科研进展--中国科学院广州分院

红树林沉积物对碳固持和氮磷沉积起着重要作用，进而在调节全球变暖和吸附海洋污染方面具有重要意义。然而，随着农业活动和水产养殖的增加，越来越多的水坝开始围绕红树林湿地建设，导致这些区域的土壤和沉积物发生变化。然而，水坝建设对红树林湿地土壤碳积累和氮磷沉积的具体影响仍不清楚。为了解决这一科学问题，中国科学院华南植物园生态中心研究人员在珠江口开展了相关研究。研究团队选取了一个自然红树林湿地（坦头村）和一个被水坝围绕的红树林湿地（南沙湿地公园）进行对比研究。为了明确水坝建设的影响，研究人员通过测定土壤剖面的210Pb含量，确定了水坝建设前后土壤的沉积深度。此外，研究还分析了水坝建设前后土壤系统（土壤、微生物生物量和酶活性）的碳、氮、磷含量。研究结果表明，在水坝建设之前，两个红树林湿地的碳、氮、磷含量相近。然而，在水坝建设之后，被水坝围绕的红树林湿地的碳、氮、磷含量显著高于自然红树林湿地，表明水坝有助于土壤有机碳的固持以及氮磷的沉积。此外，比较两个红树林湿地的土壤碳氮磷化学计量特征发现，水坝显著增加了土壤中碳的积累深度，这表明水坝未来将会持续促进碳的积累。本研究强调了滨海管理措施，特别是水坝建设，对红树林湿地碳积累和氮磷污染沉积的重要作用。这些发现为滨海湿地保护与修复提供了新的科学依据。相关研究成果以“Responses of depth-dependence of C:N:P stoichiometry to check dam in mangrove wetlands”为题在线发表在国际学术期刊Journal of Environmental Management（《环境管理杂志》）。中国科学院华南植物园博士研究生黄幸运为论文第一作者，研究组长、小良站站长王法明研究员为论文通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、“一带一路”国家与国际科学组织联盟等项目的资助。图1. 水坝对红树林湿地土壤碳氮磷含量和深度独立性影响的概念图图2. 两个不同红树林湿地土壤系统（土壤、微生物生物量和酶活性）的碳氮磷含量

