科研进展--中国科学院广州分院

华南植物园赴海南开展植物引种工作

2024年9月，中国科学院华南植物园园艺中心引种保育部联合标本馆针对海南植物资源开展考察和引种工作。此次考察为期10天，足迹覆盖了儋州市、昌江黎族自治县、东方市、乐东黎族自治县、三亚市、保亭黎族苗族自治县等地多个市县，旨在加强海南植物多样性保护与核心种质收集，支撑服务国家生物多样性保护战略需求和华南国家植物园种质资源库建设。图1. 引种队成员在野外采集植物这次考察中，团队共引种植物116号109种，隶属于54科99属，鉴定率达到93%，其中近90%的种类为新增华南植物园未成功保育的物种，如红芽大戟（Knoxia sumatrensis）、牛眼睛（Capparis zeylanica）和黄花马铃苣苔（Polycarpaea corymbosa）。图2. A：红芽大戟；B：牛眼睛；C：黄花马铃苣苔考察中还发现了多种列入世界自然保护联盟濒危物种红色名录的珍稀濒危植物，占到引种数量的12%，如小叶九里香（Murraya microphylla，EN级别）、刺核藤（Pyrenacantha volubilis，EN级别）、栗豆藤（Agelaea trinervis，EN级别）、琼梅（Canthium hainanense，VU级别）、海檀木（Ximenia americana，NT级别）等。图3. A：小叶九里香；B：栗豆藤；C：刺核藤此次引种的植物涉及种类最多的科为豆科，含11种，如耀花豆（Sarcodum scandens）、长管蝙蝠草（Christia constricta）等。其次为大戟科，含9种，如异萼木（Dimorphocalyx poilanei）、海南粗毛藤（Cnesmone hainanensis）等。图4. A：耀花豆；B：异萼木；C：海南粗毛藤引种队在考察中特别关注了具有重要生态价值的植物，如海岸盐田中的小草海桐（Scaevola hainanensis）、滨海木蓝（Indigofera litoralis）、西沙灰毛豆（Tephrosia luzonensis）等，这些植物对于维护滨海特殊生境的生态平衡具有重要意义。图5. A：小草海桐；B：滨海木蓝；C：西沙灰毛豆此次海南植物考察引种不仅为华南国家植物园种质资源库提供了宝贵的种质资源，也为海南生物多样性保护做出了积极贡献。

2024-09-25

华南植物园等发表茜草科1新族和1新属

茜草科（Rubiaceae）是被子植物第四大科（以物种数计），含71族、580属、约14000种。茜草科植物除了具有较高的物种多样性以外，另一个有趣的现象是该科具有极高比例的单型族和单型属，即许多族或属下仅含1个物种。已有研究表明，茜草科中单型属的占比高达34.5%。由于部分茜草科类群未被充分研究，该科植物中是否存在更多的单型族或单型属还未可知。中国科学院华南植物园涂铁要、张奠湘等学者联合广东省林业科学研究院谢佩吾副研究员、美国国家标本馆Jun Wen教授、瑞典自然历史博物馆茜草科专家（Sylvain G. Razafimandimbison）等对采自广东、广西、云南以及越南、马来西亚、尼泊尔、泰国等地的茜草科水锦树属等类群进行了详细的形态学和分子系统学研究，研究结果表明水锦树属并非单系类群，其中垂枝水锦树和丁茜族互为姐妹类群，但是未发现二者之间存在明显的共衍征。和其它9个近缘族相比，垂枝水锦树不仅系统发育位置独立于茜草科其它各族，其形态特征也十分独特：叶二列排列或3-4枚轮生；花序复伞圆锥状；柱头棒状、具花粉二次呈现现象；子房二室、胚珠多数；蒴果室背开裂；种子三角锥形等。基于垂枝水锦树在茜草科中独立的系统位置和独特的形态特征，新成立茜草科1新族、1新属和1新组合，即棒柱茜族（Clavistigmateae T. Y. Tu et P. W. Xie）、棒柱茜属(Clavistigma T. Y. Tu et P. W. Xie)和垂枝棒柱茜(Clavistigma pendulla (Wall.) T. Y. Tu et P. W. Xie)。至此，茜草科中族和属的总数分别达到72族和581属。该研究结果提示应当优先对茜草科中一些形态独特的种类开展经典分类学和分子系统学研究以不断完善茜草科族一级和属一级分类系统，同时，此类研究对茜草科植物的生物地理起源和物种分化模式也具有重要科学意义。相关研究结果已近期在线发表于生物多样性专业期刊Biological Diversity（《生物多样性》）上。华南植物园涂铁要副研究员为论文第一作者，广东省林业科学研究院谢佩吾副研究员为论文通讯作者。该研究得到了广东省林木种质资源调查项目和国家自然基金项目的支持。论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/bod2.12013图1. 茜草科木兰茜亚科系统发育；图2. 垂枝水锦树和丁茜形态特征；图3. 木兰茜亚科族一级分化时间。

