科研进展--中国科学院广州分院

华南植物园在土壤微生物固氮机理研究获新进展

生物固氮是陆地生态系统重要的氮源。过去很多研究认为生物固氮速率受到氮添加的抑制，但是越来越多的研究发现氮输入对森林土壤微生物固氮的影响并不总是负面的，而富氮环境下微生物固氮的驱动机制仍然不清楚。研究表明，微生物固氮是典型的耗能反应，土壤活性有机碳可能是固氮菌潜在的能量来源，因此深入探索不同来源的碳输入如何影响氮添加对土壤微生物固氮的影响将有助于理解土壤固氮的驱动机理。中国科学院华南植物园生态系统管理研究组依托广东省鼎湖山、石门台和河南省鸡公山等多个森林氮添加试验平台，对比森林土壤固氮菌群落对短期低氮和长期高氮处理的响应（图1），发现不同氮处理方式降低了固氮速率，但仅有短期低氮处理降低了固氮菌群落丰度指数 (ACE和Chao1)。在OTU水平上，nifH基因序列在对照与短期低氮处理之间重叠率为67.1-74.4%，而对照与长期高氮处理之间重叠率仅为52.0-53.6%，这表明长期高氮处理使固氮菌群落组成发生了更大变化。进一步发现，短期低氮处理通过增加土壤NH4+从而抑制了固氮菌丰度、多样性和固氮率，长期高氮处理虽然也增加了土壤NH4+，但对固氮菌群落结构和功能没有产生负效应。这些结果表明，在长期高氮富集环境下，土壤固氮菌可以通过调整群落组成从而在一定程度上维持生物固氮。为了进一步理解高氮富集环境下土壤维持固氮的驱动机制，研究团队依托广东省鹤山森林长期氮添加试验平台，采集了长期施加氮处理的土壤进行室内碳源添加模拟实验（图2），对比了植物和微生物源可利用碳（植物源碳-木聚糖；微生物源碳-甘露糖；两者的共同碳源-葡萄糖）对土壤微生物固氮的影响和机制。研究发现，植物源和微生物源碳的添加均显著提高了土壤固氮酶活性（13-28%），但微生物源碳的促进作用更强烈。长期施氮环境下，碳输入比氮输入对土壤微生物固氮速率的影响更大，而且土壤氮含量较高的豆科森林土壤固氮酶活性对碳添加的响应速度比非豆科森林更快。碳输入提供能量是驱动土壤微生物固氮的直接原因。同时该研究估算，当土壤中有机碳的输入（比如，通过地上植物或者土壤微生物）增加5%，土壤微生物的固氮量可能增加2.2-3.9 Tg N yr-1。相关结果分别以“Soil diazotrophs sustain nitrogen fixation under high nitrogen enrichment via adjustment of community composition”和“Plant and microbial carbon are important drivers of free-living nitrogen fixation in tropical forest soils: A new discovery of carbon-driven nitrogen input”为题发表在微生物学会期刊mSystems（《微生物系统》）和地球物理学会期刊Geophysical Research Letters（《地球物理研究通讯》）上。中国科学院华南植物园博士研究生许美晨为上述论文的第一/第二作者，郑棉海副研究员为两篇论文的通讯作者。相关研究得到广东省基础与应用基础研究基金，国家重点研发-青年科学家项目、中国科学院青年创新促进会项目等资助。论文链接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/msystems.00547-24 https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024GL111238 图1. 短期低氮和长期高氮处理对森林土壤固氮菌群落的影响机制图2. 氮添加环境下碳源输入对森林土壤微生物固氮的驱动机制

