科研进展--中国科学院广州分院

芭蕉属包含70多个物种，广泛分布于亚洲和大洋洲的热带、亚热带地区。其中，小果野蕉及其与芭蕉属其它物种杂交产生的后代构成了当今多种多样的香蕉栽培品种；而玫瑰红蕉、阿希蕉、紫苞芭蕉（图中A和B）和朝天蕉（图中D和E）等则是热带地区重要的园艺观赏植物。随着三代测序技术的不断发展，越来越多的高质量植物基因组得以发表，这大大促进了作物育种和园艺植物的改良。虽然芭蕉属具有重要的经济价值，但是目前园艺观赏植物、香蕉栽培品种及其野生近缘物种的基因组资源仍然十分匮乏，影响了后续生物学性状解析和基因功能研究。中国科学院华南植物园植物科学研究中心肖天文等科研人员研究结合Oxford Nanopore和Hi-C测序技术成功组装了紫苞芭蕉（Musa ornata，Mo）和朝天蕉（Musa velutina，Mv）染色体水平的基因组。Mo和Mv的基因组大小分别为427.85 Mb和478.10 Mb，contig N50分别为12.88 Mb和18.18 Mb，BUSCO指数分别为98.08%和98.51%，Illumina读长比对率分别为95.55%和94.29%，序列均挂载到11条染色体上（图中C和F）。Mo和Mv的基因组中，重复序列占比分别为46.70%和50.91%。基因注释结果显示，Mo和Mv分别含有39177和31256个蛋白质编码基因，781和990个tRNA。基因组共线性结果显示sect. Musa内物种间的共线性良好，但是相比于小果野蕉和Mv，Mo的chr04存在大片段倒置和易位。该研究对朝天蕉未成熟和成熟开裂的果皮进行了转录组测序，随后的差异表达基因分析和GO富集分析表明成熟果皮中的上调基因主要与细胞壁和细胞外区域的糖类代谢有关。多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase，PG）基因家族表达水平分析表明，朝天蕉的MvPG6、MvPG11和MvPG21等PG基因在成熟果皮中表达水平明显高于其它组织（图中G），这些PG基因的高表达可能导致了朝天蕉果皮开裂。此外，研究还鉴定了与Mo和Mv果皮和苞片着色有关的花青素合成通路中的关键基因。相关研究成果已近期在线发表国际学术期刊Horticulture Research（《园艺研究》）上。华南植物园博士后肖天文为论文第一作者，黄慧润副研究员和王峥峰研究员为论文共同通讯作者。华南植物园刘潼俭助理研究员、葛学军研究员等参与相关研究。该研究得到国家自然科学基金的资助。文章链接：https://doi.org/10.1093/hr/uhae079图. 紫苞芭蕉和朝天蕉的花果、基因组信息及PG基因在不同组织中的表达水平。注：A、B、C为紫苞芭蕉，D、E、F为朝天蕉；imPC，未成熟果皮；mPC，成熟果皮；imSC，未成熟果肉；mSC，成熟果肉；imPC-0d，刚长出来的未成熟果实的果皮；imPC-35d，发育35天的未成熟果实的果皮；imPC-60d，发育60天的未成熟果实的果皮；mPC-GM，成熟果实的果皮（黄绿色）；mPC-YM，果实成熟后用乙烯处理，再取其黄色果皮。