2024-09-25

亚热带所研究团队在跨气候带尺度农田土壤有机碳形成途径与保护机制研究取得系列进展

稻田和旱地作为我国两类最主要农业土地利用类型，同步分布于中国东部粮食主产区，并担负着我国大宗农产品生产的重任。稻田长期淹水耕作下土壤水分条件显著区别于旱地土壤，系统研究跨气候带尺度稻田和旱地土壤有机碳形成途径与保护机制，对我国东部粮食主产区耕地地力和土壤固碳减排管理均具有重要意义。稻田和旱地作为我国两类最主要农业土地利用类型，同步分布于中国东部粮食主产区，并担负着我国大宗农产品生产的重任。稻田长期淹水耕作下土壤水分条件显著区别于旱地土壤，系统研究跨气候带尺度稻田和旱地土壤有机碳形成途径与保护机制，对我国东部粮食主产区耕地地力和土壤固碳减排管理均具有重要意义。亚热带农业生态所苏以荣研究员、陈香碧研究员团队，运用区域调研、生物标识物分析结合同位素示踪模拟试验，系统解析了我国东部跨气候带尺度稻田和旱地土壤有机碳积累差异、形成途径及其内在机理。近5年来，发表SCI论文9篇，包括Global Change Biology、Biology and Fertility of Soils、Agriculture,Ecosystems and Environment、Soil and Tillage Research、Catena、Journal of Soils and Sediments、European Journal of Soil Science等期刊。进展一：明确了长期农业利用塑造的土壤碳氮磷含量和计量比特征基于大样本分析，发现我国东部四个气候带相邻稻田、旱地和林地表层土壤C、N、P的含量和计量比呈现大致一致的特征：与相邻林地相比，长期旱地利用降低C含量、增加P含量，造成C:N、C:P和N:P降低；稻田较林地C、N、P含量均增加，但N、P增加幅度高于C，导致C:N、C:P降低；南方比北方对农业利用的响应更强烈。区域尺度上土壤元素限制规律：四个区域旱地均呈现出的C、N限制和P富集，亚热带林地表现为P限制，暖温带地区C、N限制（图1）。图1 四个气候区土壤碳氮磷赋存规律进展二：阐明了稻田和旱地土壤有机碳的来源和稳定性规律，揭示了稻田比旱地土壤具有强有机碳积累能力的微生物学机理分析四个气候带240对相邻稻田和旱地土壤有机碳含量，发现稻田土壤有机碳积累效率比相邻旱地土壤高39%~127%，且以亚热带地区差异最大，突出了该区稻田土壤强大的固碳能力。进一步量化了两类土壤中植物残体和微生物残留物来源碳对总有机碳积累的贡献，发现长期稻作下土壤积累的有机碳以植物残体（33%~54%）大于微生物残留物（28%~36%），而旱作下以微生物残留物（40%~59%）大于植物残体（19%~42%），且稻田土壤中植物残体来源碳的数量是旱地土壤的3.3倍，即稻田土壤突出的碳固持能力归因于植物残体大量积累。基于此，构建了稻田和旱地土壤有机碳形成途径的理论模型（图2）。图2 稻田和旱地土壤有机碳形成途径机理论证：采用短期18O-H2O示踪培养试验，监测土壤“老碳”的微生物代谢过程，发现：与旱地土壤相比，稻田土壤微生物的生长速率更高、呼吸速率更低，使得其土壤微生物碳利用效率更高。尽管如此，稻田较旱地土壤微生物对碳源的摄取效率低，表明稻田土壤有机碳转化和积累过程微生物参与程度较低。基于短期13C标记培养试验，监测微生物对“新碳”的合成代谢过程，发现：稻田土壤13C标记微生物活体碳含量是相邻旱地的38%~71%，进而引起稻田13C标记微生物残体碳含量是旱地的26%~55%，尤其是真菌残留物的含量远低于旱地土壤。因此，稻田较旱地土壤拥有更高的有机碳含量是由于其更弱的微生物碳摄取强度和代谢效率（图3）。图3 稻田和旱地土壤微生物对碳源合成代谢概念图进展三：从团聚体和矿物保护、微生物代谢角度，阐释了南方和北方农田土壤有机碳保护的差异机理南方和北方气候条件、土壤属性、耕作频率差异极大，可能影响土壤有机碳积累的团聚体和矿物保护以及微生物代谢过程。采用密度和粒径分级结合同位素示踪试验，发现：团聚体保护态有机碳对稻田和旱地全土有机碳积累的贡献从北到南减少；游离矿物结合态有机碳的贡献率呈递增趋势；微生物残体碳对游离矿物结合态有机碳的贡献率从北到南增加。因此，我国东部北方农田土壤有机碳积累受团聚体保护主导，南方受矿物保护主导，且北方微生物合成代谢对有机碳积累的参与程度弱于南方（图4）。图4 南方和北方农田土壤有机碳保护机制论文链接：1 2 3 4 5 6 7 8 9

