科研进展--中国科学院广州分院

“威尔逊”旋回高度概述了地球板块构造运动的第一级模式特征：新大洋打开-大洋板块俯冲-板块群汇聚-主洋盆闭合-大陆碰撞，旋回周期约4-6亿年。近年来，许多研究表明，自显生宙（ca. 5.4亿年）以来，全球范围内存在一些比威尔逊旋回更短暂的构造与岩浆活动旋回。在1000-5000万年内，许多非碰撞性的主动大陆边缘经历了多期次的挤压-伸展构造体制转换，以及岩浆活动的峰期与间歇期转变（我们将这类旋回称为“手风琴式”旋回）（图1）。相关研究表明，这些构造与岩浆活动模式的转变与高浮力块体进入俯冲带的时间大致相同或稍晚。由于现有的威尔逊旋回没有描述到“手风琴式”旋回，所以很难全面概括大多地质时期内主动大陆边缘的地质演变。虽然前人进行了详细研究，但对“手风琴式”旋回的控制机制尚未达成一致。图1. 显生宙以来“手风琴式”构造-岩浆旋回分布简图图2. “手风琴式”构造-岩浆旋回的典型模式。(a)-(c) 模式一：伴随有海沟跳跃的地块增生与俯冲模式。(d)-(g) 模式二：沿单一海沟的地块增生与俯冲模式。(h)-(k) 模式三：无地块增生的俯冲模式。针对以上科学问题，中国科学院广州地球化学研究所的刘亮副研究员在徐义刚院士的指导下，与国内外合作者基于正演模拟与多学科观测联合约束的研究思路，针对典型的“手风琴式”构造-岩浆旋回案例（图2），系统正演模拟了含（多个）高浮力地块的连续俯冲与断续俯冲过程（如图3），通过与天然观测的现象对比，研究表明：含高浮力地块的不连续俯冲过程很大程度上控制了模式一、二的发生（图3）；仅当板片的屈服应力临界值大且密度小时，含有高浮力地块的连续俯冲过程才可导致手风琴式构造-岩浆模式的转变（模式三）。图2. 含高浮力地块复合板块的不连续俯冲模型。这里的复合板块是指“正常密度”的大洋块体与高浮力地块（大洋或大陆属性）的组合体。C1、C2为第一、二期挤压，E1、E2为第一、二期伸展。高浮力地块（的残留物质）广泛分布于地质历史时期的活动陆缘和现今的大洋板块内部：距今5千万年、3.5亿年、5.5亿年以来的增生地块物质分别占到大陆总面积的~15%、~30%、~42%；且~10%的当今洋底由高浮力地块占据。因此，本项研究所展示的含高浮力块体的俯冲过程，可能曾经长期控制（至少显生宙以来的）主动大陆边缘构造-岩浆活动的演化，并且可能在可预见的未来内扮演同等重要的角色。该项研究的开展，初步填补了威尔逊旋回对新大洋开启后、陆-陆碰撞前大陆构造-岩浆模式频繁转变的描述空缺，并揭示了高浮力地块断续进入俯冲带对主动陆缘“手风琴式”构造-岩浆模式转变的控制作用。研究成果发表于国际学术期刊Earth and Planetary Science Letters。本项研究受到国家自然科学基金委重点项目（42330305）和重大研究计划集成项目（92355302）的共同资助。论文信息：Liu,L.（刘亮）,Li,L.J.（刘丽军）,Xu,Y.G.（徐义刚）,Morgan,J.P.,2024,Earth and Planetary Science Letters,641,118861. 全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X24002942?via%3Dihub