2024-06-05

广州健康院许永团队在靶向CBP/p300的降解剂领域再获进展

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院许永团队以“Discovery of a Promising CBP/p300 Degrader XYD129 for the Treatment of Acute Myeloid Leukemia”为题在美国化学会（ACS）期刊Journal of Medicinal Chemistry上报道了一系列新型的、高效的靶向CBP/p300的PROTAC降解剂，可用于AML的治疗。急性髓系白血病（Acute myeloid leukemia，AML）是成人发病率最高的一类白血病。目前，AML的治疗并不理想。因此，临床上亟需开发出新的药物用于AML的治疗。近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院许永团队以“Discovery of a Promising CBP/p300 Degrader XYD129 for the Treatment of Acute Myeloid Leukemia”为题在美国化学会（ACS）期刊Journal of Medicinal Chemistry上报道了一系列新型的、高效的靶向CBP/p300的PROTAC降解剂，可用于AML的治疗。此研究是该团队在之前报道的CBP/p300的PROTAC降解剂XYD190/XYD198（J. Med. Chem. 2024）基础上的又一突破进展。近年来，蛋白降解靶向嵌合体（PROteolysis TArgeting Chimeras，PROTAC）技术得到了快速发展，目前已有大量PROTAC分子进入临床研究。相比于传统小分子仅作用于单一结构而言，PROTAC分子可使靶蛋白降解，完全失去致癌活性。环磷酸腺苷反应元件结合蛋白（CREB）结合蛋白（CREBBP，CBP）及其高度同源的腺病毒EA1结合蛋白（EP300，p300）是包含组蛋白乙酰转移酶（Histone Acetyltransferase，HAT）结构域和溴结构域的多功能结构域蛋白，并与包含AML在内的多种癌症的发生发展相关。目前，所报道的小分子抑制剂仅单独作用于CBP/p300的HAT结构域或溴结构域，无法完全消除其致癌功能。许永团队长期致力于CBP/p300的研究，并获得了系统性成果（Eur. J. Med. Chem. 2018；Acta Pharmacol. Sin. 2019；J. Med. Chem. 2022；J. Med. Chem. 2018；Bioorg. Chem. 2024）。本研究将课题组前期开发的高活性、高选择性的CBP/p300小分子抑制剂Y08207作为靶蛋白配体，沙利度胺作为E3连接酶CRBN配体，设计并合成了一系列具有新颖结构的CBP/p300 PROTAC分子（图1），可用于AML的治疗。通过系统的构效关系研究和生物活性评价，最终发现高活性的CBP/p300降解剂XYD129（图2）。该降解剂能有效结合CBP/p300和CRBN，并形成稳定的三元复合物。XYD129可抑制AML细胞系MV4-11和MOLM-16的增殖（IC50分别为49 nM和7.4 nM），并通过蛋白酶体途径降解CBP和p300蛋白（图2）。在MOLM-16小鼠异种移植瘤模型中，XYD129可显著抑制小鼠体内肿瘤的生长（TGI = 60%）（图2）。本研究为AML的治疗提供了新的候选药物。广州健康院许永研究员、吴锡山副研究员和国科宁波生命与健康产业研究院向秋萍副研究员为本论文的共同通讯作者。沈阳药科大学联合培养博士研究生吴天帮，广州健康院博士研究生胡建康以及广州医科大学联合培养硕士研究生赵肖凡为本论文的共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金，广东省基础与应用基础研究项目，广州市科技计划项目，呼吸疾病国家重点实验室项目，中国科学院青年创新促进会、广东省“一带一路”联合实验室基金的支持。论文链接图1. 靶向CBP/p300的PROTAC降解剂的设计策略图2. XYD129的结构及活性数据

2024-06-04

长沙市科技重大专项“优质风味猪肉生产及特色湘猪健康养殖关键技术” 召开推进会

6月2日，长沙市科技重大专项优质风味猪肉生产及特色湘猪健康养殖关键技术推进会在项目牵头单位中国科学院亚热带农业生态研究所召开。6月2日，长沙市科技重大专项“优质风味猪肉生产及特色湘猪健康养殖关键技术”推进会在项目牵头单位中国科学院亚热带农业生态研究所召开。项目首席科学家印遇龙院士，湖南农业大学、湖南天府生态农业有限公司、湖南粒丰生物科技有限公司、唐人神集团股份有限公司等单位的专家及项目主要参与人员参加会议。项目负责人李凤娜研究员汇报了项目的主要研发内容与实施方案，她从“湘猪”肉品质特征成分数据库构建和内源性有益微生物的筛选鉴定、“湘猪”肉品风味及生产效益提升的精准营养调控技术研发、优质“湘猪”肉品生产关键技术集成及示范等方面阐述了项目开展情况，重点介绍了项目的目标与任务，并就项目技术内容进行详细分解与指标分配。参与人员倪姮佳副研究员汇报了“湘猪”代表品种大围子猪的研究进展，参与企业天府农业生态有限公司及粒丰生物科技有限公司负责人分别汇报了各自主攻业务及与项目相关的研发进展。印遇龙对项目的实施与目标提出了要求。与会人员围绕项目已有基础进行了总结归纳，对后续研发方案以及可能遇到的问题进行了讨论。据悉，重大专项是由长沙市政府支持并组织实施，围绕长沙经济社会发展的重大关键共性技术攻关、重大科技成果转化而设立的科技计划专项。根据长科发〔2024〕2号文，2023年度共资助35项，“优质风味猪肉生产及特色湘猪健康养殖关键技术”（kh24010015）专项是畜牧养殖领域唯一的获批项目。该项目立足优质猪肉的生产以及地方猪健康养殖，旨在发挥地方品种猪的优良特性，并为瘦肉型猪的品质提升提供思路。会议现场与会人员合影