2024-09-25

广州健康院合作开发抗实体肿瘤的DNA甲基转移酶/组蛋白去乙酰化酶的双效抑制剂

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院孔祥谦研究员与山东大学药学院侯旭奔副教授团队合作，以“Development of a First-in-Class DNMT1/HDAC Inhibitor with Improved Therapeutic Potential and Potentiated Antitumor Immunity”为题在美国化学会期刊Journal of Medicinal Chemistry上发表论文，报道了一系列新型、高效的DNMT1/HDAC双效抑制剂。表观遗传修饰异常是恶性肿瘤发生、发展的关键驱动力。其中，启动子区DNA过度甲基化和组蛋白乙酰化缺失在癌症中广泛存在，是导致肿瘤转录失调和异常谱系分化的重要因素。目前，已有多种DNA甲基转移酶(DNMTs)和组蛋白去乙酰化酶(HDACs)抑制剂获批用于血液系统肿瘤治疗。然而，这些药物的代谢稳定性差，治疗窗口窄，实体瘤治疗效果不足，临床治疗亟需发现新型表观遗传药物或探索联用方案。在该研究中，团队通过融合DNMT1和HDAC抑制剂的关键药效基团，获得了一系列DNMT1/HDAC双效抑制剂。其中，化合物(R)-23a在体外和细胞中对DNMT1和Class-I HDAC表现出有效的“在靶”抑制活性，从而逆转肿瘤特异性DNA高甲基化和组蛋白低乙酰化。与DNMT1或HDAC单靶点抑制剂相比，化合物(R)-23a引起更为显著的转录组变化，包括激活多个表观遗传沉默的抑癌基因和下调关键致癌基因。在抗肿瘤活性和安全性方面，DNMT1/HDAC双效抑制剂(R)-23a可通过直接杀伤肿瘤细胞，或重编程肿瘤免疫微环境，进而诱导实体肿瘤的消退，其抗肿瘤活性和安全性优于单一靶点药物联用。该研究提供一种新型DNMT1/HDAC双效抑制剂，能够有效逆转表观遗传修饰异常，进而发挥抗实体瘤活性，为新型抗肿瘤药物的研发和基于异常谱系重塑的肿瘤治疗新策略提供药物先导化合物。广州健康院博士生郭铧慧，山东大学博士生常英杰、李雪为本文共同第一作者。侯旭奔副教授和孔祥谦研究员为该论文共同通讯作者。该研究得到山东大学方浩教授、中国科学院上海药物所罗成研究员、国科大杭州高等研究院李智海副研究员的大力帮助，还得到国家自然科学基金、山东省泰山学者项目、中国科学院和珠江人才计划等项目支持。论文链接DNMT1/HDAC双效抑制剂(R)-23a设计策略及活性数据

