科研进展--中国科学院广州分院

亚热带所承担的国家重点研发计划项目“猪禽动态营养需求与营养精准供给技术研究”顺利通过中期检查

近日，由中国科学院亚热带农业生态研究所主持的国家重点研发计划项目猪禽动态营养需求与营养精准供给技术研究顺利通过中期检查。近日，由中国科学院亚热带农业生态研究所主持的国家重点研发计划项目“猪禽动态营养需求与营养精准供给技术研究”顺利通过中期检查。项目中期检查包括检查交流会和现场检查。7月23日，“十四五”国家重点研发计划“农业生物重要性状形成与环境适应性基础研究”等3个种业重点专项交流会在北京召开。项目主持人黄瑞林研究员重点汇报了本项目的考核指标完成情况及已取得的代表性成果与成效等内容。项目自实施以来，已建立后备母猪培养新指标及关键培育参数，并构建多品系仔猪、生长育肥猪、黄羽肉鸡、白羽肉鸡、番鸭、北京鸭、京粉蛋鸡等畜禽多阶段生长曲线及养分沉积规律，并研究了不同养殖模式下猪禽能量、蛋白质与关键氨基酸的动态需求预测方程，初步建立营养精准供给技术。9月11日，项目现场检查会议在项目应用示范单位-广西扬翔集团股份有限公司召开。农业农村部中国农村技术开发中心项目专员、项目负责人黄瑞林研究员、课题负责人彭健教授、项目组骨干及广西扬翔研究院谭家健院长等十余人出席会议。项目中期检查专家组由来自河南农业大学、云南农业大学、四川农业大学和西北农林科技大学的4位领域专家组成。会议期间，专家组通过现场交流、猪场实时监控等方式重点对后备母猪营养需要量研究、妊娠母猪动态营养需求模型的构建、母猪节料增效精准饲养技术应用效果以及精准营养智能化设施设备等进行了检查，并审阅了任务书和中期执行报告。经过交流会与现场检查，专家组充分肯定了项目组在阶段性研究中的显著进展，认为项目中期完成了预定任务，达到了预期目标。国家重点研发计划项目“猪禽动态营养需求与营养精准供给技术研究”由中国科学院亚热带农业生态研究所牵头，联合高校、科研院所与企业多家单位共同承担。项目针对猪禽动态营养需求不明、种猪禽与子代营养传递级联效应不清、母猪终身繁殖性能低下及营养精准供给研究滞后等问题，研究不同遗传背景、不同生长阶段、不同养殖模式、不同养殖环境条件下的猪禽生长曲线及动态营养需求，研发营养精准供给技术，最终确定猪禽动态营养需求以及配套的营养精准供给技术体系。参会人员合影