2024-10-27

华南植物园发表鼠尾草属新种——泰宁鼠尾草

鼠尾草属是唇形科中最大的属，全球约有1000种，广泛分布于中美洲、南美洲、西亚和东亚。我国鼠尾草属物种多样性很高，其中大多数是特有种。早期对鼠尾草属的分类修订主要基于形态证据，导致一些新物种被忽略。分子证据的应用和实地调查的加强为了解这一复杂群体提供了新视角。一些被忽略的鼠尾草属物种，如张家界鼠尾草（Salvia daiguii,图1）和光叶鼠尾草（Salvia glabrifolia,图2）相继得以发现、描述和命名。图1：张家界鼠尾草图版（图片来源于原始文献）图2：光叶鼠尾草图版（张梦华提供） 2022年，福建省建宁县植物专家高元龙在泰宁县状元岩考察时发现了一种叶片革质且叶脉金黄的鼠尾草，并引种在庭院栽培观察，认为可能是一个新物种。2024年5月，中国科学院华南植物园引种保育团队科研人员与高元龙前往其栖息地考察，并对其种群和个体形态特征进行观测。同时，科研人员采集标本和DNA分子材料，并引种活体材料在华南植物园进行栽培保育。通过查阅本属植物模式标本和原始文献，结合形态和分子证据，确认其为新物种，并以发现地福建泰宁将其命名为泰宁鼠尾草（Salvia tainingensis,图3 & 4）。除模式产地外，该种在南平邵武县将石省级自然保护区也有分布（图5）。泰宁鼠尾草之前一直被鉴定为地埂鼠尾草（Salvia scapiformis,图5 & 6）。事实上，泰宁鼠尾草与光叶鼠尾草和张家界鼠尾草在形态上更为相似。泰宁鼠尾草叶片薄革质、基部近圆形或楔形、叶正面密被易脱落长柔毛、上唇外面密被长柔毛，可与三者进行区分。泰宁鼠尾草性状独特、观赏价值高，具有一定的园林应用潜力。图3：泰宁鼠尾草图版图4：泰宁鼠尾草模式标本图5：被定为地埂鼠尾草的泰宁鼠尾草（图片来源于PPBC，陈新艳摄）图6：地埂鼠尾草图版（张代贵提供）相关研究已近日在线发表在国际学术期刊Phytotaxa上。华南植物园谢丹工程师为论文第一作者，宁祖林高级工程师为论文通讯作者，董书鹏、高元龙以及吉首大学张梦华和张代贵参加了相关工作。文章链接：https://phytotaxa.mapress.com/pt/article/view/phytotaxa.669.2.7

2024-10-27

“南海岛礁波风光储一体化能源保障系统”中国科学院C类先导专项启动会在广州召开

10月21日，中国科学院关键核心技术攻坚先导专项“南海岛礁波风光储一体化能源保障系统”启动会在广州能源所召开。中国科学院重大科技任务局材料能源处长何京东、海洋技术处长沈刚、项目管理中心段维新，珠海万山海洋开发试验区副主任令狐克星，广东电网有限责任公司电科院副总工梁晓兵，中国科学院广州分院副院长孙龙涛，广州能源所所长/专项行政指挥线负责人吕建成、副所长黄宏宇、专项技术指挥线负责人盛松伟及专项骨干成员等60余人参加会议。会议特邀中国工程院陈勇院士、饶宏院士，海军李决龙将军，监理专家秦伟研究员、王海峰研究员等8位专家与会指导。何京东主持会议。10月21日，中国科学院关键核心技术攻坚先导专项“南海岛礁波风光储一体化能源保障系统”启动会在广州能源所召开。中国科学院重大科技任务局材料能源处长何京东、海洋技术处长沈刚、项目管理中心段维新，珠海万山海洋开发试验区副主任令狐克星，广东电网有限责任公司电科院副总工梁晓兵，中国科学院广州分院副院长孙龙涛，广州能源所所长/专项行政指挥线负责人吕建成、副所长黄宏宇、专项技术指挥线负责人盛松伟及专项骨干成员等60余人参加会议。会议特邀中国工程院陈勇院士、饶宏院士，海军李决龙将军，监理专家秦伟研究员、王海峰研究员等8位专家与会指导。何京东主持会议。吕建成对各位领导及专家给予的支持表示衷心的感谢。他强调，专项将进一步凝聚创新合力，转变科研组织模式，积极抢占科技制高点；并希望各单位增强使命感，紧盯海上能源安全高效利用技术难题，加速推进技术研发与示范工程建设，推动重大科研成果产出，提升我国在相关领域的核心竞争力。孙龙涛在致辞中表示，希望广州能源所借此先导专项契机，在前期扎实工作基础上，进一步强化优势学科融合，致力于解决海上能源安全高效利用难题，为解决国家重大需求做出新的更大的贡献。会上，何京东宣读了专项立项文件。专项成立了以饶宏为组长的咨询专家组，以秦伟为组长的监理组。段维新介绍了先导专项监理工作，表示专项要充分发挥“两总”作用，进一步强化专项内部沟通与协作，以确保专项按计划高质量推进。专项技术指挥线负责人盛松伟详细汇报了专项立项背景、实施方案、工作计划和进展等内容。与会专家对专项实施方案给予了充分肯定，并围绕关键科学问题凝练、研究目标聚焦、技术难点突破、项目间协调配合、指标考核方式、多学科耦合以及专项预期成果应用等方面提出了富有建设性的意见和建议。专家组希望专项进一步明确需解决的重大问题、突破的关键技术，并加强五个项目之间的交流合作，共同推动标志性成果的产出。与会人员合影