2024-09-25

南海海洋所研究团队揭示两类大西洋尼诺对西非和南美气候的不同影响

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）、全球海洋与气候研究中心（GOCRC）以及广东省海洋遥感重点实验室（LORS）的王春在研究员研究团队，近期揭示了大西洋尼诺中部型（CAN）和东部型（EAN）对西非与南美夏季风系统的不同影响及其作用机制。该研究成果发表在Nature子刊 npj Climate and Atmospheric Science上，第一作者为LTO研究员邢雯，通讯作者为研究员王春在，参与研究的还包括LTO研究员张磊、博士后陈柏洋及博士生刘衡。非洲西部以及南美洲地区降水受季风系统的显著调控，因此准确预测季风降水变化对于当地的农业、水资源管理和灾害预防具有重要意义。大西洋尼诺，即热带大西洋海表温度异常增暖现象，显著影响这些地区的季风降水。此前的研究通常将大西洋尼诺视为一个统一现象。然而，最近的研究将大西洋尼诺划分为中部型（CAN）和东部型（EAN）两种类型，分别对应大西洋中部和东部的海温增暖。这两种类型的大西洋尼诺对全球气候系统的影响各不相同，特别是在西非和南美的季风降水方面。研究结果显示，EAN显著增强了西非的夏季风降水，特别是在几内亚湾沿岸，EAN解释了超过40%的降水变率。这一现象主要是由于东大西洋海温变暖导致了强烈的水汽辐合（图1a-b）。相比之下，CAN则对南美的夏季降水产生了更显著的影响，表现为亚马逊盆地降水减少和巴西东部降水增加的偶极型分布。这种降水分布与中部大西洋海温升高引发的气旋性环流密切相关，环流将更多的水汽从大西洋输送至巴西东部，导致该地区降水增加，而亚马逊盆地因水汽减少，降水受到抑制（图1c-d）。基于CAN和EAN对不同地区季风降水的差异性影响，研究团队探讨了区分这两类尼诺事件是否能够提高季节降水预测的准确性。结果表明，使用EAN事件作为预测因子时，预测西非夏季降水的准确性显著优于传统的大西洋尼诺指数（图2）。同样，在预测巴西东部和亚马逊盆地降水时，使用CAN事件的预测技巧也明显提高。该研究揭示了将大西洋尼诺现象细分为不同类型有助于提高季风降水的预测准确性，并为理解和预测热带大西洋区域气候系统提供了新视角。本研究得到了国家自然科学基金重大项目、国家重点研发计划项目和中国科学院战略先导科技专项的资助。相关论文信息：Xing,W.,Wang,C.,Zhang,L.,Chen,B. & Liu,H. (2024). Influences of Central and Eastern Atlantic Niño on the West African and South American summer monsoons. npj Clim. Atmos. Sci.,7,214.原文链接：https://doi.org/10.1038/s41612-024-00762-7图1. 东部型（EAN）以及中部型（CAN）大西洋尼诺事件对应的降水及环流异常结构。（a-b）EAN指数与北半球夏季降水（a），SLP以及850hPa风场（b）的回归；（c-d）与（a-b）类似，但为CAN指数与南半球夏季降水与环流的回归。点状阴影区域以及黑色矢量箭头代表显著性超过95%信度检验图2. 利用不同大西洋尼诺指数对西非及南美夏季降水预测技巧对比。（a）利用CAN指数（CANI，黄色）、EAN指数（EANI，桔色）以及传统大西洋尼诺指数（ATL3，紫色）对非洲西部降水预测技巧对比。（b）、（c）与（a）类似，但为巴西东部（b）以及亚马逊地区（c）