2024-11-20

深圳先进院 |“大数据+多组学”物种互作导向策略揭示“生态战场”中的潜在药物分子

近日，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所石一鸣团队受权威杂志英国皇家化学会期刊Natural Product Reports（《天然产物报告》）编委会邀请，在11月13日出版的最新一期期刊中，以封面文章的形式发表题为“探索自然战场：物种相互作用助力发现活性天然产物”的综述论文。深圳先进院为该论文的第一单位。近日，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所石一鸣团队受权威杂志英国皇家化学会期刊Natural Product Reports（《天然产物报告》）编委会邀请，在11月13日出版的最新一期期刊中，以封面文章的形式发表题为“探索自然战场：物种相互作用助力发现活性天然产物”的综述论文。深圳先进院为该论文的第一单位。该综述总结了团队获得的重要阶段性研究成果，并梳理了人体及其他陆地海洋动植物等生态位中，微生物活性天然产物的挖掘过程、生态功能及其在疾病治疗中的潜在价值，提出了基于“大数据+多组学”物种互作导向的药物发现策略，拓展了合成生物学和药学领域的思考视角和实践路径。文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/np/d4np00018h微生物生态协作，打开药物发现之门微生物作为最古老、最简单的生命形式之一，在驱动地球化学循环、维持生物多样性、推动宿主进化等方面发挥着关键作用。为了应对复杂多变的外界环境，微生物的基因簇编码促成了多样化天然产物的生成。这些产物不仅是微生物间通讯的“化学语言”，也是其生存繁衍的关键“生化武器”。微生物与微生物、高等真核生物之间的共生、互利和竞争等关系，将促使微生物保留最有价值的活性物质。这些物质在生态系统中的独特功能，可启发我们将其类比地应用于人类疾病的治疗。“在物种间相互作用的背景下研究天然产物的功能作用，可以深入揭示微生物的生存策略。这为发现与改造抗感染、抗肿瘤和免疫调节药物先导化合物提供了新的灵感。”论文通讯作者、深圳先进院合成所石一鸣研究员表示。微观世界中，物种联盟的新发现人们体内和周围看不见的微生物，正悄然影响着人类健康和未来医学走向。在人体内，微生物群落在消化食物、提供营养、调节免疫、保护胃肠道等关键生理过程中扮演着重要角色。“通过人类微生物宏基因组数据结合多组学分析，我们能精确定位与人体生理生化过程相关的生物合成基因簇。它们的编码产物在调控人体生理通路方面展现出巨大潜力，且与人体具有良好的兼容性，有望成为调节、保护人体健康的潜在候选药物分子。”论文作者之一、中国科学院大学博士研究生向浩表示。据了解，目前已从人类微生物中发现抗生素、蛋白质合成抑制剂以及蛋白酶抑制剂，其中包括了与抗癌药物阿霉素和硼替佐米结构相似的类药物分子。线虫体内的共生细菌不仅是化学生态学研究的理想模型，也是发现药物分子的宝贵资源。广泛分布于共生细菌种群内的线虫生长因子异丙基二苯乙烯，被开发成了原创新药本维莫德乳膏，已获得美国FDA批准上市，用于治疗皮炎和银屑病。肽类抗生素Odilorhabdin处于临床前研究，有望用于治疗泌尿系统感染和复杂腹腔感染。Darobactin具有新颖的作用机制，被视为一种专门针对革兰氏阴性病原细菌的潜在新药候选分子。“微生物与其他陆地和海洋动植物也广泛地形成了共生联盟。” 论文作者之一、深圳湾实验室史燕妮助理研究员介绍，该文章总结了微生物天然产物在跨物种中互作取得的突破性发现。文章指出，在细菌与植物相互作用中，肽类化合物FR900359显示出对致病线虫的防御能力，有望用于GqPCR相关疾病治疗。细菌与蜜蜂、甲虫等的互作揭示了聚酮类和非核糖体肽在防御病原威胁中的关键作用。研究还发现了一种有趣的细菌-藻类-海蛞蝓的三方互作现象：海蛞蝓通过啃咬藻类，摄取具有抗癌作用的防御性非核糖体肽类物质，以抵御海蛞蝓的天敌。该研究强调了微生物天然产物的本质功能，并提出了从“规律认识”（格物致知）到“规律应用”（格物致用）的天然产物研究范式。这一研究范式不仅有助于揭示微生物生命活动规律，还为新药的发现和改造提供新的研究方向和关键线索。

2024-11-19

华南植物园揭示亚热带常绿阔叶林土壤有机碳固存对林冠与林下氮添加响应差异的机制

大气氮沉降升高导致显著影响了我国亚热带常绿阔叶林系统碳循环过程。多数林下施肥模拟大气氮沉降的实验证实，长期氮添加显著提高了土壤有机碳尤其是植物源颗粒有机碳的积累，但对微生物源的矿物结合态有机碳的影响不显著，其原因在于氮添加一方面促进植物生长，增加了植物向土壤的有机碳输入，另一方面也加剧了土壤酸化，抑制了土壤微生物的碳利用。然而，林下施氮的方式忽略了林冠生态过程对大气氮沉降的影响，使得林下氮添加的实验结果可能不足以反应大气氮沉降对森林碳动态的真实影响。中国科学院华南植物园环境生态学研究方向依托广东省石门台“林冠林下氮添加实验”平台，对比探究了长期（11年）林冠、林下氮添加对森林土壤有机碳动态的影响机制。发现，由于林冠对活性氮的吸收和截留，林冠氮添加对土壤有机碳积累的促进作用显著弱于传统的林下氮添加；林下氮添加显著增加了土壤颗粒有机碳含量，而冠氮添加则显著增加了矿物结合态有机碳含量，其原因可能是因为林冠氮添加显著提高了凋落物质量，减缓了土壤酸化，刺激微生物的碳利用，进而促进了颗粒有机碳向矿物结合态有机碳的微生物转化过程。研究结果表明，自然大气氮沉降对森林土壤碳固存的影响机制可能与传统的林下氮添加实验结果存在差异。未来的野外控制实验和生态系统模型开发应该充分考虑林冠生态过程对森林土壤碳动态的影响。相关研究成果已近日发表在国际学术期刊Catena（《土地链》）上。南京信息工程大学陆啸飞副教授为论文第一作者，华南植物园环境生态学研究方向旷远文研究员为论文的通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金、广东省重点研发计划项目、国家重点研发计划和广东省科技计划项目等资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.catena.2024.108536图. 长期林冠与林下氮添加对森林土壤有机碳组分影响的差异。蓝色和红色箭头分别表示林冠和林下氮添加的影响，箭头的粗细表示影响的强度。SOC，土壤有机碳；POC，颗粒有机碳；MAOC，矿物结合有机碳。