2024-10-21

中国科学院2023年度乡村振兴项目进展暨2024年度定点帮扶项目实施方案论证会在环江召开

10月18日至20日，由中国科学院亚热带农业生态研究所牵头承担的2023年度中国科学院乡村振兴项目环江县农业高质量绿色发展模式及乡村振兴示范村创建进展暨2024年度定点帮扶项目环江农林产业与石漠化治理模式转型升级示范应用方案论证会在环江召开。10月18日至20日，由中国科学院亚热带农业生态研究所牵头承担的2023年度中国科学院乡村振兴项目“环江县农业高质量绿色发展模式及乡村振兴示范村创建”进展暨2024年度定点帮扶项目“环江农林产业与石漠化治理模式转型升级示范应用”方案论证会在环江召开。湖南农业大学王辉教授、欧立军教授，华中农业大学武松伟副教授、中国科学院地理科学与资源研究所戚伟副研究员等担任项目特邀专家。项目负责人何寻阳研究员、各课题负责人和项目骨干、项目参与人员等参加会议。会议上半程，项目负责人何寻阳围绕2023年度乡村振兴项目整体进展与考核指标完成情况等进行了汇报。随后，亚热带生态所何寻阳研究员、肖孔操副研究员、付智勇副研究员、肖峻副研究员、西双版纳热带植物园毛新雨助理工程师分别就课题进展、存在问题及解决措施、下一步工作计划等进行了汇报。专家组在听取项目及各课题进度汇报后，针对项目和课题的课题间衔接性、存在不足、后续工作规划等进行了质询和讨论。专家组认为，项目整体进展情况较好，符合任务书要求。他们还对加强技术示范应用落地等方面提出了宝贵建议，为项目组查漏补缺、做好后续工作提供了有效的支撑。会议下半程，项目负责人何寻阳介绍了2024年度定点帮扶项目背景及主要任务开展情况。随后，亚热带生态所付智勇副研究员、肖孔操副研究员、张浩研究员，昆明植物所刘伟副研究员、西双版纳热带植物园毛新雨助理工程师、华中农业大学胡承孝教授、西南大学宋震教授分别就课题实施方案进行了汇报。专家组仔细听取了项目及各课题实施方案汇报，并进行了热烈讨论。专家组认为，项目整体实施方案合理，建议进一步加强课题之间衔接，为保障项目顺利实施提供了科学参考。会议期间，专家组还对平治桑蚕产业示范基地、大麻村与文化村柑橘示范基地及向未来牧业有限公司进行了实地调研，对各个示范区的建设定位、设计规划、建设进展等情况进行了现场交流和指导。会议现场参会人员合影与会专家现场调研