2024-07-15

南海深海发现幽灵蛸目新种——拟幽灵蛸

中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室（LMB）谭烨辉研究团队联合上海海洋大学对海南岛东南海区深水800-1000米采集到一个与幽灵蛸相近的标本进行了系统的研究。通过形态学和基因的比较分析等，明确其与幽灵蛸存在明显差异，确定其是幽灵蛸目新种——拟幽灵蛸（Vampyroteuthis pseudoinfernalis Qiu, Liu & Huang, sp. nov.）。中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室（LMB）谭烨辉研究团队联合上海海洋大学对海南岛东南海区深水800-1000米采集到一个与幽灵蛸相近的标本进行了系统研究。通过形态学和基因的比较分析等，明确其与幽灵蛸存在明显差异，确定其是幽灵蛸目新种——拟幽灵蛸（Vampyroteuthis pseudoinfernalis Qiu,Liu & Huang,sp. nov.）。相关研究成果已在线发表于分类科学期刊《Zoological Systematics》上。中国科学院南海海洋研究所研究员邱大俊为论文第一与通讯作者，上海海洋大学教授刘必林为共同合作者之一。1903年德国海洋生物学家 Carl Chun最早在深海发现了幽灵蛸（Vampyroteuthis infernalis），随后不同的科学家把其定名为不同的名称。1939年Grace E. Pickford把这10个不同定名的生物中归为一个种类，即幽灵蛸。直到到不久之前，幽灵蛸目只有一个现存物种被大家所认可——幽灵蛸。在分类学上，幽灵蛸属于幽灵蛸目、幽灵蛸科、幽灵蛸属。此物种常生活在热带与亚热带大洋水深600至900米之间，该深度水体中氧气含量很低。2016年9月，在海南岛东南海区800—1000米水深采集到一个类似幽灵蛸的标本（图1），经过其与幽灵蛸形态比对，发现二者在形态上存在着明显的差异，包括尾部的形态、下角质颚的形状、发光器的位置。同时，线粒体COI基因与核基因28S rDNA系统进化分析中呈现出两个遗传距离较大的分支，且具有较高的支持值（图2，3）。在此基础上，将南海采集的标本形态特征与历史报道的10个同物异名种的形态特征进行了系统的比较分析，确认南海采集到的标本与之前报道的同物异名种有着明显的差异。最终，我们确定采集到的标本为幽灵蛸属一个新物种，成为幽灵蛸目已知的第二个现存物种；并定名为拟幽灵蛸（Vampyroteuthis pseudoinfernalis Qiu,Liu & Huang,sp. nov.）。拟幽灵蛸与幽灵蛸二者形态特征的区别：拟幽灵蛸具有尖尾、下角质颚翼宽长、发光器位于鳍与尾尖的中点，而幽灵蛸无尾、下角质颚翼较短、发光器位于鳍与身体末端的三分之一处（表1）。该研究主要由国家自然科学基金项目资助完成。相关论文信息：Dajun Qiu*，BilinLiu，Yupei Guo,W. A.S.W. Lakmini,Yehui Tan,Gang Li,Zhixin Li,Liangmin Huang. Vampyroteuthis pseudoinfernalis sp. nov.:the second extant widespread deep sea squid species of Vampyromorpha (Cephalopoda: Coleoidea). Zoological Systematics 2024. DOI: 10.11865/zs.2024210.文章链接：https://www.zootax.com.cn/EN/10.11865/zs.2024210图1. 拟幽灵蛸（Vampyroteuthis pseudoinfernalis sp. nov.）形态图图2. 基于线粒体 COI 基因序列构建的头足类系统发育树图（黑体为本研究采集到的序列）图3 基于核基因LSU rDNA序列构建的头足类系统发育树图（黑体为本研究采集到的序列）表1. 幽灵蛸与拟幽灵蛸形态特征与分布比较表幽灵蛸Vampyroteuthis infernalis s.s.拟幽灵蛸Vampyroteuthis pseudoinfernalis sp. nov.尾部形态无尾© 2007 MBARI尖尾发光器位置一对发光器位于位于鳍与身体末端的三分之一处。© 2007 MBARI一对发光器位于鳍与尾尖的中点。下角质颚形状下角质颚翼宽短http://tolweb.org/notes/?note_id=5249下角质颚翼宽长分布墨西哥湾、西北大西洋、南太平洋、北太平洋、印度洋。南海、北太平洋、墨西哥湾、北大西洋、佛得角群岛。参考文献Lu & Ickeringill,2002;Young,2019;http://tolweb.org/notes/?note_id=5249.本研究

2024-07-11

华南植物园揭示热浪下植物叶片损伤的生理生态基础

面对不断加剧的全球气候变暖趋势，联合国秘书长安东尼奥·古特雷斯在2023年7月举行的联合国气候问题新闻发布会的开幕致辞中称：“全球变暖的时代已经结束，全球沸腾的时代已经来临！”。近些年我们也直观的感受到高温热浪事件频率和强度的增加，这不仅影响了人类的生产和生活，同时也严重影响了植物的生长和存活。尤其在城市环境中，由于受“热岛效应”的影响，城市植物对高温热浪事件的响应更加敏感。然而，植物在自然高温热浪事件下叶片损伤的生理生态基础仍不明晰。2022年夏天，我国多地经历了持续近两个月的高温，特别是长江沿岸多座城市的气温超过了高温阈值或历史极值。因此，准确评估植物的耐热性对于预测其在热胁迫下的生存能力以及选择耐热物种至关重要。中国科学院华南植物园生态中心植物生理生态研究组（PI叶清研究员）科研人员，实地测定了长江沿岸五个城市100多种木本植物的叶片损伤率、叶片耐热指标和叶片经济性状。研究发现植物叶片习性影响光合耐热性。通过对比常绿树种和落叶树种，发现叶片构建成本较高的常绿树种耐热性高于落叶树种（图1），并指出落叶树种可能采取部分落叶的“避热”策略以保证在高温热浪事件下的存活。同时，叶片热敏感性与自然条件下叶片损伤率的显著相关性，提供了一个预测热浪下植物叶片损伤情况的潜在指标（图2）。目前的研究从叶片光合耐热性和叶经济谱的角度探讨了自然高温热浪事件下叶片损伤的生理生态基础，未来的研究还需考虑更多的生理性状，以更全面理解植物对高温热浪的响应与适应机制。相关研究成果已近期发表在国际学术期刊Functional Ecology（封面文章）和Science of the Total Environment上。华南植物园硕士研究生张浩萍、博士后宁秋蕊分别为论文的第一作者，刘慧副研究员为论文的通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目资助。论文链接：https://doi.org/10.1111/1365-2435.14562https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.170022 图1. 常绿树种与落叶树种基于18个功能性状的主成分分析图2. 极端高温事件下植物叶片损伤情况及与耐热性的相关性(a)-(d)高温热浪事件下野外叶片损伤图片；(e) 131个物种叶片耐热相关指标与叶片损伤的相关性。

