科研进展--中国科学院广州分院

南海所 | 南海发现方头鱼新物种

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）联合浙江大学和中国海洋大学的研究者在南海发现鱼类新物种——幽灵方头鱼Branchiostegus sanae （图1），近日在经典分类学杂志ZooKeys上正式发表。这是首个由我国科研工作者发现的方头鱼类新物种。本研究第一作者为中国科学院南海海洋研究所硕士研究生黄皓晨，中国科学院南海海洋研究所研究员柯志新、中国海洋大学水产学院实验师张弛为论文共同通讯作者。图1 幽灵方头鱼Branchiostegus sanae图片方头鱼类是南海重要的经济鱼种，因其头部形似马头，在不少地区有“马头鱼”的俗称。此新物种早已被南海沿海渔民熟识，由于其极为特殊的面部条纹，渔民称其为“鬼马（头鱼）”，这也是幽灵方头鱼中文名的来源。本物种的拉丁名来自宫崎骏的动漫《幽灵公主》中的主角San，幽灵方头鱼眼下红色的条纹与San脸部的图案非常神似（图2）。图2 方头鱼新种与宫崎骏卡通人物San（转自www.discoverwildlife.com）方头鱼主要分布在印太地区的热带和亚热带海域，在南海渔获物中比较常见，加上本次发现的新种，我国海域总共分布有6个种（图3），但由于其栖息深度普遍较深，目前对这一类群的科学研究相对较少。本次发现的幽灵方头鱼形态与其它方头鱼明显不同，眼下具备鲜艳的红色条带，体表有暗灰色纵向条纹，尾部平截。基于线粒体Cyt b、COI和12S rDNA的基因系列系统进化分析显示，幽灵方头鱼与其他种类的遗传分化程度也极高（图4）。虽然目前获取的标本都采集自海南陵水至西沙群岛之间的海域，但推测幽灵方头鱼在南海西北部的陆坡区域应均有分布。该物种体长可以轻易超过40厘米，是近年来少见的中大型鱼类新种。图3 我国分布的方头鱼种类图4 基于Cyt b、COI和12S rDNA基因系列构建的方头鱼属系统发育树相关工作得到国家自然科学基金、南海海洋所基础前沿与创新发展项目以及广东省科技计划项目等支持。相关论文信息：Huang HC,Chen JX,Ke ZX*,Zhang C*. 2025. Branchiostegus sanae,a new species of deepwater tilefish (Eupercaria,Branchiostegidae) from the South China Sea. ZooKeys,1227,129-142.文章链接：https://zookeys.pensoft.net/article/130512/

