）（2024）、《稀土学报》（JRE）（2024）等，授权专利12件（包含3件国际专利）。该研究受到了中国科学院前瞻战略科技先导专项（A类先导专项）、广东省基础与应用基础研究重大项目和国家自然科学基金等项目的资助。论文信息：Gaofeng Wang,Jianxi Zhu*,Xiaoliang Liang,Bowen Ling,Jie Xu,Yongqiang Yang,Shichang Kang,Wei Tan,Yongjin Xu,Xiaoshan Zou,Lingyu Ran,Jingming Wei,Hongping He,Industrial-scale sustainable rare earth mining enabled by electrokinetics,Nature Sustainability,2025. DO1:10.1038/s41893-024-01501-9文章链接：https://www.nature.com/articles/s41893-024-01501-9

2025-01-07

广州地化所蒋彬等-JGR：有机气溶胶挥发性的内在化学驱动因素：从实验研究到模型预测

挥发性是有机气溶胶的一个关键性质，它决定了气溶胶分子在大气中的停留时间，从而可评估其对气候和空气质量的影响。因此，准确预测挥发性对于理解气溶胶的环境效应至关重要，同时也充满挑战。揭示挥发性的内在化学驱动因素有助于提高预测模型的准确性。研究气相和颗粒相中有机气溶胶分子组成的差异，可以有效识别影响挥发性的内在化学因素。近期，中国科学院广州地球化学研究所FT-ICR MS仪器工程师蒋彬与赵时真副研究员等合作，对我国6个主要城市大气的气相和颗粒相样品的分子组成差异进行深入分析。研究揭示了决定和预测有机气溶胶挥发性的内在化学参数，包括分子量，等效双键当量（DBE），碳和氧质量百分比及氧碳比，同时发现，DBE与挥发性呈显著负相关性。将DBE作为新的变量纳入已有模型可以显著改进模型的准确性，尤其对于几乎没有或没有杂原子（0-2）的化合物，如烃类（CH）。研究结果进一步阐明了DBE、碳、氮、氧和硫原子对气溶胶中有机分子挥发性的贡献，从而能更好地预测环境空气中不同挥发性有机化合物的相态分布。该研究取得的主要进展包括:（1）整合研究了6个主要城市大气的气相和颗粒相的分子（29600个分子式）组成，并将其分为三类，包括仅在气相中检测到（PUF only）、在气相和颗粒样品中都检测到（PUF&PAR），以及仅在颗粒样品中检测（PAR only）到的化合物。研究结果显示：随着挥发性的降低，木质素/富含羧基的脂环分子（CRAM）分子的比例从PUF_only组的38%下降到PAR_only组的27%（图1a）。相反，脂质和不饱和烃的比例增加，脂质的比例从PUF_only组的13%增加到PAR_only组的40%，不饱和烃的比例从PUF_only组的4%增加到PAR_only组的20%（图1a）；颗粒相的平均分子量、碳质量百分比和DBE高于气相，而平均O/C比值和氧质量百分比低于气相（图1b）。（2）发现DBE与挥发性呈显著负相关性，并将DBE作为新的变量纳入先前模型来改进有机气溶胶挥发性的预测模型（图2）。模型结果显示：新模型会显著改进有机气溶胶挥发性预测的准确性，尤其对于几乎没有或没有杂原子（0-2）的化合物（图3），如烃类（CH）。（3）利用新模型，进一步剖析了城市大气气相和颗粒相中不同挥发性化合物的分布状况（图4）。图1.仅在PUF中检测到（PUF only）、在PUF和颗粒样品中都检测到（PUF&PAR），以及仅在颗粒样品中检测（PAR only）到的化合物分子组成差异。（a）组分分布（Van Krevelen图）。（b）关键的平均分子参数。图2. 预测气溶胶挥发性的新模型。图3. 新旧模型不同杂原子数量的化合物的C0预测值对比图4. 城市大气气相和颗粒相分子不同挥发性化合物的分布本研究揭示了气溶胶挥发性的内在化学驱动因素，并建立了新模型以提高预测准确性。这些结果有助于更准确地预测气溶胶的环境行为，从而有助于我们更全面地理解气溶胶对气候系统及人类健康的影响机制。该研究成果近期发表于国际期刊《Journal of Geophysical Research: Atmosphere》上，得到了国家自然科学基金，中国科学院青年创新促进会，以及中国科学院广州地球化学研究所“涂光炽优秀青年学者”计划项目的资助。论文信息：Jiang,Bin（蒋彬）;Zhao,Shizhen（赵时真）;Chen,Wei（陈卫）;Tian,Lele （田乐乐）;Hu,Weiwei（胡伟伟）;Li,Jun（李军）;Zhang,Gan（张干）. Intrinsic Chemical Drivers of Organic Aerosol Volatility: From Experimental Insights to Model Predictions. Journal of geophysical research-atmospheres,2024,129(21):e2024JD041286. DOI: 10.1029/2024JD041286论文链接：https://doi.org/10.1029/2024JD041286

2025-01-08

广州健康院建立单因子介导体细胞重编程的新方法

2024年12月30日，中国科学院广州生物医药与健康研究院与广州医科大学附属第五医院合作在Nature Communications在线发表了题为 “Reconstitution of Pluripotency from Mouse Fibroblast through SALL4 Overexpression” 的研究论文。本研究开发了一套基于SALL4单因子的体细胞重编程方法，成功将小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）重编程为iPSCs。自诱导多能干细胞（iPSCs）技术诞生以来，研究者们持续探索，相继开发出了效率更高、时间更短及安全性更优的诱导方法。转录因子在细胞命运转变过程中展现出较高的诱导效率与速度，其中，OCT4被认为是实现iPSCs诱导所需的核心重编程因子。然而，除了OCT4之外，其他因子能否单独介导体细胞重编程，这一问题至今尚不明确。随着重编程方法的改进，许多新型转录因子组合相继被报道，其中SALL4被报道具有重要功能，是一个潜在的能够单独诱导体细胞向iPSCs重编程的因子。在该项研究中，研究人员通过筛选可促进SALL4介导体细胞重编程的化合物，建立了一种具备更高效率与稳定性的单因子诱导方法。此后，作者深入研究了SALL4介导体细胞重编程过程中的转录组、染色质可及性动态变化以及DNA结合位点特征，发现了多种新型重编程促进因子。此外，进一步探索了SALL4和OCT4协同提高重编程效率的机制，揭示出这两种转录因子通过对重编程促进基因和抑制基因的双重调控，有效地提高了重编程效率。本研究成功构建了一种全新的单因子介导小鼠体细胞重编程的方法，并揭示了SALL4和OCT4在重编程过程中协同作用的部分内在机制，强调了SALL4在此过程的作用及重要性，为深入理解细胞命运转变的复杂机制提供了新视角。中国科学院广州生物医药与健康研究院刘晶课题组科研助理肖立展、硕士毕业生黄子芬和武子轩为本论文的共同第一作者，中国科学院广州生物医药与健康研究院刘晶研究员、助理研究员王鲁勤及广州医科大学附属第五医院廖宝剑教授为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省和广州市科技计划项目、香港@InnoHK项目及广州健康院自主部署项目等项目的支持。论文链接SALL4单因子诱导体细胞重编程及SALL4与OCT4协同促进重编程机制模式图

2025-01-06