2024-06-03

广州能源所在酸碱处理对林木类木质纤维素结构及酶解特性影响的研究方面取得进展

广州能源所科研人员系统研究了NaOH和KOH两种碱对杨木结构破坏的影响，深入探讨了预处理底物结构与酶解的相关性。研究结果表明，NaOH和KOH在相同的预处理强度（包括时间、温度和pH值等条件）下对杨木产生不同程度的破坏，从而导致不同的酶解率。木质纤维素生物质是自然界中最丰富的碳基资源，其主要组分纤维素、半纤维素和木质素都可以转化为高附加值化学品，然而三组分互相缠绕导致木质纤维素结构复杂紧凑，限制了木质纤维素的高效利用。在木质纤维素拆解过程中，通常只考虑预处理方式的影响而忽略试剂本身性质对木质纤维素拆解的影响。实际研究发现，不同的预处理试剂会使木质纤维素的组分发生不均匀降解，从而产生不同的残渣，最终导致残渣酶解效率差别巨大。基于此，广州能源所科研人员系统研究了NaOH和KOH两种碱对杨木结构破坏的影响，深入探讨了预处理底物结构与酶解的相关性。研究结果表明，NaOH和KOH在相同的预处理强度（包括时间、温度和pH值等条件）下对杨木产生不同程度的破坏，从而导致不同的酶解率。相比之下，NaOH比KOH更能有效地破坏杨木结构，这可能是由于Na+的离子半径较小（Na+离子半径为0.95Å，K+离子半径为1.33Å），从而可以更好地渗透到杨木中以提高预处理程度。结构分析表明，相比于KOH预处理，NaOH预处理残渣具有更少的氧化表面、更高可及性的纤维表面和更多的无定型区，均可更有效促进其酶解（图1）。同时，通过研究NaClO2、NaOH和H2SO4等三种不同酸碱性预处理和酶解残渣顽抗性，发现预处理渣中较高的β-β′含量和S/G比均不利于酶解。在木质素-碳水化合物复合体中，苄基醚和苯基糖苷键与木糖和甘露糖连接，形成了木糖-木质素-葡甘聚糖网络。该网络的稳定性、空间位阻性和疏水性可能在确定木质纤维素的顽抗性方面起着关键作用（图2）。以上研究成果发表在期刊Carbohydrate Polymers和International Journal of Biological macromolecules上，广州能源所博士后Usama Shakeel为第一作者，亓伟研究员和张宇正高级工程师为共同通讯作者。该研究获得国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目的资助。相关论文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122037； https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.131193图1. NaOH和KOH两种碱对木质纤维素预处理的影响β-β׳ LCC图2. 生物质不同组分的顽抗性与酶水解之间相互作用