2024-10-22

“挑战者”深渊环流动力学研究取得重要进展

近日，深海所海洋环流观测与数值模拟研究室联合中国海洋大学三亚研究院在Nature子刊《Nature Communications》在线发表了题为"Three-layer circulation in the world deepest hadal trench"的研究论文。该研究基于万米级深渊潜标观测阵列，首次发现“挑战者”深渊深层三层环流结构，并揭示环流结构的形成机制；该研究发现对研究深渊物质输运、沉积过程以及物种迁徙具有重要的参考意义。近日，深海所海洋环流观测与数值模拟研究室联合中国海洋大学三亚研究院在Nature子刊《Nature Communications》在线发表了题为"Three-layer circulation in the world deepest hadal trench"的研究论文。该研究基于万米级深渊潜标观测阵列，首次发现“挑战者”深渊深层三层环流结构，并揭示环流结构的形成机制；该研究发现对研究深渊物质输运、沉积过程以及物种迁徙具有重要的参考意义。江会常博士为论文第一作者，中国海洋大学肖鑫博士为共同第一作者，徐洪周研究员和中国海洋大学周春教授为共同通讯作者，中国海洋大学田纪伟教授为合作作者。 “挑战者”深渊是世界上最深的深渊海沟。来自南大洋的低层绕极深层水（LCDW）经由这一关键枢纽侵入雅浦海沟和菲律宾海盆（图1），从而对局地环境产生重要影响。由于极端深度环境下采样十分困难，目前仍不清楚“挑战者”深渊的LCDW输送和深层环流结构。为了探究上述科学问题，研究室联合中国海洋大学深渊研究团队在“挑战者”深渊布放了万米级潜标阵列进行长时间流速观测（图2上）。通过分析海流数据，研究发现“挑战者”深渊3600米以深存在三层环流结构，自上而下分别为西向流、气旋式环流以及反气旋式环流（图2下）。西向流在夏季转为东向，表明深海盆之间存在双向连通性，而气旋式环流和反气旋式环流则相对稳定。结合潜标观测、数值试验和前人发现的分析结果表明，该环流结构是由LCDW入侵、局地特殊地形以及底部强湍流混合共同作用而形成。其中，底部强湍流混合在驱动反气旋环流方面起到关键作用。万米级潜标观测阵列的布放和回收工作得到了中国海洋大学“东方红2号”和深海所“探索一号”科考船全体工作人员的大力支持和协助，数值试验的工作得到深海所公共技术中心提供的计算资源支持。该项研究受国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国博士后科学基金和海南省科技人才创新项目等共同资助。论文信息：Jiang Huichang#,Xiao Xin#,Xu Hongzhou*,Zhou Chun*,Philip A. Vetter,Yu Liu,Long Tong,Chen Qi'an,Tian Jiwei. (2024). Three-Layer Circulation in the World Deepest Hadal Trench. Nature Communications,15(1),8949.原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53370-7图1. “挑战者”深渊位置和潜标站位置、以及西太平洋深层环流示意图图2. 深渊潜标观测阵列（上）和环流动力结构示意图（下）

2024-10-22

GR: 世界上第一个被发现的石炭纪末期的高品位大型菱锰矿矿床