2024-07-10

华南植物园在水稻镉累积的分子调控研究取得进展

水稻是最主要的粮食作物，其品质和产量易受土壤重金属污染的影响。镉是污染土壤环境最主要的重金属，严重威胁我国的耕地安全和粮食安全。作为一种致癌物质，镉可以通过“镉大米”在人体内累积导致人骨骼变脆和肾功能衰竭，严重危害了人类健康。水稻低镉积累品种的选育是解决稻米镉污染最经济、可行的方法，也是满足“确保谷物基本自给、口粮绝对安全”这一重大国家需求的重要手段。而挖掘新的抗镉基因位点，解析水稻镉积累性状的分子机制，是培育低镉水稻品种的前提及基础。中国科学院华南植物园农生中心李俭等科研人员发现内质网应激反应的关键调控因子OsbZIP39参与调控水稻镉累积。镉处理条件状，细胞膜上鞘脂含量显著降低，使细胞膜从有序状态变得更为无序，促进OsbZIP39从内质网上解离，进入细胞核。核定位的OsbZIP39靶向防御素类蛋白基因OsCAL2的启动子，上调该基因的表达，导致镉累积。进一步分析OsbZIP39编码区序列的单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphisms， SNPs)，并与235份重测序水稻种质的谷粒镉含量进行关联分析，发现OsbZIP39位于编码区的两个SNPs显著影响谷粒中镉含量，且这两个SNPs具有明显的籼粳分化，OsbZIP39Pro149与OsbZIP39Glu173主要在粳稻中存在，其籽粒镉含量显著低于含有基因型OsbZIP39Ser149和OsbZIP39Lys173的籼稻，说明OsbZIP39基因编码区的SNPs变化可能是籼稻和粳稻镉累积能力差异的原因之一，该研究为低镉水稻分子育种提供新的遗传资源和理论依据。该项研究成果已近期发表在国际学术期刊Journal of Hazardous Materials（IF2023=12.2）上。华南植物园李俭副研究员为论文第一作者，张明永研究员和中山大学生命科学学院姚楠教授为论文共同通讯作者，广东省农业科学院水稻研究所杨武与广东药科大学何梦玲等参与了该研究。该研究得到广东科技计划项目与国家自然科学基金等资助。文章链接：DOI: 10.1016/j.jhazmat.2024.135007图. 项目的工作模型正常条件下，内质网上鞘脂含量维持在正常水平，OsbZIP39锚定在内质网上，进入细胞核的含量减少，UPR基因及OsCAL2的表达下调，镉累积较少。镉处理条件下，内质网上鞘脂含量减少，OsbZIP39从内质网上解离下来，被水解激活后进入细胞核，调控下游UPR基因及OsCAL2的表达，使水稻镉累积增多。