2024-05-29

华南植物园对植物DNA甲基化的调控研究获进展

DNA甲基化是表观遗传修饰中的一个重要组成部分，可以通过改变染色质的结构，DNA的稳定性以及DNA和蛋白质的结合程度调控基因表达。在植物DNA甲基化的建立和维持过程中，植物特有的RNA聚合酶V（Pol V）通过转录出的非编码RNA招募一系列下游因子实现对DNA的甲基化。目前，以Pol V为核心的DNA甲基化复合体已经鉴定出了多个组分成员，但作为复合体核心Pol V的转录行为如何调控却并不清楚。同时，植物中独立进化出的Pol V是否于Pol II存在相互调控也鲜有研究。中国科学院华南植物园农业与生物技术中心陈琛研究团队最新研究发现，真核生物中保守的Pol II转录延伸因子SPT6L能与Pol V在体内形成复合物并共定位于富含转座子的基因间区（图1）。SPT6L的缺失导致DNA甲基化水平显著下降，但却不影响Pol V在基因组上的结合。进一步研究发现，SPT6L突变并不影响参与决定DNA甲基化水平的一系列因子如DNA甲基转移酶、去甲基化酶以及小RNA的变化（图2）。最后，通过对比检测Pol V的新生转录产物，发现SPT6L的缺失显著降低了Pol V转录产物的丰度以及长度（图3），表明SPT6L在Pol V转录延伸过程中发挥重要作用。DNA甲基化通常与基因和转座子的转录沉默紧密相连，有意思的是，本项研究发现Pol V与Pol II在招募转录延伸因子SPT6L上呈现竞争关系（图4），而SPT6L的缺失均能显著降低Pol II1及Pol V在DNA上转录活性（图3）。这一结果表明Pol II与Pol V对转录延伸因子的竞争也可能成为除DNA甲基化外控制基因和转座子表达的新层次。相关研究成果于近日发表国际学术期刊在Nature Communications（《自然-通讯》）（IF=17.694）上。中国科学院华南植物园刘玉娟博士为文章第一作者，陈琛研究员和王昌虎副研究员为共同通讯作者。此外广东省农业科学院的舒洁博士、刘军研究员；华南植物园的张志博士、丁宁博士、刘锦源；加拿大农业部的崔玉海研究员也参与了研究工作。该项研究得到了国家自然科学基金面上项目和青年项目、广州市科技计划项目的资助。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-48940-8图1. SPT6L和Pol V在体内形成复合物并且共定位于基因间区图2. SPT6L突变降低DNA甲基化但不影响DNA甲基化组分蛋白因子和小RNA的表达图3. SPT6L突变降低Pol V的转录产物的丰度和长度图4. Pol II与Pol V在招募SPT6L上存在竞争关系

2024-05-29

国家自然科学基金地质联合基金重点项目“喀斯特关键带土壤-养分多界面流失的水文驱动机制”召开项目启动会暨学术交流会

5月24日至26日，由中国科学院亚热带农业生态研究所牵头承担的国家自然科学基金地质联合基金重点项目喀斯特关键带土壤-养分多界面流失的水文驱动机制启动会暨学术交流会在环江召开。5月24日至26日，由中国科学院亚热带农业生态研究所牵头承担的国家自然科学基金地质联合基金重点项目“喀斯特关键带土壤-养分多界面流失的水文驱动机制”启动会暨学术交流会在环江召开。来自中国科学院成都山地灾害与环境研究所、中国科学院地球化学研究所和亚热带生态所等单位的专家，及项目主要参与人员和研究生参加了启动会。会议由亚热带生态所研究员王克林主持。项目负责人、亚热带生态所研究员陈洪松首先从立项背景、关键科学问题、研究目标与内容、实施方案、预期成果等方面对项目整体研究思路进行了汇报。亚热带生态所博士后王发、桂林理工大学教授徐勤学和湖南科技大学副教授冯腾分课题详细汇报了实施方案。专家组认真听取了项目和课题的汇报，指出有效地防控水、土、养分地表-地下双重流失，是西南喀斯特地区石漠化治理成效稳固和生态系统质量提升的关键。同时，对项目涉及的关键带岩土结构特征，及裂隙土壤填充历史反演、岩土结构/土地利用对水-土-养分多界面流失的影响机制、坡-洼系统水文连通性对土壤侵蚀-养分流失过程的影响、峰丛洼地小流域水-土-养分流失耦合模型等内容进行了充分讨论；对项目实施过程中可能遇到的问题，提出了建设性的意见。会议期间，陈洪松邀请专家组成员中国科学院成都山地灾害与环境研究所研究员熊东红和亚热带生态所研究员李振炜分别以“基于210Pbex示踪的退耕地土壤侵蚀评估模型及其应用”和“西南喀斯特流域水沙变化及其影响因素解耦”为题做学术汇报。熊东红详细介绍了退耕地210Pb法的深度分布变化模型和侵蚀计算模型，并以洛乌沟小流域为例介绍了模型的验证与应用；李振炜分别从流域水沙关系时空变化特征及影响机制与预测，侵蚀产沙反演及泥沙来源示踪等方面进行了汇报。会后，与会专家考察了环江喀斯特生态系统观测研究站试验场和拟选择的试验流域，对项目的研究方案进行现场指导。此次会议课题组成员进一步明确了研究任务和工作重点，为项目顺利实施奠定了扎实基础。陈洪松表示，项目组将结合各位专家的意见建议对实施方案进行优化，确保项目高效实施。专家组与项目成员合影项目和课题负责人进行汇报学术交流会专家组成员与项目骨干试验场地考察合影