2025-02-13

亚热带所在反刍动物微生物与宿主协同发育模式研究取得新进展

‍中国科学院亚热带农业生态研究所畜禽健康养殖与农牧复合生态研究中心谭支良研究员团队在反刍动物微生物-宿主互作机制研究领域取得重要进展。团队通过构建山羊发育模型，首次系统揭示了瘤胃粘膜微生物与宿主上皮细胞的阶段性协同发育规律，相关成果以Microbiome-host co-oscillation patterns in shaping ruminal ecosystem from birth to puberty in a goat model为题发表于SCIENCE CHINA-Life Sciences。中国科学院亚热带农业生态研究所畜禽健康养殖与农牧复合生态研究中心谭支良研究员团队在反刍动物微生物-宿主互作机制研究领域取得重要进展。团队通过构建山羊发育模型，首次系统揭示了瘤胃粘膜微生物与宿主上皮细胞的阶段性协同发育规律，相关成果以Microbiome-host co-oscillation patterns in shaping ruminal ecosystem from birth to puberty in a goat model为题发表于SCIENCECHINA-Life Sciences。作为反刍动物的"发酵工厂"，瘤胃依靠微生物-宿主的精密互作实现植物纤维资源的高效转化。其中，粘膜附着微生物通过与宿主上皮细胞的直接互作，在营养代谢和免疫调控中发挥关键作用。然而，从新生到反刍成熟阶段，宿主-微生物互作网络的动态变化仍尚不清晰。因此，本研究采用转录组和扩增子等技术和构建互作网络等分析手段，解析了从1日龄到90日龄的协同发育模式（图1）。（1）粘膜菌群呈现“病原相关→粘液降解→纤维分解”的演替路径。1日龄以Mannheimia等条件致病菌为主（占39.7%），10日龄Akkermansia muciniphila等粘液降解菌显著富集（21.4%），至90日龄形成以Succiniclasticum ruminis等纤维分解菌为特征（58.3%）的成熟群落；（2）宿主粘膜呈现“免疫启动→屏障塑造→代谢成熟”的发育轨迹。1日龄以先天免疫相关基因（TLR2/4、IL-17A、CXCL1/2/3等）高表达为主，10日龄则以粘液代谢核心基因（GCNT3、GAL3ST1）上调和抗氧化防御信号通路（JAK-STAT）激活为特征，至90日龄形成以代谢相关基因（ACADS、BDH1、HDAC）为主导的代谢网络；（3）菌群-宿主互作呈现阶段特异性模式，即在早期主要强调消化和免疫发育（如，Mannheimia等病原相关菌通过脂多糖-TLR4轴激活宿主固有免疫应答；菌群刺激Th17细胞分化，触发IL-17/JAK2-STAT3通路保护早期粘膜完整性），而在后期则侧重于增强营养代谢（如，纤维分解菌Succiniclasticum ruminis通过琥珀酸分流途径提升丙酸产量，诱导宿主丁酸代谢酶基因BDH1上调）。总之，瘤胃粘膜微生物与宿主的协同互作共同塑造了瘤胃生态系统。此研究得到了中国科学院战略性先导科技专项子课题、西藏中央引导地方资金配套项目-西藏高寒区生态草牧业科技示范、湖南省自然科学基金和湖南省科技创新计划的联合资助。论文链接微生物与宿主协同发育模式

2025-02-13

亚热带生态所在反刍动物后肠道低甲烷排放性状形成的氢代谢机制研究取得新进展

近日，中国科学院亚热带农业生态研究所畜禽健康养殖与农牧复合生态研究中心谭支良研究员领衔的农牧复合草食家畜健康高效养殖与生态服务研究团队在微生物学权威期刊Microbiome。近日，中国科学院亚热带农业生态研究所畜禽健康养殖与农牧复合生态研究中心谭支良研究员领衔的农牧复合草食家畜健康高效养殖与生态服务研究团队在微生物学权威期刊Microbiome(一区TOP，IF=13.8)发表了题为Reductive acetogenesis is a dominant process in the ruminant hindgut的研究文章。该研究以山羊为研究对象，应用转录组、扩增子和宏基因组测序技术，结合体外验证试验，揭示了反刍动物后肠道盲肠低甲烷排放性状的形成机制。反刍动物是畜牧业的支柱产业，也是最早被驯化用于生产的动物。它们拥有一套独特的消化系统，通过依赖消化道内的微生物降解植物性饲料产生挥发性脂肪酸，从而为动物提供基本的能量来源，同时也是农业活动最大的甲烷排放源。反刍动物消化道由多个胃室（如瘤胃）和后肠（如盲肠）组成。尽管瘤胃和盲肠都是以厌氧发酵为主，超过90%的甲烷是在瘤胃中产生。盲肠具有低甲烷排放的典型特征，但其微生物组成和代谢功能尚不明晰。本研究系统性地比较了瘤胃和盲肠微生物的组成、代谢功能和活性（图1）。瘤胃富集了以Prevoltella，Ruminococcus和Butyrivbrio为代表的微生物，提高了纤维降解和丙酸生成能力，促进了甲烷菌增殖和甲烷生成。同时瘤胃中溶解氢浓度较低，这可能由于氢营养型产甲烷菌、富马酸盐还原菌（Succiniciasticum）、硝酸盐还原菌（Desulfovibrio）对氢气消耗的增强。盲肠富集了以Akkermansia，Alistipes和Faecousia为代表的粘蛋白降解菌，增强了微生物对宿主来源糖类的利用能力，并促进了乙酸生成。此外，盲肠中还富集了发酵产氢细菌和以HGM1287为代表的甲酸依赖型同型产乙酸菌新谱系。比较基因组发现盲肠中富集到的同型产乙酸菌在系统发育和功能上与瘤胃中的菌群存在显著差异。通过对不同反刍动物物种的瘤胃和盲肠比较，进一步证实了同型产乙酸是反刍动物后肠道微生物的重要代谢过程。因此，同型产乙酸成为盲肠低甲烷排放和氢能高效利用的关键微生物种群。此研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的支持，亚热带生态所博士生李秋爽和2021级硕士霍家斌为本论文共同第一作者，王敏研究员为通讯作者。论文链接反刍动物瘤胃和盲肠微生物的碳水化合物和氢代谢途径示意图