锰是一种大宗紧缺的能源金属。现代大洋锰结核以MnO2为主（图1a），极少有MnCO3（菱锰矿）结核或矿层被发现；而我国陆域锰矿的主体成分为MnCO3（图1b）,呈现了海陆迥异的锰矿物状态。为深刻认识锰矿形成机理，方便海洋和陆地锰矿勘查，深海所与中国地调局西安矿产调查中心、长大、中国地调局西安地调中心、渥太华大学、伦敦大学学院、中国地调局综合调查指挥中心合作，对西昆仑奥尔托喀讷什大型碳酸盐型锰矿进行了剖析。深海所作为通讯单位的论文Discovery of Late Carboniferous high-grade carbonate-hosted manganese mineralization in the Maerkansu Area of the Western Kunlun Orogen,Northwest China)在TOP期刊Gondwana Research发表(中科院1区，IF= 7.2)。图1. 现代锰结核手标本横切面(图a)和菱锰矿晶体（图b）奥尔托喀讷什大型碳酸盐型锰矿形成于古特斯洋向北俯冲的弧后盆地环境，本次工作通过新鲜锰矿石有机质的Re-Os定年显示其成矿时代为302 ± 9 Ma，是晚石炭世期间世界上第一个被发现的高品位菱锰矿矿床。该时期柴达木、华北板块均存在古特斯洋向北俯冲的弧后盆地环境（图2a），但却未有菱锰矿床的发现。研究推测：塔里木地幔柱的活动促进了西昆仑菱锰矿矿床的形成（图2a）。原因在于：（1）锰矿成矿时代与其北部塔里木地幔柱启动时间一致（塔里木金伯利岩年龄300.5 ± 4.4 Ma被认为是地幔柱启动时间(Zhang et al.,2013)（图2b）；（2）Re-Os同位素显示矿区有地幔物质参与；（3）西昆仑北部存在塔里木地幔柱，西昆仑南部的北羌塘地体(图2a)在早二叠纪也有地幔柱活动(Zhang and Zhang,2017),故夹在中间的西昆仑地区也应受到地幔柱的影响。矿区存在强烈的热水沉积活动，可能地幔柱影响下的弧后盆地的热水活动，提供了锰源。图2. 奥尔托喀讷什大型碳酸盐型锰矿的地质背景(Gao et al.,2024)：其中图a晚石炭世古地理重建（据李荣社等，2011；Huang et al.，2018--ESR修改）。草莓状黄铁矿、自生石英以及d34S达-38.7‰指示微生物在锰矿中起到了作用。矿床所在的弧后盆地具有饥饿盆地性质（图3），该环境通常可增强微生物的成矿作用。矿区的碳酸盐型锰矿石具有现代大洋锰结核的正Ce异常，且V/(V+Ni）在0.39左右，指示锰矿石经历了以Mn4+沉积的氧化阶段（Cycle I）（图3a-b），微生物可能在Mn4+富集过程中起到了作用。经计算该阶段氧逸度大概为FMQ+6.4。图3. 西昆仑造山带晚石炭世奥尔托喀讷什大型碳酸盐型锰矿床成矿模式（Gao et al.,2024）矿石的Pr/Ph小于0.8（高度缺氧），指示锰矿石经历了还原阶段（Cycle II）（图3c），使Mn4+变为了Mn2+，该阶段氧逸度大概在FMQ + 4.5。全岩13CV-PDB值（从-19.5‰～-8.2‰）比围岩的13CV-PDB值（-5.3‰～+4.2‰）偏负，而锰矿石中干酪根的13CV-PDB值（-29‰）明显低于全岩，推测有机质还原功能在Mn4+转换为Mn2+的过程中（Cycle II）起到了关键作用。研究最终指出：在伸展构造背景下，存在地幔柱的影响，热水活动强烈，有饥饿盆地性质的沉积环境，且有机质含量高的地层是菱锰矿富集成矿的优先位置。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.gr.2024.06.006