2024-11-16

喀斯特土壤有机碳形成和稳定的协同/权衡机制取得进展

中国科学院亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站在喀斯特土壤微生物碳泵-矿物碳泵协同/权衡机制研究取得新进展，相关研究成果近期以Lithological controls on soil aggregates and minerals regulate microbial carbon use efficiency and necromass stability为题发表在自然指数（Nature Index）期刊Environmental Science & Technology，张伟、王克林研究员为论文通讯作者，胡培雷副研究员为第一作者。中国科学院亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站在喀斯特土壤微生物碳泵-矿物碳泵协同/权衡机制研究取得新进展，相关研究成果近期以Lithological controls on soil aggregates and minerals regulate microbial carbon use efficiency and necromass stability为题发表在自然指数（Nature Index）期刊Environmental Science & Technology，张伟、王克林研究员为论文通讯作者，胡培雷副研究员为第一作者。土壤异养微生物驱动的有机碳积累主要包括两个过程：1）微生物通过分解和合成代谢驱动植物光合碳在微生物活体-残体传递；2）微生物残体在土壤中的稳定化过程，即土壤团聚体和矿物的物理-化学保护作用。微生物碳利用效率反应微生物分解和合成代谢双重效应权衡，碳利用效率越高，意味着微生物将吸收的碳更多分配至生物量合成，经过微生物生长-繁殖-死亡的迭代过程，促进土壤有机碳形成。然而，土壤团聚体和矿物的物理-化学保护作用增加了微生物养分限制，从而降低了微生物碳利用效率。因此，土壤团聚体和矿物对微生物碳泵储碳可能存在权衡效应，一方面降低了微生物碳利用效率和残体形成，另一方面提高了微生物残体碳（微生物源碳）稳定性。前期研究发现，植被恢复背景下，西南喀斯特出露基岩非但没有限制土壤有机碳固定，中等程度的基岩出露反而促进土壤有机碳积累。其核心可能与碳酸盐岩相对快速的溶解动力学特性有关。岩石风化过程析出大量的矿物到土壤，增强了土壤团聚体稳定性和矿物保护能力。因此，科研人员推测喀斯特土壤团聚体和矿物保护对土壤有机碳形成和稳定具有更强的权衡效应。基于此，研究团队以渝黔桂典型水热梯度样带为研究区，以喀斯特和非喀斯特相同林龄的次生林土壤为研究对象，量化原状土壤和破碎团聚体土壤微生物碳利用效率，阐明微生物残体在不同稳定态有机质组分中的分配赋存特征。结果表明：1）破碎团聚体显著提高了喀斯特和非喀斯特土壤微生物碳利用效率；2）喀斯特土壤高钙和高铁氧化物含量增强了大团聚体稳定性和矿物保护能力，降低了微生物碳利用效率；3）尽管土壤团聚体稳定性和矿物保护降低了微生物碳利用效率和微生物残体生成量，但矿物保护增强了微生物残体稳定性；4）土壤团聚体和矿物对土壤有机碳形成和稳定的权衡效应受岩性调控，喀斯特土壤高矿物含量导致更高的权衡效应。研究结果强调仅基于微生物碳利用效率大小来评估土壤固碳潜力可能会存在偏差，喀斯特土壤碳循环研究以及固碳增汇技术研发需要考虑微生物碳泵和矿物碳泵协同和权衡效应。该研究得到了国家重点研发计划项目、自然科学基金区域联合重点基金等项目的资助。论文链接研究区概况土壤团聚体和矿物影响微生物残体形成和稳定的协同与权衡机制