2025-02-11

广州地化所杨振、李鑫等-JGR：华南右江盆地岩石圈水化及减薄的大地电磁观测证据

水通过改变地幔岩石物理和化学性质，深刻影响大陆岩石圈的构造演化和地球动力学过程，同时还在地质资源和灾害形成中扮演重要角色。由于地球内部的不可入性及深部样品的稀缺性，目前我们对地幔的实际含水量分布仍所知甚少。由于地幔主要矿物的电阻率对水的存在和含量变化非常敏感，利用大地电磁（MT）等电磁感应测深方法获取的地幔电阻率信息可以为约束其含水量空间分布提供关键约束。在过去，研究者们在利用观测电阻率约束上地幔含水量时通常仅考虑单一橄榄石矿物，而忽略了其他NAMs矿物（如辉石、石榴石）及含水矿物（如金云母）对电阻率的影响，因而严重制约了估算结果的准确度。针对上述科学问题，中国科学院广州地球化学研究所地球物理学科组博士后杨振，在李鑫副研究员和邓阳凡研究员的指导下，联合重庆大学、中国科学院地质与地球物理研究所及哈佛大学的合作者，利用一条长约600千米、南北向横穿华南大陆西南部的MT观测剖面（图1），构建了近地表至软流圈顶部的可靠岩石圈电阻率结构(图2)，并进一步结合研究区内其他地球物理、岩石学观测信息及不同地幔矿物电阻率实验室测量数据，对岩石圈地幔的含水量进行了定量化研究。取得了以下主要进展：（1）右江盆地的高电阻率岩石圈整体较薄（~100 千米），且被一系列与地表大型断裂带重合的局部低阻异常所分割（图2b），其岩石圈地幔的含水量在~55千米深度处达到最大值（~200 ppm），并随深度增大而逐渐降低（图3c）。上述含水量估值与前人通过天然地幔包体测量得到估算结果大致吻合。（2）扬子克拉通岩石圈的电性结构与右江盆地截然不同，整体上表现为一个巨厚的，高电阻率异常体（图2b），其最大含水量不超过40 ppm，代表了一个几乎干燥的、未经显著改造的克拉通岩石圈（图3f）。（3）结合区域构造背景信息，我们推测右江盆地岩石圈地幔的高含水量可能与周缘俯冲板片的长期脱水及交代作用有关。上述过程不仅控制了华南大陆的岩石圈结构及组分演化，同时可能与右江盆地内大型金属矿床的形成密切相关（图4）。图1 (a) 华南地块区域构造背景；(b)大地电磁剖面位置及构造信息；橙色五角为新生代包体位置；(c) 右江盆地地表岩性、主要断裂带及金属矿床分布图2 （a）沿剖面布格重力异常分布；（b）电阻率结构模型；（c）前人通过多类地球物理数据所构建的温度结构模型图3 右江盆地（上）及扬子克拉通（下）岩石圈温度、电阻率及含水量随深度变化情况。(a和d) 温度-深度剖面；红色实线所示为干燥和含水条件下橄榄岩的固相线；绿色实线所示为地球物理约束得到的温度-深度剖面；蓝色方块、圆圈和五角星代表华夏地块新生代地幔包体估算得到的温压数据；(b和e) 电阻率-深度剖面（灰色及黑色实线）；彩色实线为不同矿物电阻率实验模型预测得到的电阻率-深度剖面；(c和f) 不同矿物电阻率实验模型计算得到的含水量-深度剖面；不同颜色圆圈代表新生代包体测量所得到的华夏地块岩石圈地幔含水量值图4 右江盆地岩石圈地幔水化及减薄机制示意图相关成果发表于国际学术期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》。本研究由国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金以及中国科学院广州地球化学研究所“十四五”自主项目联合资助。论文信息：Yang,Z.（杨振）,Li,X.*（李鑫）,Deng,Y. （邓阳凡）,Yu,N.（余年）,Kong,W.（孔文新）,Chen,M.（陈明昊）,Chen,Y.（陈赟）,Bai,D. H.（白登海）,Teng,J. W. （滕吉文） (2025). Magnetotelluric evidence for lithospheric hydration and thinning beneath the Youjiang Basin in southwestern China. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,130,e2024JB029650. DOI: 10.1029/2024JB029650.论文链接：https://doi.org/10.1029/2024JB029650