2024-10-22

脂质组与蛋白质组分析揭示深渊狮子鱼对极端深海环境的适应机制

近日，中国科学院深海科学与工程研究所和水生生物研究所何舜平团队，在《Water Biology and Security》期刊上发表了一项研究成果《Lipidome and proteome analyses provide insights into Mariana Trench Snailfish (Pseudoliparis swirei) adaptation to the hadal zone》，详细揭示了马里亚纳海沟狮子鱼（Pseudoliparis swirei）如何通过调节脂质和蛋白质的代谢机制，成功适应全球最深的海洋环境。首次通过对脂质组和蛋白质组的联合分析，研究团队揭示了该鱼类如何在极端的高压、低温和食物匮乏环境中生存的关键分子机制。挑战重重的深渊带环境马里亚纳海沟位于地球最深处，常年处于黑暗中，极高的水压和低温对生物的生存构成巨大挑战。水深每下降10米，水压便增加0.1兆帕（MPa），对大多数生物的细胞过程如分裂、代谢等造成了极大干扰。此前，该团队已经在基因组和转录组水平上对深渊狮子鱼的适应性机制进行了详细的探讨，但在脂质代谢组和蛋白质组水平上目前还未有相关研究。能量储存与利用机制的突破深海鱼类普遍具有较大的肝脏组织，尤其是深渊狮子鱼膨大的肝脏特别引人注目。该研究中，科研团队对捕获于马里亚纳海沟不同深度（2,027至7,125米）的五种深海鱼类（包括Bathysaurus mollis、Coryphaenoides rudis、Ilyophis sp.、I. brunneus以及马里亚纳海沟狮子鱼（MHS）的肝脏组织脂质代谢组和蛋白质组进行了深入的分析，揭示了深渊狮子鱼独特的生存策略。研究检测了8个大类，36个亚类的脂质分布，结果表明MHS与其他四种深海鱼类的总脂质水平相当，三酰基甘油（TG）作为主要的能量储备，在深海鱼类脂质组中均占据主导地位。此外，自由脂肪酸（FFA）、胆固醇及其酯类（CE，胆固醇）、磷脂和二酰基甘油（DG）也是深海鱼类肝脏中主要的脂质成分。磷脂和甾醇是膜结构的重要组成部分，而自由脂肪酸对于深海鱼类的细胞调节至关重要。研究发现，马里亚纳狮子鱼通过显著增加肝脏中的胆固醇酯（CE）、醚键三酰基甘油（TG-O）、辅酶Q（CoQ）和ATP酶含量，帮助其在食物匮乏的条件下储存和有效利用能量。这种机制极大地延长了狮子鱼在深海环境中的生存能力，尤其是在长时间禁食的情况下，这些分子储备可被分解用于提供能量。维持高压下细胞膜的流动性此外，与其他深海鱼类相比，深渊狮子鱼表现出脂肪酸代谢路径的显著差异，特别其肝脏中含有更高比例的不饱和脂肪酸，进一步的脂质链长度分析表明，深海鱼类肝脏中某些脂质的脂肪酸链长度趋向于更长。在高压环境下，保持膜流动性对于深海生物的生存至关重要，膜的刚性主要通过胆固醇和磷脂酰乙醇胺（PE）调控，另外PE与磷脂酰胆碱（PC）的比值，也可以指示出膜的流动性。该研究发现，在五种深海鱼类的肝脏组织中，MHS肝脏中的胆固醇和PE含量占总脂质的比率显著降低，且深渊狮子鱼肝脏中PE与PC比值显著降低。表明MHS优化了脂质比例，以在极端高压下维持高膜流动性，保障细胞功能和生存。应对氧化应激的强大防御机制深海环境中的食物匮乏和高压条件会增加细胞内自由基的产生及氧化应激风险，研究发现，马里亚纳狮子鱼可以通过一系列抗氧化机制有效减少了氧化损伤。多不饱和脂肪酸和磷脂酰乙醇胺（PE）更容易氧化，这加剧了细胞的脆弱性，导致细胞损伤和死亡。研究表明，深渊狮子鱼类通过增加单不饱和脂肪酸含量同时减少多不饱和脂肪酸含量，并降低磷脂酰乙醇胺（PE）等容易氧化的脂质比例，有效降低了脂质过氧化的风险。此外，狮子鱼肝脏中转铁蛋白（Transferrin）和热休克蛋白（HSPs）的显著高表达，进一步增强了其对抗氧化应激的能力。转铁蛋白能够有效调节体内的铁平衡，防止自由铁引发的氧化应激，而热休克蛋白则在极端压力下帮助蛋白质折叠和修复，是细胞生存的关键。深海适应的分子机制揭示更多适应性进化本次研究不仅揭示了狮子鱼在深海环境中的适应机制，还为深海鱼类在营养匮乏和极端环境中如何通过代谢调节来应对挑战提供了重要线索。研究显示，马里亚纳狮子鱼的脂质代谢路径与胆固醇代谢、脂肪消化吸收、膜流动性调节等密切相关，尤其是通过调节胆固醇和磷脂的含量，使其在高压环境下能够保持细胞膜的流动性。此外，研究团队还发现，该鱼类的胰岛素抵抗途径在深海适应中发挥了重要作用，可能通过促进脂肪生成来应对长期的营养匮乏。这一发现进一步揭示了深海鱼类如何在长期的生存压力下进行能量保留与代谢调节。图1. 五种深海鱼类的采样地点图2. MHS肝脏组织的脂质组和蛋白质组分析揭示适应机制图3. MHS与其他四种深海鱼类间具有显著差异的脂质代谢物图4. MHS与其他四种深海鱼类脂质代谢差异的KEGG富集分析未来展望：为深海生物适应性研究开辟新方向该项研究的结果为深海生物对深渊环境的适应机制研究提供新的视角。研究团队指出，未来将通过进一步探测更多深海鱼类的脂质组和蛋白质组，深入研究不同深度环境中的生物适应性。该研究由中国科学院战略性优先研究计划和国家自然科学基金支持，中科院深海所徐涵博士为本研究的第一作者，何舜平研究员为本研究的通讯作者。文章链接:https://doi.org/10.1016/j.watbs.2024.100295