2024-09-14

Science Advances刊登南海海洋所研究团队关于三大洋相互作用的研究成果

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）、全球海洋和气候研究中心（GOCRC）及广东省海洋遥感重点实验室（LORS）王春在研究员团队，利用一系列全球气候模式试验，证明了超级厄尔尼诺现象是热带三大洋相互作用的结果,并发现热带大西洋和印度洋的耦合效应在超级厄尔尼诺的形成和发展中起着至关重要的作用。研究成果由LTO博士后范汉杰（现任中山大学副教授）作为第一作者，王春在研究员作为通讯作者，中山大学杨崧教授等作为合作作者发表在Science子刊Science Advances上。厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）是地球系统中最显著、影响最广泛的年际气候变率。对于极端强度的超级厄尔尼诺事件的形成机制和预测，是科学界面临的重大挑战。对此，王春在研究员的先前工作（Wang and Wang 2021）利用观测数据和CMIP6模式数据提出了超级厄尔尼诺的“印度洋-大西洋助推器”机制，认为超级厄尔尼诺的发生与两大洋的跨洋盆作用密切相关，即超级厄尔尼诺是三大洋相互作用的结果。为了进一步阐明和验证印度洋和大西洋对超级厄尔尼诺事件的影响，本研究采用了一个严谨的设计框架，进行了系列“完美模式”回报试验。试验分为四组：三大洋均活跃的CTRL组，解耦印度洋的dIO组，解耦大西洋的dAtl组，以及同时解耦两大洋的dInA组。结果显示，当缺少印度洋-大西洋跨洋盆作用时（即dInA组），热带太平洋的海温增暖难以达到超级厄尔尼诺的强度（即CTRL组），这验证了印度洋-大西洋助推器机制的重要性（图1）。更为关键的是，研究区分了单一洋盆作用与耦合作用的协同效应。单独作用的效果较弱且存在较大不确定性，而耦合效应则显示出更强的增暖作用，且不确定性较低。尤其是在大西洋和印度洋共同作用时，更显著地助推了太平洋海温的增暖效应（图2）。这种差异与对流敏感性的非线性特性密切相关（图3）：当两大洋同时影响太平洋时，能够更加有效地促进太平洋暖池向东扩展，增强热带太平洋的对流响应，最终形成更强的Bjerknes反馈，促成超级厄尔尼诺事件。本研究证实了三大洋跨洋盆作用对ENSO的重要性，明确了大西洋和印度洋在助推超级厄尔尼诺中的关键作用，指出了从单一大洋研究的局限性，强调了考虑协同耦合效应以更全面准确地理解三大洋相互作用的必要性。该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国家自然科学基金青年项目等的联合资助。相关论文信息：Fan,H.,C. Wang*,S. Yang,& G. Zhang,2024: Coupling is key for the tropical Indian and Atlantic Oceans to boost Ssuper El Niño. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adp2281.原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp2281图1. 赤道太平洋变暖对解耦印度洋和大西洋的响应。(A) 在CTRL试验中，从1月(0年)到3月(1年)的赤道(5°S-5°N)海表温度(阴影，°C，点状线表示95%置信水平上的重要性)和表面纬向风(等值线，m/s，仅显示超过95%置信水平的值)的异常。(B) 在CTRL试验中，从1月(0年)到3月(1年)的月度标准化Niño3.4指数。实线显示平均值，阴影表示Bootstrap方法得到的97.5%和2.5%界限之间的置信区间。(C)，(D) 类似于(A)，(B)，但显示的是dInA的结果。在(D)中，黑色线和阴影显示dInA的平均值和置信区间，而红线是CTRL的平均值。图2. 印度洋和大西洋对超级厄尔尼诺的单独和协同助推作用。(A) 从1月(0年)到3月(1年)的月度标准化Niño3.4指数对印度洋单独作用的响应（dAtl减dInA之差）。实线显示平均值，阴影表示Bootstrap方法得到的97.5%和2.5%界限之间的置信区间。(B) 与(A)相同，但针对大西洋的单独（dIO减dInA之差）。(C) 与(A)相同，但为两大洋单独作用的离线总和（(A)加(B)）。(D) 与(A)相同，但为考虑了耦合效应的协同作用（CTRL减dIO之差）。(E) 与(A)相同，但为考虑了耦合效应的协同作用（CTRL减dAtl之差）。(F) 与(A)相同，但为两大洋同时活跃的协同作用（CTRL减dInA之差）。Niño3.4指数时间序列上、下方的示意图展示了如何计算单独和协同助推作用。图3. 大西洋和印度洋的耦合效应增强跨洋盆作用的机制示意图。以大西洋为参考视角，（A）当大西洋单独作用于超级厄尔尼诺的发展时，太平洋暖池的东扩相对较小，背景对流较弱，因此对大西洋的远程效应响应相对不敏感；（B）当印度洋的作用与大西洋耦合时，太平洋暖池的东扩较大，背景对流增强，对大西洋远程效应的敏感性增强。