2024-11-15

热带印度洋水团混合过程研究取得新进展

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）杜岩研究员团队在热带印度洋环流水团混合过程的研究中取得新进展。相关研究成果以题为“Large mixed layer salinity variation in the southern tropical Indian Ocean due to the blending of water masses”，发表在国际期刊Geophysical Research Letters上。博士研究生赵章喆为第一作者，研究员杜岩为通讯作者，美国斯克里普斯研究所教授Janet Sprintall为论文合作者。热带南印度洋混合层盐度变化较大，该地区的环流受印度洋热带环流圈控制，而热带印度洋环流圈强度又与印度洋偶极子模态（IOD）紧密相关，这种年际变化调制着热带印度洋海盆的热盐交换。然而，以往的研究对热带印度洋典型水团在年际尺度上的混合过程和相关贡献的了解有限。在正（负）IOD期间，热带印度洋环流圈观测到异常的增强（减弱）（图1），混合层盐度异常的峰值相对于IOD指数存在4个月的之后。其中，孟加拉湾是热带南印度洋低盐水的主要来源，高盐水则主要来自赤道系印度洋，这表明热带印度洋环流圈对于水团混合至关重要。研究证明，与IOD相关的异常环流调制了印度洋内部典型水团的混合过程。在负IOD事件发生期间，可以看到来自西印度洋的高盐水增多，来自孟加拉湾的低盐水也随之增多，且来自印尼贯穿流的淡水减少。此外，研究发现经由马六甲海峡的低盐水同样也占有相当高的比例，此时热带南印度洋年平均混合层盐度降低，这说明西赤道印度洋高盐水的减少仍在混合层盐度变化中占据主导作用，而来自孟加拉湾和经由马六甲海峡的低盐水则在年末作用更显著，这有助于负IOD时期的低盐异常恢复正常。相关的水团混合比例在正IOD期间情况相反（图2）。本文主要研究了热带印度洋环流圈在该区域混合层盐度变化中的作用，提供了热带南印度洋混合层盐度变率的潜在可预测性，有助于加深对印度洋物质和水体输运的理解。该研究由国家自然科学基金项目、中国科学院项目的资助、国家自然科学基金委共享航次计划和国家留学基金委等共同资助完成。相关论文信息：Zhao,Z.,Sprintall,J.,Du,Y. (2024). Large mixed layer salinity variation in the southern tropical Indian Ocean due to the blending of water masses. Geophysical Research Letters,51,e2024GL110569.文章链接：https://doi.org/10.1029/2024GL110569图1.2004-2022年(a)月精度(b)年平均Argo混合层盐度标准差。(c)-(d)12月和6月异常盐度和异常环流。(e)-(f)正IOD和负IOD异常盐度和异常环流。图2.(a)正IOD和(b)负IOD进入热带南印度洋的粒子比例变化。(c)-(f)来自印尼贯穿流、西赤道印度洋、孟加拉湾和马六甲海峡粒子在IOD发生时相关的比例变化。(g)-(h) IOD发生时典型水团混合示意图，其中黑色箭头表示异常环流，红色实线（虚线）箭头表示来自不同源区的海水增加（减少）。