2024-07-10

广州健康院王涛、王杰团队合作揭示蛋白质翻译调控衰老的新机制

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院的王涛课题组与王杰课题组合作在Nature Communications杂志发表了题为Perturbation of METTL1-mediated tRNA N7-methylguanosine modification induces senescence and aging的研究成果。近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院的王涛课题组与王杰课题组合作在Nature Communications杂志发表了题为“Perturbation of METTL1-mediated tRNA N7- methylguanosine modification induces senescence and aging”的研究成果。该研究揭示了METTL1/WDR4介导的tRNA-m7G修饰对于维持衰老过程中蛋白质组稳态的重要作用，研究结果阐明了tRNA修饰对于衰老的调控作用。蛋白稳态失衡（Collapse of Proteostasis）是衰老的一个重要特征(Hallmarks of Aging),表现为蛋白质非正常折叠和异常聚集。衰老过程中多个因素共同作用导致蛋白稳态失衡，一方面，由于衰老而导致蛋白发生翻译异常包括错误氨基酸掺入、异常折叠和不完整蛋白随着衰老进程逐渐积累，另一方面，细胞的大分子自噬体系（溶酶体，蛋白酶体和分子伴侣）水平或功能降低导致异常蛋白质不能及时清除而积累，这两方面的因素共同作用引起细胞蛋白质组发生改变从而诱导衰老的发生。增强自噬的策略例如抑制mTORC1活性，节食和运动均能够明显延缓模式动物的寿命。然而，衰老过程中为何会发生蛋白质翻译异常的原因仍然不清楚。研究团队发现METTL1/WDR4不仅在三种衰老细胞模型而且在衰老的小鼠肝肾等组织中表达水平下调。FlucDM-GFP报告蛋白分析和衰老相关分析结果表明，敲降或敲除METTL1增加非正常折叠蛋白的聚集，加速细胞衰老；维持METTL1的表达则减少蛋白的聚集，延缓衰老进程。全身性可诱导敲除Mettl1显著加速小鼠衰老进程，其寿命只有6个月；过表达Mettl1可以明显促进顺铂-阿霉素诱导的肝肾损伤的修复。机制研究表明，衰老伴随的RNA尤其是tRNA的m7G修饰水平降低导致一部分tRNA进入RTD途径加速降解从而引起tRNA的供给不足，导致核糖体长时间停滞于mRNA对应的密码子位置，激活了整合应急反应（ISR）和核糖体毒性应急反应（RSR），前者通过磷酸化eIF2α抑制了细胞全局蛋白质合成的起始，后者通过磷酸化p38上调SASP炎症因子分泌；另一方面，细胞周期蛋白和Wnt信号通路的蛋白质在翻译水平也被抑制。两方面的因素共同作用促进衰老的发生。该研究还验证了转录因子sp1对于Mettl1和Wdr4的转录调控作用。衰老进程中sp1显著降低，可能是m7G修饰复合物下调的一个重要调控因素。先前研究揭示了METTL1/WDR4介导的RNA-m7G修饰参与干细胞分化、神经发育以及癌症的发展，此项研究不仅揭示了m7G修饰调控衰老进程这一新的生理功能，而且阐明了引起衰老相关的蛋白稳态失衡的一条新的上游信号途径，这项结果为健康衰老的干预策略提供新的可能途径。该研究由中国科学院广州生物医药与健康研究院王涛课题组与王杰课题组共同完成。王涛课题组付雨栋等人完成实验部分，王杰课题组江帆完成数据的生物信息分析。王涛研究员和王杰研究员为文章的通讯作者。广州医科大学Dominique Ferrandon教授，中山大学附属第一医院林水宾教授、陈德猛教授，中国科学院广州生物医药与健康研究院张小飞研究员、刘晶研究员和西湖大学裴端卿教授对本文提供了宝贵的建议和帮助。论文链接图1 揭示了METTL1介导的tRNA修饰调控衰老的作用模式