2024-09-24

亚热带所环江站研究揭示明清时期人类干扰加剧喀斯特洼地侵蚀产沙

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王克林研究员团队在历史时期人类扰动对我国西南喀斯特地区土壤侵蚀的影响取得重要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王克林研究员团队在历史时期人类扰动对我国西南喀斯特地区土壤侵蚀的影响取得重要进展，相关研究成果近期以Human disturbance exacerbated erosion and deposition in the karst peak-cluster depressions during the Ming and Qing dynasties为题发表在Science China-Earth Sciences（中英文版）。大规模生态修复背景下，我国西南喀斯特地区成为近20年来全球植被覆盖“变绿”的热点区，然而，受碳酸盐岩地质背景制约，部分喀斯特地区人为破坏后自然恢复的植被正向演替缓慢，白云岩地区植被自然恢复以草丛为主，而石灰岩地区常常形成相对稳定的低矮灌丛，森林景观恢复困难，影响喀斯特地区“变绿”的可持续性。亟需了解历史时期的人类扰动事件对当前西南喀斯特地区难成林区石漠化的影响，以指导未来喀斯特地区精准还林还草。据史料记载与文献分析，人为毁林是造成石漠化的重要原因之一，但历史文献记载较为零散、且可能有一定的主观性，难以连续且定量衡量一个地区石漠化演变历史。针对这一问题，王克林团队利用人类干扰下喀斯特洼地沉积物的充填过程及沉积物赋存的历史环境信息，来剖析历史时期的流域地表过程及人类干扰成因基于洼地沉积物137Cs、210Pb和炭屑14C定年技术，量化了近五百年来洼地沉积物的沉积速率及产沙模数变化，结果表明明清时期产沙模数(2.51~13.11t ha−1 a−1)显著高于近百年(0.95~6.99t ha-1 a-1)，近百年来的前40年（1921-1963年）产沙模数高于近60年（1963-2021年）；并建立了历史时期（1500~2000 年）人口、耕地、粮食及森林面积等变化与同期毁林事件的经验联系，发现在明末清初(1628~1700年)瑶族迁徙、1573~1620年玉米引种后，广西全区的人口与耕地增加了3倍以上，而森林面积显著减少。研究表明，明清时期(1500~1800年)人类干扰是喀斯特森林破坏、洼地沉积加快的主要原因。该研究结合沉积物记录和史料记载，阐明了喀斯特地区历史人类扰动对自然环境演变的影响，对认识石漠化演变历史、理解当前植被恢复、评估和预测未来喀斯特植被恢复趋势和造林潜力有重要意义。该研究得到了国家自然科学基金项目和国家重点研发计划项目的资助。论文链接图1 喀斯特洼地人类扰动与侵蚀产沙沉积过程图2 历史时期以来广西喀斯特地区人类扰动事件及人口、粮食、耕地与森林面积变化