2024-05-28

《中沙群岛综合科学考察研究报告》专著正式发布

南海是世界上最大的边缘海之一，面积约350万km²，贯通太平洋和印度洋，是联系东亚、非洲和欧洲最为繁忙的国际航路之一，超过200个无原住民居住的岛屿与岩礁散落于各处，拥有丰富的海洋矿产与生物资源。中沙群岛地处南海中部，包括黄岩岛、中沙大环礁两个环礁系统，以及30多个暗滩和暗沙，覆盖海域面积超过60万km²，其岛礁散布范围之广仅次于南沙群岛。但中沙群岛所有暗滩和暗沙均隐伏于海水中，仅黄岩岛礁坪有个别礁石露出海面。中沙大环礁是中沙群岛的主体部分，是世界上少有的大型环礁系统，其珊瑚礁生态系统结构复杂，渔业资源丰富。因此，开展对中沙群岛及其邻近海域系统、全面的综合科学考察工作，不仅有利于摸清家底、提高对南海的认知，还是服务于南海资源可持续开发与保护、支撑“经略南海”与“海洋强国”建设的必要保障。《中沙群岛综合科学考察研究报告》，科学出版社，2024年出版新中国成立后，我国便开始部署南海诸岛及其邻近海域的科学考察工作，其中，针对中沙群岛及其邻近海域的科学考察工作始于20世纪70年代。1973～1977年开展的“南海中、西沙群岛及附近海域调查”共进行了11个航次，是规模较大、较系统的一次覆盖中沙群岛海域的科学考察任务，科考团队多次穿越中沙群岛，并登上黄岩岛，科学考察项目涵盖了地质地貌、水文环境、生物生态等不同学科。遗憾的是，限于当时航次或调查条件等诸多因素，许多资料虽然非常珍贵但并不完整。21世纪以来，我国对中沙群岛及其邻近海域的科学考察力度明显加大。2014年和2015～2017年开展了中沙群岛及其邻近海域的渔业资源科学考察；2014～2016年连续三年开展了中沙群岛造礁石珊瑚多样性调查；2015年在国家科技基础性工作专项及国家重大科学研究计划等项目支持下，对中沙群岛的黄岩岛海域进行了生物生态和水环境调查。总的来说，上述中沙调查工作取得了很多宝贵的数据资料，支撑了对中沙群岛的科学认知。但是，上述科学考察和研究多是针对特定学科方向，新技术、新方法的应用不足，这在很大程度上限制了我们对中沙群岛的全面系统认知，不利于我国推进南海的权益维护与可持续发展。中沙群岛综合科学考察在此背景下，由中国科学院南海海洋研究所牵头，汇集了在南海科学考察和研究方面具有优势的9家科研院所或高校的科研团队，依托于科技部立项的科技基础资源调查专项“中沙群岛综合科学考察”项目（2018FY100100），首次对中沙群岛及其邻近海域珊瑚礁地形地貌、水文动力、地质结构、环境化学、生物生态、渔业资源等进行了全面的综合科学考察。科考团队于2019～2022年间开展了7个航次调查任务，调查范围覆盖了中沙大环礁、黄岩岛、一统暗沙、神狐暗沙及其临近海域，并将调查数据与遥感数据、历史资料相结合，综合分析，汇编整理，形成《中沙群岛综合科学考察研究报告》（林强等著. 北京：科学出版社，2024.3）。中沙群岛海域气候条件恶劣，风大浪急，面临突发恶劣天气时缺少庇护场所，科学考察过程中还面临着外方干扰等不确定性因素，尤其是珊瑚礁调查区域水深普遍超过15m，水情复杂多变，这对于执行调查任务的潜水队员来说难度大、危险性高。正是在此情况下，科考队员不惧艰险，最终获得了本书所记录的样本和数据。本书的资料收集、编撰和出版得到了国家科技基础资源调查专项项目、国家自然科学基金项目等资助。中沙群岛综合科学考察队合影（2019）