2024-09-14

亚热带所在西南喀斯特土壤和表层岩溶带对植物蒸腾的影响机制取得进展

近年来，岩石水在地球关键带发挥的作用受到越来越多的关注。西南喀斯特地区受地质背景的制约，成土速度慢，土壤浅薄且不连续。另一方面，喀斯特区岩石裂隙、管道充分发育，具有区别于非喀斯特地区的表层岩溶带，在水文调蓄等方面发挥着重要作用。团队前期主要基于氢氧稳定同位素，建立根区水分与降水的关系，解析水分来源。研究发现喀斯特土石混合生境植物多吸收浅层水源，而在基岩出露生境植物依赖深层水源缓解水分胁迫（Nie et al., 2019; Ding et al., 2021; Luo et al., 2021; 2023）。但目前对不同生境土壤和表层岩溶带对植物蒸腾的作用机制尚不清楚，没有从植物水分获取和耗散连续体的角度定量分析植物对不同生境及干旱的响应。细根和气孔是植物吸水和蒸腾的重要通道，其生理特性的变化对植物获取和耗散水分具有极强的敏感性。因此，基于根系分布和叶片水势等生理特性，判断多石少土环境下土壤和表层岩溶带对植物的作用，对全球气候变化背景下植被恢复的可持续性评价和生态水文功能评估具有重要意义。近年来，岩石水在地球关键带发挥的作用受到越来越多的关注。西南喀斯特地区受地质背景的制约，成土速度慢，土壤浅薄且不连续。另一方面，喀斯特区岩石裂隙、管道充分发育，具有区别于非喀斯特地区的表层岩溶带，在水文调蓄等方面发挥着重要作用。团队前期主要基于氢氧稳定同位素，建立根区水分与降水的关系，解析水分来源。研究发现喀斯特土石混合生境植物多吸收浅层水源，而在基岩出露生境植物依赖深层水源缓解水分胁迫（Nie et al.,2019;Ding et al.,2021;Luo et al.,2021;2023）。但目前对不同生境土壤和表层岩溶带对植物蒸腾的作用机制尚不清楚，没有从植物水分获取和耗散连续体的角度定量分析植物对不同生境及干旱的响应。细根和气孔分别是植物吸水和蒸腾的重要通道，二者生理特性的变化对植物获取和耗散水分具有极强的敏感性。因此，基于根系和叶片的生理特性，判断多石少土环境下土壤和表层岩溶带对植物蒸腾的作用，对全球气候变化背景下植被恢复的可持续性评价和生态水文功能评估具有重要意义。近期，中国科学院亚热带农业生态研究所陈洪松团队在植物学期刊Plant Cell &Environment在线发表了题为Species-specific root distribution and leaf iso/anisohydric tendencies shape transpiration patterns across heterogeneous karst habitats的研究性论文，旨在通过植物生理特性揭示土壤和表层岩溶带对植物蒸腾的作用机制。该研究以喀斯特基岩出露生境（以下简称石生境）为主，以临近土石混合生境（以下简称土生境）为对照，选择两种生境中共有典型代表性植物紫弹树（Celtis biondii）和粗糠柴（Mallotus philippensis）为研究对象，其中紫弹树为石生境优势种，粗糠柴为土生境优势种。研究发现，石生境中平均土壤厚度和含水量均低于土生境，土壤储水量仅约为土生境的70%。相应地，粗糠柴在石生境的蒸腾量也约为土生境的74%。但紫弹树相反，在石生境的蒸腾量是土生境的1.15倍。进一步研究发现，根系各参数与蒸腾量呈显著正相关关系。紫弹树根系穿插岩石的能力较强，细根紧贴岩壁，在石生境更加发达，其水分获取方式并不局限于土壤中，可通过细根直接吸收表层岩溶水。同时，紫弹树叶片具有较大的水力面积，呈非等水势行为，可支撑其气孔开放，便于获取水分。正因如此，在极端干旱时（2022年），表层岩溶水降低了干旱对紫弹树的影响，在石生境的蒸腾量较正常水文年仅下降11%（土生境降低25%）；而粗糠柴在两种生境均降低30%以上。以上研究定量解析了低土壤储水环境下，喀斯特石生优势种能通过较强的根系穿插岩石能力和叶片非等水势行为，利用表层岩溶水来缓解土壤水分不足的影响。研究结果揭示了表层岩溶水对石生生境植物的重要作用，为深入理解喀斯特植物对干旱的响应机制提供了重要理论依据。在全球气候变化背景下，应当因地制宜的优化物种配置，促进植被的可持续性恢复。该研究得到了国家自然科学基金重点基金、面上项目和中国科学院青促会优秀会员的资助。论文链接2021（正常水文年）和2022（极端干旱年）年粗糠柴与紫弹树在石生境（RD）和土生境（SD）蒸腾月变化粗糠柴和紫弹树根系参数与蒸腾的相关关系粗糠柴和紫弹树在石生境（RD）和土生境（SD）水力面积