2024-09-23

华南植物园揭示亚热带河口红树林土壤有机碳来源

红树林是重要的滨海“蓝碳”生态系统，具有强大的碳汇功能，对全球碳循环有深远的影响。近年来，红树林湿地沉积物有机碳的来源和埋藏特征已成为国内外研究热点，但对河口红树林湿地相关研究较少，特别是沉积物有机碳来源和生物地球化学循环过程亟需开展深入研究。中国科学院华南植物园生态中心海岸带生态系统过程与环境健康研究组在珠海淇澳红树林自然保护区开展的野外实验回答了这一科学问题。该研究团队通过分析对不同潮位下土壤中总有机碳（TOC）、总氮（TN）、稳定碳氮同位素（δ13C、δ15N）值及植物来源生物标志物（木质素酚），以区分土壤有机碳的来源。C/N比值与木质素酚生物标志物的结合使用，已被证明是揭示有机碳来源的有效方法。基于C/N比与δ13C的三端元贝叶斯混合模型结果显示，近岸红树林群落土壤中，有机碳的主要来源是原位植物的贡献（占比62%），其次是陆源（27%）和海源（11%）的贡献。随着距离海岸线的增加，靠海红树林群落中土壤有机碳的来源逐渐转变为陆源（43%）和海源（35%）为主。潮位的高位和植被类型被认为是影响土壤有机碳来源的重要因素。本研究不仅深入探讨了红树林湿地中有机碳的来源及其动态变化，而且为未来蓝碳平衡的监测和湿地管理提供了重要的科学依据。研究者建议加强沿海植被的保护与管理，以确保这些生态系统能够充分发挥其作为高效碳汇的功能。上述研究成果已近期在线发表在国际土壤学专业期刊Catena（《土壤学报》）上。中国科学院华南植物园博士后覃国铭为论文的第一作者，研究组长王法明研究员为论文通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金、广东省重点研发计划、广东省基础与应用基础研究基金、“一带一路”科学组织国际合作项目、中国科学院基础研究青年团队和青年创新促进会等项目的共同资助。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.catena.2024.108401