2024-05-25

研究揭示印尼北苏拉地块揭示多板块交互作用规律

近日，中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质重点实验室赵明辉研究团队联合剑桥大学地球科学系、中国科学院地质与地球物理研究所、印尼万隆技术学院、西澳大利亚大学以及浙江海洋大学，使用布设在苏拉威西岛上的流动地震台数据，合作研究了多俯冲系统交互作用下上地幔变形模式，研究成果发表于国际地学期刊《地球物理研究-固体地球》（Journal of Geophysical Research-Solid Earth），中国科学院南海海洋研究所副研究员曹令敏（第一作者）、剑桥大学博士吕川川和浙江海洋大学博士何小波为共同通讯作者。印尼苏拉威西岛北部的北苏拉地块具有独特地质特性，处于多板块俯冲交界地带，新生代构造活动频繁，是研究地幔流动和岩石圈变形的热点区域。研究人员利用地震学方法—剪切波分裂技术，对近震S波和远震 S波，以及SK(K)S波形数据进行了详尽分析。研究结果显示，北苏拉地块周边的地震各向异性特征与多板片俯冲交互作用密切有关。首先，研究发现桑义赫板块和苏拉威西海板块的俯冲过程中，都显示出典型的地幔楔对流现象，然而苏拉威西海板块的地幔楔对流模式受其弧形板块形态的显著影响。在Tomini湾，研究人员观察到与北苏拉威西海沟走向斜交的快波方向，推测可能是两个板块俯冲相互作用的结果。另外，苏拉威西海板块俯冲形成的地幔楔在其最南端呈现出东西向的快波方向，这暗示了可能是由南部隐没的苏拉板块的阻挡产生。以上发现为理解印尼北苏拉地块复杂多俯冲系统下的上地幔变形提供了宝贵的地震学依据。未来，这类基于地震学的深入研究有望为地壳稳定性预测和灾害防范提供更丰富的信息。该研究受到国家自然科学基金西太重大项目、中国科学院战略性先导科技专项（B 类）、国家自然科学基金、英国艾萨克牛顿信托基金和英国全球挑战研究基金等共同资助。相关论文信息：Cao,L.,Lü,C.,He,X.,Rawlinson,N.,Hao,T.,Widiyantoro,S.,Supendi,P.,Zhao,L., Yuan,H.,Zhao,M.,Qiu,X.,Rafie,M.,Alfian A.,Sahara,D. (2024). Mantle flow induced by the interplay of downgoing slabs revealed by seismic anisotropy beneath the Sula Block in eastern Indonesia. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,129,e2023JB028110.论文链接：https:// doi.org/10.1029/2023JB028110图1 研究中所有台站的近震S和远震S/SKS分裂结果图2 北苏拉地块周缘多板片俯冲作用下岩石圈和上地幔变形模式