2025-02-10

广州健康院开发新型单细胞谱系追踪技术，揭秘细胞命运之谜

2025年1月28日，中国科学院广州生物医药与健康研究院彭广敦研究团队在《细胞·报告》（Cell Reports）发表重要研究成果，成功开发出名为“DuTracer”的新型单细胞谱系示踪技术。该技术通过巧妙结合两种基因编辑工具CRISPR-Cas9和Cas12a，显著提升了细胞谱系追踪的精度和深度，为解析胚胎发育、器官再生及疾病机制提供了全新工具。2025年1月28日，中国科学院广州生物医药与健康研究院彭广敦研究团队在《细胞·报告》（Cell Reports）发表重要研究成果，成功开发出名为“DuTracer”的新型单细胞谱系示踪技术。该技术通过巧妙结合两种基因编辑工具CRISPR-Cas9和Cas12a，显著提升了细胞谱系追踪的精度和深度，为解析胚胎发育、器官再生及疾病机制提供了全新工具。在生物学中，细胞谱系示踪类似于绘制“细胞家族树”，可追溯细胞从起源到分化的完整历程。传统方法常因技术限制导致信息记录不全，而基于CRISPR的基因编辑技术虽提高了分辨率，却存在“靶点间大片段删除”的难题——这如同在记录家族历史时丢失了关键代际信息。 DuTracer的创新之处在于同时利用Cas9和Cas12a两种核酸酶，并通过控制它们的激活时间，有效避免多靶点同时编辑引发的干扰。实验显示，该技术在小鼠胚胎干细胞和类器官模型中成功降低了90%以上的有害删除事件，记录的细胞分裂层级更深，能更精准地还原细胞分化路径。研究团队在HEK293T细胞和小鼠胚胎类器官中验证了DuTracer的性能。结果显示，该技术不仅能清晰区分心脏细胞的不同起源（如第一心域和第二心域），还首次揭示了“神经中胚层前体细胞（NMPs）”的分化偏好性。例如，转录因子Foxb1被确认为促进NMP向神经谱系分化的关键调控因子，其缺失会导致神经发育受阻，而中胚层特征增强。彭广敦研究员表示：“DuTracer为单细胞水平的谱系追踪设立了新标准。它不仅适用于胚胎发育研究，未来还可用于解析癌症转移、器官再生等复杂过程。”团队计划进一步优化技术，探索其在人类类器官和动物模型中的应用。论文通讯作者为中国科学院广州生物医药与健康研究院彭广敦研究员，第一作者为助理研究员陈城、博士后廖远鑫和博士生朱淼。研究获国家重点研发计划、国家自然科学基金及广东省基础与应用基础研究基金等项目支持。论文链接DuTracer设计及其在类器官中的应用示意图