2024-09-14

广州健康院发现调控基因组稳定性的新的细胞质因子

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院王涛课题组在Cell&Bioscience期刊发表了题为YIPF2 Regulates Genome Integrity 的文章。近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院王涛课题组在Cell & Bioscience期刊发表了题为 “YIPF2 Regulates Genome Integrity” 的文章。该研究发现了参与DNA损伤修复及维持基因组稳定性的一个新的定位在细胞质中的因子YIPF2。基因组经常受到内源和外源因子的影响而发生损伤，持续DNA损伤会引起基因组不稳定性增加，激活DNA损伤反应（DDR），最终会抑制细胞周期进程。维持基因组稳定性对于防止癌症发生及过早衰老十分重要，探究维持基因组稳定性的新机制对于理解衰老及衰老相关疾病具有重要意义。研究团队应用siRNA文库进行了全基因组范围筛选，发现了一些尚未报道的维持基因组稳定性的蛋白，高尔基体结构蛋白YIPF2是其中之一。YIPF2缺失会引起DNA双链断裂和胞质中双链DNA片段增多。进一步研究发现，YIPF2促进BRCA1及Rad51等核心蛋白介导的同源重组修复（HR），减少双链断裂DSB的形成。YIPF2蛋白还调控了与DNA复制密切相关的MCM家族蛋白及范科尼贫血蛋白（Fanconi anemia）从而影响DNA的复制进程。这些结果说明YIPF2通过对这两个过程的调控促进DNA损伤修复，从而参与基因组稳定性维持。另外，在细胞中过表达YIPF2蛋白能够有效促进DNA损伤修复，延缓DNA损伤诱导的细胞衰老。该研究结果揭示了细胞质因子如何通过与细胞核的交流来调控和维持基因组的稳定性。王涛研究员为论文的通讯作者，博士研究生张晓为论文的第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金区域创新发展联合基金的资助。论文链接YIPF2通过调控HR修复与DNA复制影响基因组稳定性示意图

2024-09-13

华南植物园揭示全球尺度下不同菌根类型木本植物抗旱性的差异

丛枝菌根（AM）和外生菌根(EcM)树种具有显著不同的养分吸收和利用策略，被认为是影响这两类菌根树种全球分布的关键因素之一。同时，菌根真菌帮助宿主植物吸收水分，并提升植物抗旱性。然而，全球尺度下AM和EcM木本植物在抗旱性上是否存在差异，以及植物的抗旱策略是否影响不同菌根类型树种的分布格局尚不清楚。中国科学院华南植物园生态中心植物生理生态研究组博士后刘小容，建立了包含全球308个样地1457种木本植物（其中1139种AM和318种EcM植物）水力性状的数据库，通过对比AM和EcM植物水力性状的差异探究这两类植物在抗旱性上的差异，发现AM被子植物比EcM被子植物具有显著更低的抗旱性，特别是在湿润的地区或生物群系；然而AM裸子植物比EcM裸子植物具有显著更高的抗旱性，特别是在干旱的地区或生物群系。同时，相比于EcM木本植物，AM木本植物的水力性状具有更高的变异范围，包括种间和种内变异性，以及对环境水分条件更高的敏感性。该研究厘清了全球尺度下AM和EcM木本植物在抗旱性上的差异，以及进化历史和生物地理对AM和EcM木本植物抗旱性的影响，揭示了植物的抗旱策略也是影响不同菌根类型树种的分布格局和响应全球气候变化的重要因子。该研究将不同菌根类型树种抗旱性的差异从个体水平扩展到了全球尺度，对预测未来气候变化背景下植物生长、存活和分布具有重要意义。相关研究结果已近期在线发表于国际主流刊物New Phytologist（《新植物学家》）（IF5-year=10.2）。该研究得到了国家自然科学基金和广东省重点实验室项目的资助，论文链接： https://doi.org/10.1111/nph.20097图1. 全球尺度下不同水分条件和生物群系中丛枝菌根（AM）和外生菌根(EcM)木本植物水力性状的差异。