2024-05-22

真菌来源quadrane骨架倍半萜terrecyclic acid的生物合成研究获重大进展

近期，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）/广东省海洋药物重点实验室（LMM）闫岩研究员团队完成了对真菌来源的quadrane新骨架倍半萜terrecyclic acid的生物合成研究，成果发表在英国皇家化学会旗舰期刊《Chemical Science》上，文章被该刊评为每周亮点论文和2024热点论文。倍半萜是萜类化合物中占比最多的一种，分子中含15个碳原子，由三个异戊二烯单元组成链状、环状等多种骨架结构，分布于植物、昆虫、微生物等生物中，具有广泛的生物活性，是医药、食品和化妆品研发的重要源泉。Terrecyclic acid是一类由环戊烷骈双环辛烷组合而成的quadrane倍半萜骨架，经过氧化后修饰而成的一类具有抗菌、抗肿瘤活性天然产物。该类化合物最早发现于土曲霉，后又相继从不同来源的真菌和柳珊瑚中发现（如图1）。图1 来自真菌（A）和柳珊瑚（B）的天然quadrane倍半萜由于quadrane骨架的特殊结构与良好的生物学活性，其制备方法的研究受到广泛关注，其中合成化学家先后开发出20余条合成路线。然而由于该类化合物特殊的结构和成环方式，使得其化学合成步骤多，产率较低，在一定程度阻碍了先导药物的开发。通过合成生物学方法大量制备quadrane类天然产物，是解决这一问题的有效策略。同位素示踪实验表明，quadrane骨架的生物合成可能经历了两种完全不同的途径，即Hirota途径和Coates途径。尽管计算化学研究表明后者的可能性更高，但quadrane骨架的生物合成基因与其形成的确切酶学机制仍有待证实（路径图1）。路径图1 推测的 β-terrecyclene形成途径. (A) Hirota途径 (蓝色)和Coates分别由FPP生成的β-terrecyclene。(B) Coates重排形成的 α-terrecyclene。闫岩研究员团队通过对真菌基因组的挖掘，发现了该类化合物的生物合成基因簇ter，包括一个萜类环化酶（terpene cyclase，TC）即terA、一个P450氧化基因（terB）、一个短链脱氢基因（terC）和一个主要协同转运因子超家族基因（terD），如图2A。通过异源表达、体内喂养、体外酶反应等研究，验证了基因簇中各基因的功能（图2B-2E），证实了其生物合成途径：即在环化酶TerA的作用下催化FPP产生化合物25，进而产物25被P450酶TerB羟化和羧基化产生化合物32，最后32被脱氢酶TerC催化形成终产物2，如图2F。图2 抗肿瘤倍半萜terrecyclic acid的生物合成途径解析（A）Terrecyclic acid的生物合成基因簇；（B）蛋白TerA在酵母S. cerevisae中的异源表达（i）和体外反应（ii）；（C）基因簇ter在A. nidulans中的异源表达：（i）A. nidulans的空白对照，（ii）基因terAB在A. nidulans中的异源表达，ii）基因terABC在A. nidulans中的异源表达；（D）蛋白TerC的体外反应：（i）蛋白TerC将底物32转化为2，（ii）煮沸过的TerC对底物32失活，（iii）蛋白TerC对底物33无反应；（E）蛋白TerB的体外反应：（i）微粒体蛋白TerB可以催化底物25转化为32，（ii）蛋白TerB和TerC可以将25转化为2；（F）Terrecyclic acid (2)的生物合成途径。在发现新型倍半萜环化酶（β-terrecyclene合酶，TerA）可以催化法尼基焦磷酸（FPP）转化为β-terrecyclene（25）的基础上，通过对TerA的系列定点突变研究（图3），结合动力学同位素效应分析（图4），确证了环化过程为Coates途径，而非最早提出的Hirota途径。图3 基因terA的点突变、产物及其机制图4 突变株TerA-V114A的动力学同位素效应 (A) 通过 [12-2H3]-FPP 的动力学同位素效应区分Hirota和Coates途径. (B) FPP和[12-2H3]-FPP 为底物比较TerA-V114A产物的动力学同位素效应。通过以上研究，作者发现了抗菌、抗肿瘤quadrane骨架倍半萜terrecyclic acid的生物合成基因簇，以此为基础，解析了其通过β-terrecyclene环化酶TerA形成quadrane骨架，继而氧化、脱氢的后修饰的生物合成过程。Quadrane骨架的形成机制也通过对蛋白TerA的点突变和动力学同位素效应得以证实，从而解决了几十年来关于该类天然产物生物合成研究的谜团。该研究也为进一步以萜类环化酶TerA为探针，从真菌数据库中对quadrane类天然产物的发掘奠定了基础。以上研究，副研究员宋永相为第一作者，研究员闫岩为通讯作者。由济南大学的王文贵博士，美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）唐奕（Yi Tang）教授团队合作完成。上述研究工作得到了国家重点研发计划、海南省科技计划三亚崖州湾科技城科技创新联合项目、国家自然科学基金、中国科学院王宽诚率先人才计划“卢嘉锡国际团队项目”和海南省自然科学基金、广东特支计划 “海洋药物研究开发创新团队”等的资助。Chemical Science作为英国皇家化学会资助的旗舰期刊，对各国研究人员在化学领域取得的突破性成果，经评审接收后免费发表，并对全球读者开放获取。文章接收后，被Chemical Science评为每周亮点论文（2024 ChemSci Pick of the Week Collection）和2024热点论文（2024 Chemical Science HOT Article Collection）。本文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/sc/d4sc01208a。文章相关信息：Yongxiang Song,Wengui Wang,Jiafan Yang,De-Wei Gao,John M Billingsley,Songtao Wang,Yiguang Zhu,Junfeng Wang,Jianhua Ju,Yan Yan* and Yi Tang. Chem. Sci.,2024,doi.org/10.1039/D4SC01208A