2025-02-10

亚热带典型小流域稻田周丛生物中微生物来源和群落构建机制取得进展

稻田周丛生物是生长于稻田土壤表面的微生物聚集体，主要由细菌、藻类、真菌和原生动物等组成，在氮磷养分循环过程，特别是在面源污染中起重要作用。稻田周丛生物是生长于稻田土壤表面的微生物聚集体，主要由细菌、藻类、真菌和原生动物等组成，在氮磷养分循环过程，特别是在面源污染中起重要作用。明确稻田周丛生物中微生物来源及群落构建过程，可以为调控稻田周丛生物的生长，从而服务于稻田面源污染防控和固碳减排。本研究采集了亚热带典型小流域范围内的水稻田土壤、田面水和周丛生物样本，利用扩增子测序、SourceTracker和iCAMP分析了土壤和田面水微生物对周丛生物微生物来源的贡献及其构建机制。研究结果表明，周丛生物广泛分布于水稻田中，且与稻田土壤相比，其细菌α多样性较低，而真核生物多样性较高；周丛生物中含有丰富的蓝藻（13.5-33.5%）、绿藻（23.3-90.0%）、硅藻（5.4-40.9%）和线虫（1.3-17.3%）。与土壤相比，田面水是周丛生物中真核生物更重要的来源（63.7% vs. 10.0%）；田面水和土壤对周丛生物中细菌的来源贡献相当（38.4% vs. 41.6%）。周丛生物微生物群落的构建主要受同质选择、扩散限制和生态漂移的驱动；同质选择（50.9%）对真核生物群落的构建更为重要，而随机过程（即扩散限制和漂移，61.5%）对周丛生物细菌群落的构建更为重要。土壤铵氮和Olsen-P对周丛生物中的真核生物和细菌群落组成有重要影响。本研究结果揭示了稻田土壤、田面水和生态过程在塑造稻田周丛生物微生物群落中的作用，表明可以通过改善土壤和田面水养分条件来优化周丛生物微生物组成，为防控稻田面源污染提供了一个新的视角。相关研究成果以Origin and assembly characteristics of periphyton microbes in subtropical paddy fields: A case study in Tuojia catchment in Southern China为题发表在国际著名土壤学期刊Applied Soil Ecology上，沈健林研究员为论文通讯作者，李宗明和何杰为共同第一作者。本研究得到了国家自然科学基金、湖南省杰出青年基金和青促会优秀会员基金等项目的共同资助。论文链接稻田土壤、周丛生物和田面水中细菌（a）和真核生物（b）在门水平的微生物群落组成周丛生物中细菌（a）和真核生物（b）微生物来源贡献不同生态过程对细菌（a）和真核生物（b）群落组装的贡献

2025-01-28

华南植物园对淫羊藿苷的稳态化研究取得进展

淫羊藿苷是传统中药淫羊藿（Epimedium brevicornum Maxim.）的主要活性成分，具有抗肿瘤、抗炎、抗氧化、神经保护等多种生物活性，在治疗和预防骨质疏松、神经性及心血管疾病方面效果显著。近年来，淫羊藿苷因其广泛的生物活性和良好的药用价值一直受到研究者的极大关注。然而，淫羊藿苷的水溶性差和口服生物利用度低，极大地限制了其在功能食品及医药领域的应用，解决该问题对推进淫羊藿苷在产业上的应用具有重大意义。中国科学院华南植物园果蔬保鲜与加工团队利用豆奶为荷载材料，构建富含淫羊藿苷的豆奶纳米复合体系，增加了淫羊藿苷的溶解性和生物利用度；并结合超声改性和超高压处理，提高了豆奶-淫羊藿苷纳米复合物的稳定性。以上研究表明蛋白基纳米复合物可能是解决淫羊藿苷较低水溶性和生物利用度的有效策略之一。然而，以上方法仍存在一些缺陷，如使用有机溶剂，且纳米复合物荷载容量低。在后续的研究中，该团队通过限制性胰蛋白酶解技术获得了具有较高免疫活性及较好界面活性和荷载能力的核桃蛋白水解物，并且通过简便环保的pH驱动方法构建核桃蛋白水解物-淫羊藿苷纳米粒子。在该体系中，淫羊藿苷的水溶性和生物利用度分别提高了80倍和30倍，并进一步研究了该纳米体系可能的形成机制。然而，由于蛋白质自身的理化性质，该纳米粒子的盐离子、贮存及在低pH值稳定性较差。因此，研究团队通过添加仙草多糖对纳米粒表面进行涂层，构建三元纳米复合物，提高了纳米粒子的稳定性，进一步拓展其在产业中的应用范围（图1）。该研究为异戊烯基类黄酮的稳态化研究提供了思路。相关研究成果分别发表在食品领域知名期刊Ultrasonics Sonochemistry（《超声化学》）、International Journal of Biological Macromolecules（《国际生物大分子杂志》）、Food Science and Human Wellness（《食品科学与人类健康》）和Journal of the Science of Food and Agriculture（《食品和农业科学杂志》）上。华南植物园的博士研究生王金萍为第一作者，华南植物园杨宝研究员和温玲蓉副研究员为通讯作者。相关研究得到了中国科学院青年创新促进会、国家自然科学基金面上项目、广东省科技计划项目等项目的资助。相关论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2022.106230https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.137913https://doi.org/10.26599/FSHW.2022.9250083https://doi.org/10.1002/jsfa.13666图. 核桃蛋白水解物-淫羊藿苷纳米粒子（WPHI）的复合作用及其三元纳米复合物（MCP-WPHI）的稳定性分析。