2024-07-10

黄晓晴等-JGR-A：基于两年的高精度高频在线观测估算2021-2023年我国东部三氟甲烷（HFC-23）排放量

HFC-23（三氟甲烷，CHF3）主要来自生产HCFC-22的副产物，其全球增温潜势是二氧化碳（CO2）的14700倍，是《京都议定书》中要控制的氢氟碳化物（HFCs）中最受关注的一种含氟温室气体。2016年《蒙特利尔议定书》缔约方达成《基加利修正案》，旨在限控HFCs,开启了协同应对臭氧层耗损和气候变化的新篇章。2021年中国政府正式接受《基加利修正案》，将从2024年起将受控用途HFCs生产和使用冻结在基线水平，并按削减时间表逐步减排。中国是HFC-23重要排放国之一，其排放削减进程受到国际普遍关注。一项基于韩国Gosan背景站的观测研究，估算出我国东部HFC-23排放量从2015年的5.73 Gg yr-1增加到2019年的9.45 Gg yr-1，贡献了同期全球HFC-23排放增长量的47%。另一项基于我国上甸子区域背景站观测的估算表明，2018年中国HFC-23排放量为6.4 Gg yr-1，2021年中国华北地区HFC-23排放量达3.2 ± 0.9 Gg yr-1。不同研究排放量估算相差较大大，对HFC-23来源、重要源区和排放量无疑需要更多实测数据来进一步评估。中国科学院广州地球化学研究所王新明研究员团队利用2021-2023年在广州的高频在线观测数据，初步评估了我国HFC-23变化趋势和排放情况。结果显示，广州站点HFC-23平均浓度仅比同期Mace Head全球本底站观测值高出22%，且HFC-23浓度表现出显著的“冬高夏低”特征（图1），与其他具有本地排放源的卤代气体“夏高冬低”的季节变化显然不同，表明珠江三角洲地区不是主要排放源区。研究团队进一步开展气团后向轨迹（图2）和潜在源贡献（图3）分析发现，HFC-23和聚四氟乙烯（PTFE）生产过程的副产物PFC-318的浓度之间存在显著相关性(p<0.01)，潜在源区的分布也十分一致，表明HCFC-22作为原料生产PTFE的过程可能成为HFC-23日益重要的排放源。利用PFC-318作为示踪气体，该项研究进一步估算出我国2021-2023年HFC-23的平均排放量为6.7 ± 3.1 Gg yr−1 （相当于98 Tg CO2 yr-1，图4）。这项研究表明，HFC-23作为生产HCFC-22致冷剂的副产物在我国已得到有效控制，但HCFC-22也被大量用作生产包括PTFE（Teflon）在内的氟化物，这一产业链的排放应是未来关注的重点。该研究成果近期发表于国际学术期刊JGR-Atmospheres。研究受国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、广东省科学技术研究项目基金和广州市科技局等项目联合资助。论文所有实验数据均在中国科学院广州地球化学研究所公共技术服务中心有机地球化学分析平台完成测试。论文信息：Huang, X. (黄晓晴); Zhang, Y.* (张艳利); Xiao, C. (肖春麟); Song, W. (宋伟); Wang, Y. (王仪); Wang, X. (王新明)*, Constraining Trifluoromethane (HFC-23) emission in eastern China based on two-year online measurements. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2024, 129, e2023JD040199.论文链接：https://doi.org/10.1029/2023JD040199图1 HFC-23浓度时间序列图2 不同类型气团后向轨迹(a & b)及其HFC-23和PFC-318浓度水平(c & d)图3 HFC-23潜在源区分布图4 前期不同研究及本研究估算中国HFC-23排放量

2024-07-10

曾建强等-GRL：原位测量如何克服种内差异获得代表性BVOCs排放因子

陆地植物排放的生物源挥发性有机物（BVOCs）约占全球VOCs排放总量的90%，对高反应活性BVOCs排放量的准确估算对探讨生物圈-大气圈相互作用及其空气质量与气候效应至关重要。然而，从全球到区域尺度，BVOCs排放量的估算仍存在较大的不确定性，BVOCs排放因子是造成其不确定性的重要因素。BVOCs排放因子的准确测量受到诸多因素影响，种内变异性是一个重要因素。同一种植物不同个体的排放因子可能有数量级差异，绝大多数野外观测对同一树种个体样本数不超过5个，因而难以获得统计意义上具有代表性的排放因子，也导致不同研究报道的同一种植物BVOCs排放因子差异悬殊。因此，野外BVOCs 排放因子实测时，如何能解决种内差异性而使测量结果具有代表性，同时又不会给野外测量带来巨大的额外负担，是一项具有挑战性的任务。针对这一问题，中国科学院广州地球化学研究所博士生曾建强在王新明研究员和张艳利研究员指导下使用便携式光合作用系统（LI-6800）对同一种植园内的114棵尾叶桉（Eucalyptus urophylla）开展了原位测量，发现其主要排放的异戊二烯（isoprene）和β-罗勒烯（β-ocimene）这2种BVOCs的排放因子差异超过一个数量级（图1），但排放因子及生理参数符合正态或对数正态分布特征，说明测得的平均排放因子具有统计代表性。研究进一步发现，排放因子和净光合速率（Pn）存在显著相关性（图2）。考虑到测量Pn仅需要2分钟而测量BVOCs排放需要10倍以上时间（>20分钟），研究人员因此提出先通过大样本测量确定代表性Pn均值，然后再选择代表性Pn均值附近的个体进一步开展BVOCs测量。针对这114棵尾叶桉测量结果的分析表明，针对测得的Pn平均值和其标准偏差SD，即使仅选Pn范围为“平均值±0.1×SD”的个体进行BVOC排放测量，采样量可减少至原来的10%左右（图3），但测得的BVOCs排放因子均值与总体均值十分接近且无显著差异。本研究提出的考虑种内变异优化代表性BVOCs排放因子的原位测量方法，不仅确保了测量数据的代表性、准确性和可靠性，还提高了BVOCs排放因子的测量效率，为原位代表性BVOCs排放因子的准确测量提供了一种可操作性方案。本研究受到国家自然科学基金委创新研究群体项目和优秀青年基金、国家重点研发计划项目、中国科学院青年创新促进会、广东省科技厅、广州市科技局等项目的联合资助。相关研究成果近期发表在Geophysical Research Letters期刊。论文所有实验数据均是在中国科学院广州地球化学研究所公共技术服务中心有机地球化学分析平台完成测试。论文信息：Zeng,J. (曾建强),Zhang,Y.* (张艳利),Pang,W. (庞伟华),Ran,H. (冉浩汎),Guo,H. (郭昊),Song,W. (宋伟),and Wang,X.* (王新明),2024. Optimizing in-situ measurement of representative BVOC emission factors considering intraspecific variability. Geophysical Research Letters,51,e2024GL108870.论文链接：https://doi.org/10.1029/ 2024GL108870图1. 114棵桉树BVOCs排放因子的个体种内差异：（a）和（b）分别为isoprene和β-ocimene排放因子变化情况；（c）和（d）异戊二烯排放因子和异戊二烯排放造成的碳损失的统计分布图2. 异戊二烯（a）和β-ocimene（b）排放与Pn的关联图3. 不同Pn筛选范围内个体的异戊二烯（a）和β-ocimene（b）平均排放因子