2024-09-22

南海海洋所科研团队发现PNAS揭示海洋巨型单细胞多核钙化藻基因组异源多倍化与生物钙化机制

近日，中国科学院南海海洋研究所中国科学院热带海洋生物资源与生态重点实验室（LMB）林强研究员团队，联合厦门大学、美国康涅狄格大学、青岛华大基因等研究机构，率先获得了海洋典型钙化藻-仙掌藻和叉节藻的全基因组，揭示了仙掌藻基因组异源多倍化与不对称进化机制，阐明了钙化藻生物钙化与单细胞多核发生的遗传与分子调控机理。相关研究成果以Article形式发表于国际著名综合性期刊《PNAS》。仙掌藻是一类胞外钙化绿藻，尽管其植株能够生长至30厘米，却仅由一个管状细胞构成，是真正的“巨型单细胞”；而叉节藻则是一类次级细胞壁内钙化的红藻，主要生活在浅海的岛礁区域。已有研究表明藻类的钙化性状影响了其对岛礁环境的适应能力，如机械稳定性增强、抵御捕食者以及光合效率升高等，从而维持了较高的生长速率和生物量。尽管学术界长期以来一直关注海洋钙化藻的发生与演化规律，但是关于藻类钙化复杂性状的进化与遗传学基础及其分子调控机制问题均一直悬而未解。针对钙化藻本身具有细菌污染程度高的特征，研究团队构建了全基因组中细菌序列去除方案，从而获得了高质量的仙掌藻和叉节藻基因组。基于此，团队研究揭示了仙掌藻 “巨型单细胞”通过调节细胞质内细胞核数量、倍性以及扩张细胞骨架动力调控和相关转录因子基因家族来维持巨大体型，同时，研究发现Myo8基因的丢失则可能导致胞质不能正常分裂，进而造成单细胞多核的性状（图1）。图1. 两种钙化藻类系统演化与仙掌藻核分裂图示本研究创新性发现仙掌藻是AAAB型的异源多倍体，并成功分离了仙掌藻的4套亚基因组（图2）。基因组结构进化分析揭示了4套亚基因组的不对称进化特征，其中S1亚基因组占主导地位，不仅编码了更多参与离子运输、有机酸生物合成、碱基合成等重要生物学过程的高表达直系同源基因，还同步显著富集了编码Ca2+运输的基因，表明仙掌藻基因组多倍化与其钙化性状的耦合关系。图2. 仙掌藻异源多倍化及其亚基因组不对称进化进一步研究发现，仙掌藻多倍化与亚基因组分化与海平面降低和大气CO2升高等重要事件相吻合。海平面降低会导致藻体暴露在高光强与紫外线，海水酸化则会促进其钙质溶解，而仙掌藻通过全基因组复制增强了基因多样性以应对胁迫环境，在生态位竞争中占据了优势并快速实现种群扩张。这一推论也在珊瑚礁钻井（NK-1）的生物地层演化研究中得到了印证，礁体大型钙化藻暴发约在690-600万年前和360-150万年前，均发生在仙掌藻亚基因组分化和多倍化之后不久（图3）。图3. 仙掌藻亚基因组分化时间与气候事件的耦合特征针对仙掌藻和脆叉节藻的钙化模式存在明显差异，本研究深入揭示了仙掌藻胞外钙化和脆叉节藻次级细胞壁钙化的遗传调控特征（图4）。发现两种钙化藻在实现钙化区域的钙化离子饱和与分泌有机基底促进晶体成核发育方面有明显差异。仙掌藻中转运钙化离子的Pmca，V-ATPase和Slc4特异性扩张，脆叉节藻则显著扩张了催化碳酸盐体系离子转化的胞外CA；在有机基底方面，仙掌藻显著扩张Col1a、Fn3，而脆叉节藻显著扩张了细胞壁内多聚糖和糖蛋白合成基因家族。多组学联合解析表明，仙掌藻的钙化反应与光合作用紧密耦合，属于“生物学过程诱导”的钙化模式。图4. 仙掌藻和脆叉节藻的生物钙化模型及其遗传调控特征上述研究以“Genome of Halimeda opuntia reveals differentiation of subgenomes and molecular bases of multinucleation and calcification in algae”为题，于2024年9月20日在线发表于《PNAS》。中国科学院南海海洋研究所副研究员张浩、王信、曲朦、研究员殷建平、联合培养博士研究生于海燕与青岛华大基因助理研究员刘小川为本文的共同第一作者，中国科学院南海海洋研究所林强研究员、厦门大学王大志教授和美国康涅狄格大学林森杰教授为共同通讯作者。南海海洋所龙丽娟研究员团队，中国地质大学（武汉）孙军教授等参与该项研究。该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目联合资助。相关论文信息：Hao Zhang#,Xin Wang#,Meng Qu#,Haiyan Yu#,Jianping Yin#,Xiaochuan Liu#,Yuhong Liu,Bo Zhang,Yanhong Zhang,Zhangliang Wei,Fangfang Yang,Jingtian Wang,Chengcheng Shi,Guangyi Fan,Jun Sun,Lijuan Long,David A. Hutchins,Chris Bowler,Senjie Lin*,Dazhi Wang*,Qiang Lin*. 2024. PNAS. DOI: 10.1073/pnas.2403222121.论文链接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2403222121