2024-09-11

南海所牵头实施的国家科技基础资源调查专项“中沙群岛综合科学考察”项目综合绩效评价获评“优秀”

2024月8月，由中国科学院南海海洋研究所牵头实施的科技基础资源调查专项“中沙群岛综合科学考察”项目顺利通过科技部相关部门组织的科学数据汇交和综合绩效评价，获评“优秀”。“中沙群岛综合科学考察”项目于2019年1月启动实施，项目团队汇集了南海科学考察和研究领域9 家优势单位，对中沙大环礁、黄岩岛、一统暗沙、神狐暗沙及其临近海域的珊瑚礁地形地貌、水文动力、地质结构、环境化学、生物生态、渔业资源等开展了7 个航次的系统性综合科学考察。通过考察，研究团队首次实现了对中沙群岛全海域珊瑚礁生态系统的普查，在中沙大环礁发现了23个新增暗沙，完成了中沙群岛高精度地形地貌图的绘制，并持续追踪了该海域的长棘海星生态灾害爆发过程。通过对调查数据、遥感数据与历史资料的综合整理、分析和汇编，研究团队出版了《中沙群岛综合科学考察研究报告》、《中沙群岛海洋生物多样性》、《中沙群岛造礁石珊瑚》等4部专著，发表了80余篇相关高水平学术论文，向有关部门提交专报2份；并依托中国科学院的“数字南海”数据平台实现了科考数据的开放共享。基于项目成果，研究团队还参与了对外发布的《黄岩岛海域生态环境状况调查评估报告》的编制工作，为国家维护中沙群岛国土权益与生态安全提供了最直接的科学数据支撑。中国科学院南海海洋研究所长期以来，坚持“立足岛礁、深耕南海、跨越深蓝”使命定位，不断深化对南海的科学考察、研究与认知，科技支撑南海的权益维护、资源开发与生态环境保护工作，努力发挥着国家海洋战略科技力量的应有作用。《中沙群岛综合科学考察研究报告》等科考专著