2024-07-10

Alzheimer's & Dementia︱陈宇/路中华/叶涛等建立首个阿尔茨海默病基因编辑猕猴模型发现早期病理和免疫分子改变

研究通过基因编辑技术建立首个精准模拟家族性AD基因突变的猕猴模型，并在幼年AD突变猴中发现AD相关早期病理蛋白的改变以及外周炎症和免疫信号分子的异常。阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease,AD）是发病率最高、病因复杂的神经退行性疾病之一，目前仍缺乏能有效改变AD发展进程的治疗手段。传统AD相关啮齿类动物模型（如转基因及人源化小鼠模型）极大地加深了我们对AD发病机制的理解，但由于小鼠与人类在遗传背景、大脑结构、认知行为和免疫系统方面存在较大差异，啮齿类动物模型并不能完全反映人类阿尔茨海默病的复杂性。而非人灵长类动物（如猕猴属食蟹猴）在进化、脑结构和功能方面与人类更为相似，开发AD相关非人灵长类动物模型，有望为揭示灵长类特异的AD疾病发生机制提供新的机遇。7月7日，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）脑认知与脑疾病研究所/深港脑科学创新研究院陈宇/路中华/叶涛团队在Alzheimer's & Dementia: The Journal of the Alzheimer's Association期刊在线发表题为“Early blood immune molecular alterations in cynomolgus monkeys with a PSEN1 mutation causing familial Alzheimer’s disease”的研究论文。研究通过基因编辑技术建立首个精准模拟家族性AD基因突变的猕猴模型（PSEN1突变食蟹猴），并在幼年AD突变猴中发现AD相关早期病理蛋白的改变以及外周炎症和免疫信号分子的异常。文章上线截图PSEN1是常染色体显性阿尔茨海默病（家族性AD，通常65岁之前发病）的最常见致病基因，编码γ-secretase复合体（APP经β-secretase和γ-secretase连续剪切产生Aβ）的催化核心亚基组份。家族性AD PSEN1 exon9缺失突变（PSEN1-ΔE9）携带者通常在45-57岁左右发病。在研究中，团队首先通过双向导RNA-CRISPR/Cas9介导的胚胎基因编辑，成功获得5只携带家族性AD PSEN1-ΔE9突变的食蟹猴。Exon9编码PSEN1的蛋白剪切位点，exon9的缺失引起突变猴来源细胞中PSEN1蛋白水解剪切的改变，并影响其作为亚基的γ分泌酶的活性（如剪切APP影响Aβ代谢）。为进一步确认PSEN1突变猴能否表现出AD相关早期疾病特征的改变，团队检测了幼年猴脑脊液中AD相关核心生物标志物的变化。结果显示，PSEN1突变猴脑脊液表现出exon9突变剂量依赖性的Aβ42，Aβ42/40比例的升高，以及p-tau217/total tau比例的升高（图1）。该PSEN1突变食蟹猴模型是报道的首个精准模拟AD致病突变的猕猴模型，幼年PSEN1突变猴脑脊液中AD核心生物标志物变化提示该模型在模拟AD早期疾病发生方面具有重要潜力。图1. PSEN1突变猴脑脊液中AD相关生物标志物的变化为进一步揭示AD发展进程中的潜在早期分子信号改变，从而为解析早期疾病发生机制、发展早期分子诊断方法提供新的线索，研究团队对幼年食蟹猴进行了血液转录组和血浆蛋白组的检测，结果显示，在幼年AD突变食蟹猴中，其外周血液系统已经开始出现大量炎症和免疫反应相关信号分子的改变(图2)，提示早期外周免疫反应异常可能在AD进程中发挥重要作用。图2. PSEN1突变猴血液中炎症和免疫相关分子改变综上所述，本研究通过建立首个精准模拟阿尔茨海默病致病突变的基因编辑食蟹猴模型，在幼年突变猴中发现AD相关早期生物标志物以及大量外周免疫信号分子的异常。