2025-01-26

华南植物园揭示不同气候区生态系统服务相互作用时空分异及其影响因素的阈值效应

理解生态系统服务（ESs）的协同和权衡效应阈值以及在不同气候区异质性对于区域生态系统管理至关重要。该研究选择了从半干旱到干旱气候过渡带的内蒙古为研究对象，定量评估了该区域食物和牧草供应、碳固定、生物多样性、土壤保持、防风固沙、水源涵养、产水量、空气净化和娱乐休闲等关键生态系统服务，并对两个气候区域的生态系统服务权衡协同关系以及影响因素的阈值效应进行了研究。中国科学院华南植物园生态与环境科学研究中心刘红晓副研究员等研究发现，沙漠草原的ESs分布呈现显著的气候差异，半干旱区的总ESs高于干旱区。然而，半干旱区ESs之间的权衡更加严重，且由于人为干扰，决定因素更加复杂和敏感。干旱区受自然因素影响，如荒地比例、气温、降水量和植被指数，而半干旱区则受景观格局指数、人口密度和GDP的影响。主要影响因素存在明显阈值，超过阈值后负面效应加强。干旱区，荒地比例阈值为69%、降水量138mm和NDVI为0.48。在半干旱区，荒地比例阈值为43%，NDVI为0.38，最大斑块指数为87.4%。该研究为温带沙漠草原生态恢复与分区管控提供了支持。相关研究成果已近期发表在国际学术期刊Ecological Indicators（《生态指标》）上。华南植物园刘红晓副研究员为论文通讯作者。文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1470160X25000287