2024-10-18

广州健康院建立胰腺炎疾病和靶向药物细胞谱系

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院陈奇研究组在Journal of Genetics and Genomics上发表研究论文ATN-161 alleviates caerulein-induced pancreatitis，阐明了血管内皮细胞在胰腺炎中的疾病谱系。近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院陈奇研究组在Journal of Genetics and Genomics上发表研究论文ATN-161 alleviates caerulein-induced pancreatitis，阐明了血管内皮细胞在胰腺炎中的疾病谱系，并据此发现内皮细胞受体Integrin-α5的抑制剂ATN-161在胰腺炎治疗中的重要作用。胰腺炎（pancreatitis）是最常见的胃肠道疾病，每年全球患者高达700万-900万，在重症患者中有极高的致死率，并可能诱发更为致命的胰腺导管腺癌。据统计，美国2018年因胰腺炎入院患者高达30万，治疗耗资近80亿美元。然而，目前对胰腺炎的治疗主要以静脉输液、感染预防和疼痛管理为主，亟需靶向性药物用于胰腺炎的治疗。在这项工作中，研究团队利用经典的雨蛙素胰腺炎动物模型，对胰腺炎发病过程中的胰腺血管内皮细胞、腺泡和导管等细胞进行了多时间点的单细胞转录组病理性谱系分析。发现胰腺炎显著改变了胰腺内血管内皮细胞的转录组性质，而胰腺内内皮细胞的病理谱系状态与胰腺炎的发展和恢复过程一致。在胰腺中，导管上皮细胞与血管内皮细胞紧密并行，而胰腺炎的病变伴随异常的血管增生。进一步分析表明，导管上皮细胞与血管内皮细胞存在紧密的细胞间互作，胰腺炎会诱发CK19阳性类导管细胞过量分泌Spp-1，靶向内皮细胞上的受体Integrin-α5。利用Integrin-α5的抑制剂ATN-161，能够显著抑制胰腺炎发病过程中的病理现象，包括腺泡-导管化生和病理性血管新生，并促进导管上皮细胞与血管内皮细胞间互作的重建。ATN-161的药物处理谱系分析显示，该药物处理显著恢复了内皮、腺泡和导管等细胞的谱系状态。ATN-161在一期临床实验中展现出明显的安全性，因此该药物及其相关修饰物极可能为胰腺炎的治疗提供新方案。这项工作主要在中国科学院广州健康院开展，相应成果已申请国家发明专利。陈奇研究组的研究生高荣荣、马兰跃、陈建伟和王钰翔为该论文的共同第一作者。陈奇研究员和华南理工大学的刘阳教授为共同通讯作者。相关工作得到国家重点研发计划、教育部中央高校科研项目、中国科学院、国家自然科学基金委、广东省科技厅等项目的资助，中国科学院广州健康院分析测试中心和实验动物中心提供技术支持。论文链接胰腺炎和ATN-161病理与药物谱系分析总结的工作模型