2024-09-09

深圳先进院王成团队等联合揭示海马编码时空信息机制（Neuron）

海马体作为情景记忆的关键脑区，海马体能够编码空间和时间信息，对于情景记忆至关重要。然而，空间和时间表征在海马记忆系统中的相互作用机制仍然不明确。海马体作为情景记忆的关键脑区，海马体能够编码空间和时间信息，对于情景记忆至关重要。然而，空间和时间表征在海马记忆系统中的相互作用机制仍然不明确。9月5日，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所王成研究员团队和南方科技大学生命科学学院陈小菁助理教授团队，联合在Neuron杂志发表题为“Integration and competition between space and time in the hippocampus”的研究论文，首次报道了：1)海马神经元在多个一维导航任务中能同时编码空间和时间信息；2）空间编码与时间编码之间存在负相关性。该研究揭示了单个海马神经元对空间-时间编码的竞争-整合机制，为理解以时空信息为背景的情景记忆表征提供了重要的神经基础。文章上线截图早期研究发现，海马体中存在位置细胞和时间细胞，可以表征生物体在环境中的位置和特定时间段内的某个时刻。当使用不同的时间间隔时，时间细胞可能出现保持不变、重新计时，或按比例重新调整的情况，从而实现对时间体验的灵活表征。位置细胞和时间细胞构成了情景记忆中空间和时间背景信号的可能神经基础。然而，海马神经元在时空连续体中表征空间和时间的程度以及时空表征如何相互作用仍然是未解之谜。大多数传统研究在不同任务阶段分别考察空间或时间的表征。但是心理物理学研究表明，空间和时间的感知之间存在相互影响（如，距离判断往往随刺激的时间间隔增加而增加；同样，时间判断也随刺激的空间间隔增加而增加），这引发了关于海马表征中是否存在类似交互作用的问题。王成研究员和陈小菁助理教授长期从事海马相关脑区的空间和时间信息处理的神经机制的研究。团队的前期工作报道了外侧内嗅皮层和内侧内嗅皮层分别基于自我中心和世界中心参考系编码空间信息（Science 2018），压后皮层对多场景多物体空间感知的自我中心编码及微环路整合机制（Neuron 2024），以及外侧内嗅皮层的多尺度时间编码与任务经验的关系（Nature 2018）。为了进一步研究空间信息与时间信息编码的相互作用机制，团队设计了多种虚拟现实导航任务及现实世界任务，使用在体单光子显微镜技术，记录和研究了不同运动速度下海马CA1脑区神经元的时空表征。研究示意图研究发现，不论是纯粹的空间导航任务（固定距离长度的运动，没有明确的时间信息线索）还是纯粹的时间感知任务（固定时间周期的运动，没有空间视觉输入线索），海马CA1的许多神经元存在空间-时间信息的共同表征，即在同一个任务里可以同时表现为位置细胞（编码跑道中的具体位置）和时间细胞（编码从起始位置开始的已逝运动时间）。此外，时间表征能够捕捉行为任务中时间结构的相似性，可能有助于迁移学习。这些结果提供了位置细胞和时间细胞的统一处理，并与基于海马体时空框架组织情景记忆的理论相一致。研究还发现，海马的空间编码与时间编码之间存在竞争关系。例如对于某些位置细胞，偏好空间位置与已逝时间呈负相关关系，即在更短的时间周期下位置场会往后发生位移。同样，对于某些时间细胞，偏好时间与行进距离之间也存在负相关关系。这种竞争性的负相关性可以显著增强另一个维度的信息量。这些结果表明，空间和时间编码存在竞争-整合机制，符合不同脑区中认知变量的多重编码，可能作为时空轨迹或背景更好地服务于情景记忆。南方科技大学生命科学学院博士生陈士杰和中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所助理研究员程宁为论文共同第一作者，王成研究员和陈小菁助理教授为论文共同通讯作者。该研究是在国家自然科学基金面上项目、科技部脑计划重大专项、广东省自然科学基金项目、深圳市抑郁障碍精准诊疗重点实验室等资助下完成。

2024-09-09

深圳先进院| 基于再生代谢微环境的适配MAM材料设计和研发转化（Trends in Biotechnology ）

创伤、感染、肿瘤等造成的大面积骨缺损严重危害人类健康和生活质量。在临床治疗中，基于原位成骨的理念，发展高成骨活性骨修复支架基质材料是临床治疗大面积骨缺损的有效方案。从能量供应和物质合成转化角度，研发能够驱动骨再生合成代谢进而加速成骨作用的创新生物材料，是骨组织工程与再生的新兴方向之一。创伤、感染、肿瘤等造成的大面积骨缺损严重危害人类健康和生活质量。在临床治疗中，基于原位成骨的理念，发展高成骨活性骨修复支架基质材料是临床治疗大面积骨缺损的有效方案。从能量供应和物质合成转化角度，研发能够驱动骨再生合成代谢进而加速成骨作用的创新生物材料，是骨组织工程与再生的新兴方向之一。9月5日，深圳理工大学张鹏教授团队联合清华大学陈国强教授团队，以及北京大学口腔医院张旭助理教授团队在Cell Press出版社旗下期刊Trends in Biotechnology上在线发表题为“Metabolically activated energetic materials mediate cellular anabolism for bone regeneration”的研究成果。文章上线截图该研究通过多组学测序，同位素示踪以及多种动物模型解析了生物共聚酯P(3HB-co-4HB)促进骨再生的作用机理，发现P(3HB-co-4HB)植入体内后通过降解产生三羟基丁酸（3HB）作为内源性生物能量原料来源，增强细胞合成代谢，提高ATP的产生，促进人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)向成骨细胞分化和EA.hy926细胞类毛细血管网络形成。此外，3HB通过TCA循环代谢成柠檬酸盐，从而促进hBMSCs成骨分化过程中含柠檬酸盐的磷灰石合成，并最终以柠檬酸盐的形式参与了新生骨天然成分的形成。基于以上的研究成果，团队提出了“代谢激活能量材料（MAM）”的学术理论。该理论有助于基于再生代谢微环境的适配MAM材料设计和研发转化，可为再生医学的发展提供新的思路。研究示意图张鹏教授为该论文的第一通讯作者，中国科学院深圳先进技术研究院助理研究员李健博士，以及陈国强教授、张旭助理教授为该论文的共同通讯作者，中国科学院深圳先进技术研究院为该论文的第一完成单位。香港中文大学秦岭教授对论文修改给出了建设性意见。基于该研究的产业转化，张鹏课题组也积极和产业对接，该项目先后获得深圳市创新南山2021“创业之星”创新大赛三等奖、第二届“率先杯”未来技术创新大赛优胜奖等奖项，体现了新型代谢激活能量材料的良好转化价值和临床应用前景。本研究工作得到国家自然科学基金委重大研究计划培育项目、广东省重点项目、深圳市科技局国际合作等项目的支持。