该研究为理解灵长类特异的AD早期疾病发生机制、探索和评价早期诊断干预手段提供了新的实验模型和研究途径。论文通讯作者陈宇（左五）、路中华（右四）、叶涛（左四）与论文共同第一作者李梦奇（左三）、管明峰（左二）、林剑邦（左一）、朱凯川深圳先进院陈宇研究员、路中华研究员和叶涛副研究员为该论文的通讯作者，工程师李梦奇、助理研究员管明峰、博士生林剑邦和高级工程师朱凯川为共同一作，深圳先进院为论文唯一通讯单位。感谢国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金粤港澳研究团队项目、深港脑科学创新研究院和深圳先进院脑所非人灵长类实验动物平台对本研究的支持。专家点评：贾建平首都医科大学宣武医院神经疾病高创中心主任、北京脑重大疾病研究院阿尔茨海默病研究所所长，阿尔茨海默病研究专家尽管药物和非药物治疗在改善阿尔茨海默病（AD）患者病情方面取得了一定进展，但治疗效果和药物使用情况仍不尽如人意。如何提高AD相关基础研究并转化于临床，对于实现AD的“早发现、早诊断和早治疗”具有重要意义。这项研究成功报道了首个携带家族型AD突变（fAD PSEN1-ΔE9）的基因编辑食蟹猴模型。该研究的一个重要发现是，在幼年AD突变猴中验证到AD发展进程非常早期的两个核心生物标志物的改变——脑脊液Aβ42和磷酸化tau（p-tau）的升高。大量研究证实fAD突变携带者脑脊液Aβ42/40在症状出现前20-30年前高于健康人，随着疾病进展和Aβ在脑内有更多的沉积而形成斑块。值得指出的是，早期脑脊液中Aβ42/40的升高在临床相关研究或检测中很难被捕捉到，主要原因在于缺乏足够年轻的AD突变携带者可供研究，另一方面脑脊液获取需要腰穿，很难为患者接受。而AD无症状阶段对于AD的防治却尤为重要，因为对于AD这样的神经退行性疾病来说，越早的诊断和针对性干预（如抗Aβ治疗）往往会有越好的治疗效果。此外，AD突变猴中的另一核心生物标志物p-tau（如脑脊液p-tau217）以及AD相关免疫分子的改变进一步支持了该食蟹猴模型与人类AD的临床相关性，显示出了非人灵长类动物模型在AD相关转化研究中的优势和潜力。该非人灵长类模型有望成为良好的AD转化研究平台，促进相关诊断和干预手段的研发。专家点评：陈晓春福建医科大学神经科学研究院院长，痴呆与认知障碍领域专家阿尔茨海默病（AD）的发病机制十分复杂，至今尚未完全明确，主要机制包括β-淀粉样蛋白级联假说、tau蛋白假说、神经炎症假说和APOE风险因子理论等。单一的小鼠模型很难全面再现人类AD的所有病理特征和临床表型（如传统AD模型小鼠缺乏tau蛋白病理，行为和认知功能损害的症状不典型等），限制了AD发病机制的研究和诊疗技术的发展。该项研究利用双向导RNA-CRISPR/Cas9介导的片段敲除技术，高效且精确地获得了多个携带家族性AD突变的食蟹猴，并在幼年AD突变猴中发现了AD相关生物标志物Aβ、p-tau以及外周炎症分子的变化。该研究具有以下亮点：（1）传统CRISPR技术构建疾病突变敲入模型的效率往往较低，该研究利用家族性AD PSEN1 exon9缺失突变的特点，通过双向导RNA-CRISPR/Cas9介导的片段敲除，在非人灵长类动物中高效、精准地模拟了家族性AD PSEN1 exon9缺失突变，成功获得了首个AD家族性突变敲入的食蟹猴模型；（2）此AD突变猴表现出AD两大核心生物标志物的早期改变——脑脊液Aβ42和p-tau217的升高，凸显了该动物模型在模拟和解析AD早期疾病发生中的潜力；（3）通过多组学手段，发现在幼年AD突变猴中已开始出现大量外周炎症和免疫信号分子的失调，为早期炎症/系统性炎症参与AD发生的分子机制研究，以及开发血液分子诊断策略提供了新线索。未来进一步对AD突变猴中枢和外周的生物标志物、分子、细胞以及病理和神经功能的动态监测，有望为解析灵长类特异性的AD疾病发生机制和早期诊疗策略提供新的机遇。