2024-09-21

华南植物园揭示壳斗科锥属物种间相似基因组变异模式形成的进化机制

遗传变异的形成与维持机制是进化生物学研究的重要议题。已有研究表明不同物种间的基因组变异模式存在一定的相似性，受到多种进化力量的影响。但是不同进化机制对相似基因组变异景观形成的贡献，以及不同机制间复杂的互作模式尚不清楚。此外，已有的研究大都基于近期快速辐射产生的物种或者少量分化时间较长的物种对，缺乏在长期进化尺度上对基因组变异景观的系统性研究。该研究首先组装了一个高质量的甜槠（Castanopsis eyrei）参考基因组，继而对我国亚热带常绿阔叶林中广泛分布的12个锥属物种进行群体水平的取样，通过基因组重测序获得了5千多万个单碱基核酸变异位点（SNP）。群体基因组学分析发现这些物种的基因组变异格局高度相似，并且遗传变异水平与重组率以及基因密度高度相关，说明长期的连锁选择和保守的基因组特征共同塑造了相似的基因组变异景观。本研究进一步通过追踪多个遗传参数间相关性随着物种分化时间增加的变化趋势，证实除背景选择以外反复的选择性清除也是导致基因组相似变异模式的重要驱动力。最后，本研究通过对不同物种基因组上等位基因分布模式、遗传负荷积累程度，以及正选择信号的综合分析，揭示了种间渐渗特别是适应性渐渗对锥属物种基因组变异模式的影响。该研究揭示了多种进化力量共同驱动基因组变异格局的复杂过程与机制。相关研究成果已近期发表在进化生物学主流期刊Molecular Biology and Evolution（《分子生物学与进化》）（IF5-year = 15.1）。华南植物园已毕业博士生陈雪燕和周标峰助理研究员为该论文的共同第一作者，王宝生研究员为通讯作者。本研究主要得到广东省基础与应用基础研究旗舰项目和广东省重点实验室项目资助。论文链接：https://doi.org/10.1093/molbev/msae191图. 锥属物种基因组变异的驱动机制。（A）12个锥属物种间的系统发育关系。（B）遗传变异、重组率、基因密度、基因流等参数间的相关性。（C）遗传参数间相关性随分化时间增加的变化趋势。

2024-09-18

南海海洋所在海洋生物物种分布模型交叉验证方法研究取得新进展

近日，中国科学院南海海洋研究所林强研究员团队在海洋生物物种分布模型构建中如何选择交叉验证方法取得新的研究进展，相关成果“Cross-validation matters in species distribution models: A case study with goatfish species”于2024年9月17日在线发表在国际顶尖生态学期刊Ecography上。联合培养研究生黄红伟、研究员张志新为本文共同第一作者，研究员林强和张志新为本文共同通讯作者。在全球生物多样性持续丧失的背景下，准确评估生物多样性的空间分布模式对于制定有效的保护和管理策略至关重要。物种分布模型（SDMs）已成为评估生物多样性的一种重要工具，它通过分析物种分布数据与生态因子之间的关系来预测目标物种的适宜栖息地分布。在模型构建过程中，交叉验证是评估模型预测性能的关键步骤。交叉验证通过在不同数据集上反复训练和验证模型，帮助研究人员选择最佳模型参数。虽然随机交叉验证方法是最常见的选择，但最近一些研究者提出了空间交叉验证方法，以解决随机交叉验证忽视空间自相关性的问题。该研究通过随机交叉验证与空间交叉验证方法，以海洋近海典型鱼类—羊鱼（Actinopteri: Syngnathiformes: Mullidae）为对象进行模型的参数优化和性能评估。研究发现，两种交叉验证方法在95%的物种中得出了不同的最佳模型参数组合，并且在预测当前和未来的栖息地分布方面存在显著差异（图1）。随机交叉验证方法在预测性能上可能存在过高估计的风险，而空间交叉验证方法倾向于保守。图1 基于随机交叉验证和空间交叉验证方法的模型预测能力和变量重要性同步研究结果表明，尽管随机交叉验证和空间交叉验证方法在物种分布预测上存在差异，但两者均一致得出印度-澳大利亚群岛是羊鱼物种丰富度最高的地区，并且最易受到气候变化的影响（图2）。图2 当前气候下基于随机交叉验证和空间交叉验证方法模型预测的空间及纬度分布格局本研究首次系统性地比较了随机交叉验证与空间交叉验证方法对SDMs结果的影响，揭示了选择交叉验证方法对SDMs预测性能和结果的重要影响，为生物多样性评估研究提供了新的视角。该研究工作得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目等的联合资助。相关论文信息：Hongwei Huang,Zhixin Zhang*,Ákos Bede-Fazekas,Stefano Mammola,Jiqi Gu,Jinxin Zhou,Junmei Qu,& Qiang Lin*,2024: Cross-validation matters in species distribution models: a case study with goatfish species. Ecography. DOI: 10.1111/ecog.07354.原文链接：https://nsojournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/ecog.07354

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