2024-11-13

华南植物园发布粗叶榕染色体水平基因组

粗叶榕（Ficus hirta Vahl）又称五指毛桃，为桑科榕属的药食同源植物，是一种具有重要经济价值的植物。其根部为浅黄色，有香气，富含多种生物活性化合物，如黄酮类、苯丙素类和多糖等，这些成分在植物的抗病能力、适应环境变化以及药用价值上都扮演着关键角色。目前，对粗叶榕的基因组研究仍然相对较少，尤其是在其特定药用成分的生物合成途径方面。尽管已有部分关于粗叶榕基因组的初步研究报告，但这些研究大多集中于表型特征或叶绿体基因组，对于全基因组的深入解析仍显不足。中国科学院华南植物园于慧研究员团队利用Illumina，PacBio HiFi及HiC等测序技术首次获得了粗叶榕染色体级别的基因组图谱。其基因组总大小约为297.27Mb，scaffoldN50为19.71Mb，其中94.90%的序列被锚定到了13条染色体上。共注释到132.79Mb的重复元件，占比基因组的44.67%。通过从头预测、转录组测序和同源基因比对共鉴定到28,625个蛋白编码基因，并成功获得其中92.39%基因的功能注释信息。高质量的粗叶榕基因组为解析香豆素等次生代谢物生物合成的分子机制及药用有效成分的品质提升奠定前期基础。研究成果以“A high-quality chromosome-level genome assembly of Ficus hirta”为题，发表在国际期刊Scientific Data（《科学数据》）。华南植物园在读博士研究生黄伟城论文为第一作者，于慧研究员为通讯作者。本研究得到国家重点研发计划、广州市和中国科学院等项目资助。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41597-024-03376-z图. 粗叶榕的基因组组装与注释。a. 基因组大小评估;b. Hi-C互作热图;c. 基因组圈图

2024-11-13

Nature Chemistry | 可定向运动的耗散组装活性液滴，突破耗散组装系统机械做功难题

薛定谔指出，生命以负熵为生。普里高津则提出了耗散结构理论，进一步阐释了能量在有序结构演化中的作用。生物组装体常常展现出这种能量耗散的特性。薛定谔指出，生命以负熵为生。普里高津则提出了耗散结构理论，进一步阐释了能量在有序结构演化中的作用。生物组装体常常展现出这种能量耗散的特性。例如，微管蛋白需要不断消耗三磷酸鸟苷，以维持其组装结构并执行牵引染色体分离等生物功能。目前，借助化学手段，人们已成功构建了多种耗散组装体系，获得了瞬态结构和性质。然而，远离平衡态的涌现功能，例如机械功能，仍然相对稀缺。因此，需要拓展耗散组装的研究范式，来探索能量消耗所带来的独特性质与行为。这将有助于开发复杂功能，并深化对生命活性的理解。2024年11月8日北京时间18:00，中国科学院深圳先进技术研究院刘凯研究员和荷兰格罗宁根大学Sijbren Otto团队合作在Nature Chemistry上在线发表题为“Molecular-scale dissipative chemistry drives the formation of nanoscale assemblies and their macroscale transport”的研究论文，突破了耗散组装系统中机械做功的难题，证明了高能态的耗散组装体可作为能量转化器，这为开发活性材料提供了新视角。总体上，我们通过调节耗散反应的速率，控制组装动态和通讯行为，将耗散组装和马兰戈尼效应自组织整合起来，构建了一个可趋化性运动的活性液滴系统。图1. 化学燃料驱动的液滴形成和马兰戈尼对流首先开发了一种耗散酰胺键，并构筑了活性液滴。马来酸酐和辛胺在水溶液中反应得到一种酰胺化合物，其在酸性条件下易于水解。碳二亚胺可作为第二种燃料分子，驱动二酸废料与辛胺重新生成酰胺化合物，从而构建耗散反应网络。在这一过程中，酰胺产物能够通过分子间的静电和疏水作用与辛胺组装形成凝聚体液滴。这些液滴中的疏水区域有助于溶解马来酸酐，进而加速反应，实现自催化的生长。图2. 液滴的结构表征和自我生长通过控制化学燃料的添加，可以实现对液滴生长的动态调控。一方面，化学燃料能触发反应-组装网络中酰胺化合物与辛胺的浓度拮抗效应，促进液滴的震荡式生长；另一方面，当液滴完全水解消失后，加入化学燃料能够使其再生，这一循环可以重复多次，展现出瞬态结构的特征。图3. 液滴的耗散组装和瞬态结构进一步利用活性液滴与油酸之间的化学通讯，获得了耗散组装系统的机械功能。当在液滴溶液表面滴加油酸时，水面上的液滴会向着油酸运动。这是由于液滴中水解释放出的辛胺可被油酸吸收，从而在水-空气界面上形成辛胺浓度梯度，进而导致表面张力的梯度变化。最终，凭借马兰戈尼效应，液体从低表面张力区域流向高表面张力区域，促使液滴发生运动。此外，通过控制燃料分子的加入，可以调节液滴的运动速度和持续时间。图4. 液滴的定向运动与调控上述系统中，化学燃料在分子尺度上驱动酰胺键的合成；在纳微尺度上，促进高能活性液滴的生成；在宏观尺度上，推动液体流动而带动液滴定向运动。通过活性液滴和马兰戈尼回流这两种耗散结构的耦合，实现了跨尺度的能量转化。同时，该研究为控制马兰戈尼效应提供了源-库系统的调控方法，可用于物质的精确传送，并有望在构建组装图案和活性流体方面发挥重要作用。此外，该液滴系统由简单的分子构成，可作为趋化性运动的原始细胞模型，进一步构筑复杂群体行为。刘凯研究员为本文第一作者，刘凯研究员、Sijbren Otto教授为本文共同通讯作者，中科院深圳先进院为第一单位。