2024-07-09

遥感数据智能重构研究获新进展

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）唐世林团队在遥感数据重构研究方面取得新进展，实现了南海多源遥感高分辨率海表叶绿素逐日产品的精准重构。相关研究发表在期刊Earth System Science Data上，副研究员叶海彬为论文第一作者，研究员唐世林为通讯作者，合作者包括自然资源部南海预报减灾中心正高级工程师杨超宇，LTO副研究员董园和研究员陈楚群。受天气条件、卫星传感器运行故障等因素影响，卫星遥感海表面叶绿素产品存在大量，无规律的缺失。观测数据的不完整性也阻碍了卫星数据在海洋研究领域中的应用。因此，研究卫星遥感数据的重构方法，对在关注海域获得时空连续完整的数据，以及提高数据的利用效率有重要意义。本研究结合最优插值（OI）方法和深度学习网络框架SwinUnet，构建了基于数据异常预期方差的深度学习模型OI-SwinUnet。该方法利用最优插值，基于空间邻域信息对卫星观测和现场观测数据进行融合，同时利用SwinUnet对大区域长时序的遥感观测时间序列数据进行多尺度特征学习，最终重建缺失的叶绿素a浓度数据，进而获得南海区域逐日1km海表叶绿素产品。本研究重构的南海海表叶绿素数据集不仅可以很好地描绘南海季节尺度的海表叶绿素a时空变化规律，还可以再现天气尺度的海洋现象快变过程，为进一步深入认识和理解南海多尺度动力过程的生态效应提供了可靠的基础数据。该研究由广东省特支计划项目和南海所自主部署项目等共同资助完成。相关论文信息：Haibin Ye,Chaoyu Yang,Yuan Dong,Shilin Tang*,and Chuqun Chen. A daily reconstructed chlorophyll-a dataset in the South China Sea from MODIS using OI-SwinUnet. Earth System Science Data,2024,16,3125-3147.文章链接：https://doi.org/10.5194/essd-16-3125-2024图1. OI-SwinUnet深度学习数据重构网络框架图2. 基于OI-SwinUnet重构的南海海表叶绿素每月平均产品（数据时间：2013-2017年）

2024-07-09

广州能源所在温和条件下废聚乙烯加氢裂化催化调控机制研究方面取得进展

塑料制品广泛应用于人类生产生活。塑料制品消费量的不断增加不仅造成化石资源的大量消耗，其不恰当的回收处理方式还将加剧环境污染问题。因此，寻求高效经济的废塑料处理方法对于保障可持续发展和环境安全具有重要意义。近日，中国科学院广州能源研究所在聚乙烯加氢裂化制备异构烷烃方面取得新的研究进展，为废聚乙烯低耗、高值化再生提供了理论支撑。塑料制品广泛应用于人类生产生活。塑料制品消费量的不断增加不仅造成化石资源的大量消耗，其不恰当的回收处理方式还将加剧环境污染问题。因此，寻求高效经济的废塑料处理方法对于保障可持续发展和环境安全具有重要意义。近日，中国科学院广州能源研究所在聚乙烯加氢裂化制备异构烷烃方面取得新的研究进展，为废聚乙烯低耗、高值化再生提供了理论支撑。针对聚乙烯（PE）加氢裂化反应机理不清、构效关系不明等问题，该研究选择常用于石油加氢裂化和异构化反应的工业ZSM-22沸石作为催化剂载体，通过球磨法获得m-ZSM-22后采用浸渍法合成Ru/m-ZSM-22催化剂。该催化剂在250℃-3 MPa-6 h反应条件下可实现PE制备液相产率＞80 wt.%。同步辐射测试（图1）表明，金属和氧化Ru物种共存。Ru(101)和RuO2簇氢解反应能垒DFT计算结果（图2）表明，Ru(101)易促进PE内部和末端C-C键的氢解反应；而RuO2簇对PE中间C-C键断裂表现出更高反应能垒，不支持长链烷烃氢解反应。该研究揭示了金属/酸催化PE解构-异构串联反应机理（图3），阐明酸性位点可及性和Ru金属粒径、价态及配位结构的调控机制，指出Ru金属价态调控链烃脱氢-烯烃脱附反应是PE加氢裂化/氢解反应的控制步骤，由此明确了催化过程构效关系，为催化剂优化设计、强化PE解构-异构反应活性提供了基础机制理论支撑。不仅限于ZSM-22沸石，研究对商用微孔沸石（如丝光沸石）进行同样球磨改性，发现制得催化剂的金属利用率和酸性位点可及性大大提升。小粒径Ru和高酸性位点可及性在提升反应效率、抑制甲烷生成和提高异构率方面具有关键作用。相关研究成果发表于能源化工领域期刊Chemical Engineering Journal（原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150332），Energy Conversion and Management（原文链接：https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.117983），SCIENCECHINA Technological Sciences（原文链接：http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11431-024-2701-0），通讯作者为广州能源所袁浩然研究员。该研究得到中国科学院基础研究领域青年团队项目的资助。图1. Ru/m-ZSM-22催化剂表征结果图2. 不同Ru结构表面氢解/加氢裂化反应能垒图3. Ru/m-ZSM-22催化PE加氢裂化反应路径

2024-06-25