2024-05-22

海洋地震研究新进展：基于三维模拟技术提升定位精度

近日，中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室（OMG）徐敏研究员团队，联合美国伍兹霍尔海洋研究所助理研究员吴文波和中国科学院精密测量科学与技术创新研究院倪四道院士，发展了基于三维远震格林函数，有效提高海洋中强地震定位精度的新方法。相关成果发表于国际地学期刊《地球物理研究杂志-固体地球》（JGR-Solid Earth），博士后臧翀为论文第一作者。海洋地震的震源参数对于研究海洋地质构造和理解断层破裂行为至关重要。尽管基于近场海底地震仪（OBS）观测能够实现震源参数准确反演，但目前全球海洋区域的OBS覆盖程度较低；基于陆地台网的远震数据虽能定位中强尺度海洋地震，但反演通常使用一维简化地球模型，复杂的地球三维结构导致远震定位精度较低。海洋地震的震源区三维结构容易激发较强的远震P波尾波，通过拟合尾波波形能够显著提高定位精度，但受限于高昂的三维模拟计算成本，难以进行实际应用。为解决上述问题，科研人员创新发展了一种将震源区准确三维谱元法（SEM）模拟和震源区外高效一维直接解法（DSM）模拟耦合的算法SEM-DSM，能够高效计算包含复杂P波尾波特征的三维远震格林函数（图1）。并进一步开发了基于三维格林函数的震源参数反演算法teleCAP3D，并将此技术应用于东北太平洋 Blanco转换断层的研究中。结果显示，相较于传统的基于一维地球模型的反演，采用三维远震格林函数可靠拟合远震P波尾波波形，极大地提高了地震定位的准确性，特别在对浅源地震的深度约束上表现优异（图2）。这项研究成果适用于洋中脊、转换断层和俯冲带等各种海洋地质环境，能够为构造动力学和震源物理研究提供可靠的震源参数，对于在全球范围内推动海洋地震研究具有重要意义。本项研究获得国家自然科学基金和广东省基础与应用基础研究基金资助。相关论文信息：Zang,C.,Wu,W.,Ni,S.,& Xu,M. (2024). A reciprocity‐based efficient method for improved source parameter estimation of submarine earthquakes with hybrid 3‐D teleseismic Green's functions. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,129,e2023JB028174.论文链接：https://doi.org/10.1029/2023JB028174图1 SEM-DSM算法原理示意图。图2 一维格林函数（蓝色）与三维格林函数（橙色）波形拟合和震源矩心深度约束结果对比。基于三维格林函数能够有效拟合P波尾波波形，显著改善地震震源参数反演精度。

2024-05-17