2024-10-22

广州健康院合作开发有望预防寨卡病毒感染的单剂接种环状RNA疫苗

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院（广州健康院）冯立强研究员、巫林平研究员与广州实验室陈凌研究员等合作，在Nature Communications期刊发表了题为“A single-dose circular RNA vaccine prevents Zika virus infection without enhancing dengue severity in mice”的最新研究成果。近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院（广州健康院）冯立强研究员、巫林平研究员与广州实验室陈凌研究员等合作，在Nature Communications期刊发表了题为“A single-dose circular RNA vaccine prevents Zika virus infection without enhancing dengue severity in mice”的最新研究成果。该研究利用环状RNA（circRNA）编码改良寨卡病毒（Zika virus,ZIKV）抗原，探索了一种单剂接种即可预防寨卡病毒感染且无登革病毒感染增强风险的疫苗新策略。寨卡病毒与登革病毒（Dengue virus,DENV）类似，均属于黄病毒科，蚊媒相似，流行区域重叠。2007年后，寨卡病毒疫情逐渐蔓延至数十个国家。寨卡病毒感染可导致先天性寨卡综合征（如新生儿小头畸形）及吉兰-巴雷综合征等严重神经系统疾病，尚无临床可用的预防疫苗。寨卡病毒感染与登革病毒感染之间的抗体依赖感染增强风险（Antibody-dependent enhancement of infection,ADE）是寨卡病毒预防疫苗研究须攻克的瓶颈。由于抗原相近，寨卡病毒感染或预防疫苗免疫可诱导针对登革病毒的交叉结合抗体，这些抗体往往中和能力不足，不但不能阻断登革病毒感染，反而通过靶细胞表面Fcγ受体促进登革病毒入侵，加重感染。多个动物模型及临床队列研究表明预存寨卡病毒抗体可加重登革病毒感染。为绕开ADE，该研究采用寨卡病毒包膜蛋白结构域III（EDIII）作为抗原。EDIII含有主要的中和抗体表位，在寨卡病毒与登革病毒间差异较大，有潜力诱导特异性中和抗体反应，减少登革交叉抗体的产生。鉴于EDIII免疫原性较弱，该研究首先探索了不同聚体EDIII诱导中和抗体及T细胞免疫的能力，发现二聚体比单体或三聚体能够诱导更高水平的中和抗体及T细胞反应。此外，为提升保护效果，该研究引入另一保护性抗原—非结构蛋白NS1。该团队前期证明非结构蛋白NS1可诱导保护性免疫反应，且无诱发ADE的风险（NPJ Vaccines,2018；mBio,2021）。研究结果表明，编码EDⅢ-Fc和NS1抗原的circRNA疫苗在“母鼠免疫+仔鼠攻毒”模型及干扰素受体缺陷鼠模型均能有效预防寨卡病毒感染。重要的是，circRNA骨架的优化可提升抗原表达量，优化后单剂接种疫苗即可产生有效且持久的免疫保护。在登革病毒感染小鼠模型，该疫苗策略未触发登革病毒ADE。该成果不仅为研制安全有效的寨卡病毒疫苗提供依据，也提示circRNA技术及EDIII-NS1抗原策略有潜力应用于登革病毒等蚊媒黄病毒疫苗的研发。广州健康院博士研究生刘兴龙、助理研究员李正锋、硕士研究生李晓霞为该论文的共同第一作者；广州健康院冯立强研究员、巫林平研究员，广州实验室陈凌研究员为共同通讯作者。广州健康院王建华研究员、瞿林兵副研究员，广州医科大学附属市八医院李锋研究员、庾蕾研究员，中山大学李义平教授等提供了重要实验材料及宝贵建议。广州健康院实验动物中心和分析测试中心为本研究提供了重要支撑。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省自然科学基金等支持。论文链接图1 编码EDIII及NS1抗原的环状RNA疫苗可预防寨卡病毒感染且无登革病毒感染增强风险

2024-10-21

华南植物园揭示植物叶片水力效率和安全权衡变化的气候驱动因子

经典的“植物水力权衡假说”认为，植物的水力传输效率和安全之间存在权衡关系。然而，相比于枝条，叶片的水力权衡关系的研究没有受到足够关注。叶片被认为是植物水分传输的一个重要“瓶颈”，前人的研究表明，叶片的水力权衡关系仍存在较大的争议，尤其是其生理生态机制以及潜在的气候驱动因子仍不清楚。中国科学院华南植物园植物生理生态研究组博士后金益，构建了包含全球81个样地362种被子植物叶片水力性状的数据库，通过多种模型分析发现，在全球尺度上被子植物叶片水力效率和安全之间存在显著但是微弱的权衡关系。同时，植物生长区域的阳光辐射和降水条件共同驱动了权衡关系的变化，即：生长于高阳光辐射和低降水区域的植物通常有较高的叶片水力效率和安全，而生长在高降水且低阳光辐射环境条件下的植物有更低的水力效率和安全。此外，生长在高阳光辐射和低降水区域的植物可以通过增加叶片的比叶重、叶脉密度以及渗透调节能力，增强叶片水力安全性但不影响水力效率，从而改变叶片水力策略，以保障植物在特定栖息地的生长和存活。该研究在全球尺度上揭示了叶片水力效率和安全的权衡关系及其生理生态机制，为阐明植物的水分适应策略提供了新观点，对探究气候变化下植物的响应与适应及其分布格局具有重要科学意义。相关研究结果以“Precipitation,solar radiation,and their interaction modify leaf hydraulic efficiency-safety trade-off across angiosperms at the global scale”为题在线发表于国际主流学术刊物New Phytologist（《新植物学家》）（IF5-year=10.2）上。该研究得到了国家自然科学基金，中国科学院青年创新促进会和广东省科技计划等项目的资助。论文链接：http://doi.org/10.1111/nph.20213图1. 年均降水量(MAP)和太阳辐射(SR)对叶片水力效率和安全权衡关系的交互作用。

2024-10-21