2024-11-08

广州能源所在锂电池相变材料液冷复合热管理技术研究方面取得新进展

科研团队建立了考虑相变材料潜热恢复性能和流动能耗的综合评价方法，对液冷流道的流形、截面形、截面积、通道数和波动振幅进行了全面结构优化，基于优化后的复合冷板结构构建侧面冷却的紧凑式电池模组热管理系统，并提出一种基于时间的提前关断策略，利用多目标优化遗传算法(MOGA)，以电池最大温度、电芯单体最大温差和液冷系统能耗为目标参数，对涵盖液冷运行参数、相变材料性能参数和关断时间等5个关键参数进行多参数优化。近日，中国科学院广州能源研究所董凯军研究团队在锂电池相变材料液冷复合热管理技术研究方面取得新进展。锂电池是推动我国能源结构转型的关键组件，被广泛应用于电动车和储能领域。锂电池发热功率与运行风险随着充放电倍率的提高而显著增加，高效可靠的电池热管理系统对锂电池安全运行至关重要。科研团队提出了一种基于嵌入式相变材料液冷复合冷板的电池热管理系统（EHCP-BTMS），能够结合主被动冷却技术有效控制锂电池温度，并具备良好节能潜力，为高倍率下锂电池安全运行提供了高效节能的热管理解决方案。图1 嵌入式相变材料液冷复合冷板内部结构及热管理系统布置方式科研团队建立了考虑相变材料潜热恢复性能和流动能耗的综合评价方法，对液冷流道的流形、截面形、截面积、通道数和波动振幅进行了全面结构优化，基于优化后的复合冷板结构构建侧面冷却的紧凑式电池模组热管理系统，并提出一种基于时间的提前关断策略，利用多目标优化遗传算法(MOGA)，以电池最大温度、电芯单体最大温差和液冷系统能耗为目标参数，对涵盖液冷运行参数、相变材料性能参数和关断时间等5个关键参数进行多参数优化。结果表明，在最优参数下，电池组3C放电过程中的最高温度为39.70 ℃，最大温差为4.90℃，泵耗相比连续液冷策略降低了80.80%。该研究成果可为高倍率下降低单体电池温差以及热管理系统节能运行提供技术支撑。图2 (a)多目标优化前与(b)优化后电池模组温度分布对比研究得到国家自然科学基金项目、广州开发区国际科技合作项目等资助。以上研究发现已申请发明专利，相关成果以Multi-objective optimization of battery thermal management system based on a novel embedded hybrid cooling plate considering time-based early shutdown strategy为题发表于Energy期刊（第一作者硕士生蔡云翔, 通讯作者孙钦、董凯军）。原文链接https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.133419