2025-01-26

亚热带生态所科研人员发现稳定的土壤生物网络促进了土壤生态多功能性

农业干扰作为最常见和最严重的全球扰动和全球变化的驱动因子之一，对生物多样性和生态系统过程产生深远影响。农田是粮食的主要来源，世界上巨大的人口压力使人类不得不通过频繁地耕作、施肥和使用农药等集约化做法来增加粮食产量。这些农业做法导致土壤健康显著下降、土壤有机碳和养分流失以及土壤结构变化。然而，对于农业干扰如何影响土壤生物网络复杂性和稳定性以及土壤多功能性之间的关系人们知之甚少。农业干扰作为最常见和最严重的全球扰动和全球变化的驱动因子之一，对生物多样性和生态系统过程产生深远影响。农田是粮食的主要来源，世界上巨大的人口压力使人类不得不通过频繁地耕作、施肥和使用农药等集约化做法来增加粮食产量。这些农业做法导致土壤健康显著下降、土壤有机碳和养分流失以及土壤结构变化。然而，对于农业干扰如何影响土壤生物网络复杂性和稳定性以及土壤多功能性之间的关系人们知之甚少。基于此，中国科学院亚热带农业生态研究所王克林研究员团队赵杰研究员在桂西北地区开展了区域尺度采样，研究团队在该地区的两种主要的土壤（石灰土和红壤）上选取四种典型的农用地，按农业干扰梯度由低到高顺序依次为牧草、甘蔗地、水稻田和玉米地。研究旨在揭示农业干扰如何影响土壤生物网络的复杂性和稳定性以及阐明这些影响如何与土壤多功能性相关。研究发现，农业干扰强度的增加提高了物种之间的竞争，因此增加了土壤生物网络的复杂性，但却减少了土壤生物网络稳定性。土壤微动物（线虫、原生动物和节肢动物）可以通过自上而下的控制作用稳定整个土壤生物群落。进一步的分析发现，是土壤生物网络稳定性而不是土壤生物网络复杂性或土壤生物多样性能预测土壤多功能性的动态。具体而言，一个稳定的土壤生物群，包括细菌、真菌、古菌、线虫、原生动物、节肢动物、病毒和藻类，支持高的土壤多功能性。特别是，土壤微动物群稳定性比其他的生物群对土壤多功能性有更大的贡献。总的来说，研究结果强调在全球农业集约化不断增加的背景下，土壤生物网络稳定性应该被考虑为提高农业可持续发展和作物产量的关键因素。上述研究成果以Stable soil biota network enhances soil multifunctionality in agroecosystems为题发表在领域国际知名期刊Global Change Biology上，研究得到该研究得到了国家自然科学基金（2022YFD1901000，U21A20189）等项目的共同资助。论文链接土壤生物网络复杂性和稳定性的生物和非生物驱动因素土壤多功能性和土壤生物群落稳定性的关系

2025-01-25

连发两项重要成果！深圳先进院科研团队为减毒活疫苗开发提供新策略

北京时间1月15日18时，中国科学院深圳先进技术研究院（简称“深圳先进院”）合成生物学研究所研究员司龙龙团队在国际权威学术期刊《自然—微生物学》和《自然—化学生物学》上同期发表两项重要研究成果。流感，是一种由传播快、易变异的流感病毒引起的常见呼吸道传染病。据世界卫生组织数据显示，每年全球大约有10亿例季节性流感病例。接种疫苗是防控流感最经济有效的手段之一，“下一代疫苗的开发”在2021年被《科学》杂志列为125个前沿科学问题之一。北京时间1月15日18时，中国科学院深圳先进技术研究院（简称“深圳先进院”）合成生物学研究所研究员司龙龙团队在国际权威学术期刊《自然—微生物学》和《自然—化学生物学》上同期发表两项重要研究成果。团队合影研究团队聚焦减毒活疫苗研发的关键共性难题，基于该团队前期建立的第一代蛋白降解靶向的减毒疫苗技术（简称“PROTAR疫苗技术”），从介导病毒蛋白降解的E3泛素连接酶的多样性、病毒蛋白和氨基酸位点的多样性两个方面，对PROTAR疫苗技术进行优化迭代，分别建立PROTAR流感疫苗库和第二代PROTAR疫苗技术，为更加安全、有效的减毒活疫苗开发提供了新思路。深圳先进院为两篇文章的第一单位和通讯单位。文章上线截图中国科学院院士高福评价道，该工作极大丰富了PROTAR流感减毒活疫苗的多样性，支撑PROTAR活疫苗系统评价与优化，拓展了人们对PROTAR减毒活疫苗的认知，该团队在PROTAR减毒活疫苗研究方向上的连续性工作为包括流感在内的多种流行性病毒的减毒活疫苗设计提供了新思路、新方法。建立PROTAR流感疫苗库，拓展疫苗多样性传统疫苗存在诸多局限，一方面，部分传统疫苗免疫效果欠佳，难以应对病毒频繁变异；另一方面，一些疫苗安全性令人担忧，可能引发严重不良反应。此外，部分疫苗研制技术复杂、通用性差，研发周期长且高度依赖研究人员经验，也极大限制了疫苗的快速生产与广泛应用。2022年，司龙龙团队提出了PROTAR减毒活疫苗技术，相关成果发表于《自然—生物技术》。为进一步提升疫苗效用及安全性，在此次《自然—微生物学》新发表的研究中，司龙龙团队基于前期研究，建立了PROTAR疫苗库，拓展了PROTAR疫苗多样性。病毒组装自身结构和行使生物学功能，很大程度上依赖病毒蛋白。据通讯作者司龙龙研究员介绍，团队设计出独特的“生命开关”元件——PTD，得以调控病毒蛋白的稳定或降解。“PROTAR疫苗技术的设计原理是利用细胞中的蛋白质降解机器——‘泛素-蛋白酶体系统’，将‘生命开关’元件PTD引入至病毒蛋白两端，使得病毒在进入正常细胞后，病毒蛋白被系统识别并降解，导致病毒复制能力减弱，实现病毒‘减毒’，从而将病毒变成潜在疫苗。”司龙龙说道。另一方面，为实现疫苗的高效制备，团队还创新性地设计出了系统功能缺陷的工程细胞。通过选择性移除“生命开关”元件PTD，病毒蛋白得以保留并稳定存在，使得PROTAR疫苗可以在疫苗制备细胞中高效复制，满足大量制备的需求。在PROTAR疫苗设计中，病毒蛋白的特异性降解由PTD，以及其对应的E3泛素连接酶决定。目前，在真核细胞中已经鉴定出超过600种E3泛素连接酶，为PROTAR疫苗的多样性设计提供了生物学基础。司龙龙团队以流感病毒为研究模型，利用E3泛素连接酶的多样性，设计并成功构建了22类PROTAR疫苗株，拓展了PROTAR疫苗的种类，并展示出PROTAR疫苗的多样性。此外，团队对PROTAR疫苗的安全性、免疫原性、免疫保护效果进行了系统性的验证及评价，为开发更优的、具有临床转化潜力的PROTAR疫苗候选株奠定基础，有望促进PROTAR疫苗技术的推广应用和临床转化。PROTAR疫苗2.0，提升疫苗技术灵活通用性团队开发的第一代PROTAR疫苗技术虽然显示出良好的潜力，但该技术仅允许“生命开关”元件PTD装载在病毒蛋白两端（N端和C端），可能会限制技术在不同病毒中的广泛应用。司龙龙团队在《自然—化学生物学》新发表的研究中，将该技术进一步升级，开发了PROTAR疫苗2.0，可支持PTD元件装载在病毒蛋白的任意合适的位点，包括病毒蛋白两端和内部位点，有效地弥补了第一代PROTAR疫苗技术的缺陷。这一技术的改进，不仅为PTD元件在病毒蛋白中的装载提供了大量位点选择空间，提高了技术灵活性和通用性，还能实现多个PTD元件在同一病毒颗粒中的同时装载，从而提升疫苗的安全性。在犬肾细胞（MDCK细胞）、小鼠模型、雪貂模型的验证实验中，研究团队证明了PROTAR疫苗2.0具有良好的安全性、免疫原性、交叉免疫保护效果；并进一步地在多种流感病毒中证明了其通用性，有望推广至其他病毒疫苗的研制。司龙龙团队建立的PROTAR流感疫苗库拓展了疫苗种类，丰富了人类防控病毒性流行性传染病的“武器库”。此外，开发的PROTAR疫苗2.0通过提升技术的灵活性和通用性，有望推动流感疫苗安全性及有效性的升级，为防控流感和疫苗研发具有重要的科学和应用价值。该两项研究成果为流感疫苗研发提供了新思路。中国科学院院士赵国屏评价道，合成生物学作为一门新兴的交叉学科，借鉴工程学原理，设计改造天然生物系统，或合成新的生物体系，揭示生命运行规律（造物致知），变革生物体系工程化应用（造物致用），在食品、医药、能源、环境、材料、农业等领域发挥着越来越重要的作用。该工作基于合成生物学研发新型疫苗技术，丰富了人们对抗传染性疾病的武器库，是合成生物学推动生物医药发展的成功范例。

2025-01-22