2024-11-08

华南植物园对伯乐树谱系分化和基因组脆弱性研究取得进展

东亚亚热带森林以其丰富的物种多样性和特有性而著称，尤其是其保存了大量的古老孑遗物种，这些孑遗物种因其形态特征在进化过程中几乎保持不变而被称为“活化石”。化石记录表明孑遗物种曾经在末次冰期广泛分布，但受气候变迁和人类活动的综合影响，如今大多处于濒危状态，因此成为生物多样性保护工作中的重中之重。然而，我们对于东亚亚热带森林孑遗物种过去的进化历史以及它们对未来气候变化的可适应性程度的了解仍然非常有限。伯乐树（Bretschneidera sinensis）是一种东亚特有的第三纪孑遗树种，同时也是国家重点保护的野生植物。该物种的野生种群通常较小而孤立，但分布相对较广，是研究东亚亚热带森林孑遗树种的理想对象。本研究在获得前人基因组测序和重测序数据的基础上，采用群体基因组学和景观基因组学方法，揭示了伯乐树的历史谱系分化和基因组脆弱性。研究结果显示，伯乐树群体可分为东部和西部2个基因组强烈分化的谱系，这可能与冰期气候波动导致的反复瓶颈有关。同时，研究还发现与生长和缺氧反应相关的基因可能在谱系分化过程中受到了正选择作用。对基因组脆弱性的评估发现，与位于物种分布核心区的种群相比，边缘种群的突变负荷和基因组偏移明显更高。这表明在预期未来气候变化的影响下，边缘种群尤其脆弱，面临着更高的局部灭绝风险。研究结果有助于增加对伯乐树等濒危孑遗物种的物种形成历史的了解，对于制定有效的保护策略以应对未来气候变化至关重要。相关研究成果以“Lineage Differentiation and Genomic Vulnerability in a Relict Tree From Subtropical Forests”为题近期发表在进化生物学主要期刊Evolutionary Applications（《进化应用》）上。中国科学院华南植物园在读博士研究生朱显亮论文为第一作者，康明研究员为通讯作者，王静研究员和陈红锋研究员为论文共同作者。该研究工作得到广东基础与应用基础研究旗舰项目的资助。论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/eva.70033 图1. 伯乐树基因组多样性特征和谱系分化模式图2. 伯乐树基因组近交和突变负荷图3. 伯乐树应对未来气候变化的基因组偏移

2024-11-07

华南植物园对木豆化学成分和生物活性的研究取得新进展

中国科学院华南植物园天然产物化学生物学研究组在资源植物木豆的化学成分和活性成分功能评价方面取得新进展。从木豆叶的乙醇提取物中分离鉴定了10个新结构化合物，包括2个植物中罕见的菲类化合物Cajananthrenes A、B和一些新的菧类化合物，增强了对木豆化学成分和次生代谢产物生物合成路线的了解，同时也进一步丰富了植物天然产物的结构多样性。通过对这些化合物的生物活性测定，发现化合物Cajanantharenes A和B对LPS刺激RAW 264.7巨噬细胞产生的NO有明显的抑制作用，提示这些化合物或者含有这些化合物的提取物有抗炎症功效。进一步发现，新菧类化合物Cajanotone B和C能明显抑制3T3-L1前脂肪细胞的脂肪分化，其降脂作用机制是调控了与脂质代谢相关的基因表达水平。Cajanotone B和C能显著减少脂肪细胞的脂质积累以及甘油三酯含量和FFA的分泌，还能显著抑制HSL、ATGL、C/EBPα和PPARγ的mRNA表达。特别是Cajanotone B和C还可以抵消PPARγ激动剂罗格列酮（ROS）的促成脂分化作用。罗格列酮是临床上广泛使用的降糖药物，具有优秀的降低血糖功效，但同时有导致脂肪积累和水肿的副作用，该副作用与其激活PPARγ的作用机理相关，并且这一类药物的系统性副作用无法通过结构优化和产品升级来解决。目前的研究结果证明，Cajanotone B和C可通过负调控PPARγ途径，从而实现抑制3T3-L1脂肪细胞的脂肪生成，为新型降脂减肥和降糖药物研发提供了理论依据和先导化合物。这些化合物已经提交了发明专利保护。相关研究成果已分别发表了3篇论文(https://doi.org/10.1080/14786419.2023.2297862; https://doi.org/10.1039/d3ra08149d; https://doi.org/10.1016/j.bioorg.2024.107851)。华南植物园博士研究生姚李媛为论文的第一作者，导师邱声祥研究员为通讯作者。图1. 从木豆叶中新发现的新结构化合物图2. 木豆新发现化学成分可能的生源合成途径图3. Cajanotone B和C抑制脂肪生成的作用机制

2024-11-05