2024-09-09

亚热带生态所在西南喀斯特区植被生长的降水敏感性阈值识别取得新进展

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我国西南喀斯特地区植被生长对降水的敏感性差异取得重要进展，明确了不同地质背景下植被生长的降水敏感性阈值，相关研究成果近期以Precipitation sensitivity of vegetation growth in southern China depends on geological settings为题发表在国际水文学领域知名期刊Journal of Hydrology上。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我国西南喀斯特地区植被生长对降水的敏感性差异取得重要进展，明确了不同地质背景下植被生长的降水敏感性阈值，相关研究成果近期以Precipitation sensitivity of vegetation growth in southern China depends on geological settings为题发表在国际水文学领域知名期刊Journal of Hydrology上。中国西南地区拥有全球最广泛的喀斯特地貌，其生态系统因独特的地质条件而对气候变化表现出高度敏感性。王克林研究员团队的前期工作显示，大规模生态工程已使该地区在过去20年里显著“变绿”。然而，全球变化背景下近年来该地区极端干旱事件频发，加剧了植被恢复生长的不确定性和风险。因此，科学区分不同地质背景下植被对气象干旱的敏感性，确定植被敏感的降水阈值，对支撑西南地区“变绿”的可持续性至关重要。针对上述问题，王克林团队王璐特别研究助理选取了叶面积指数（LAI）和核归一化植被指数（kernel NDVI）作为植被生长指标，探讨了西南八省中喀斯特地区与非喀斯特地区植被生长对降水的区域响应差异。研究发现，喀斯特地区的植被生长对降水量及其季节性变化更为敏感，而非喀斯特地区植被生长更多受到温度的控制。通过控制温度效应，研究团队确立了平均年降水量（MAP）阈值为1337至1438毫米，用以识别降水敏感区域。在喀斯特地区，此阈值稍高，显示出该区域植被对持续干旱的脆弱性更加明显（图1）。过去20年的数据显示，降水低于阈值的喀斯特区域的比例远高于非喀斯特地区，特别是在如2011年这样的极端干旱年份，喀斯特地区几乎全面低于该阈值，显示出对降水变化的极端敏感性，凸显了全球变化背景下喀斯特地区面临的干旱风险更为严峻（图2）。上述发现强调了在制定气候变化适应策略和森林管理措施时，需考虑地质背景的重要性。特别是在喀斯特地区，在实现初步“变绿”基础上，采取提升生态恢复持续性和稳定性的适应性管理措施至关重要，以缓解降水变化带来的影响，巩固和提升喀斯特生态脆弱区的绿化成果。该研究得到国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目及湖南省科技创新领军人才项目(2023RC1075)等资助。论文链接图1. 不同地质背景下植被生长降水敏感性阈值图2. 年降水量低于阈值的喀斯特区域/非喀斯特区的比例

2024-09-08

南海所在珊瑚共生微生物与噬菌体相互作用研究取得新进展

全球变暖导致海水温度的升高对全世界的珊瑚礁构成重大威胁。海水升温致使珊瑚共生微生物群落结构和功能改变，珊瑚条件致病菌趁机爆发，引发珊瑚疾病。珊瑚益生菌可以有效增强珊瑚对热胁迫的耐受性，从而延缓珊瑚热白化进程。中国科学院南海海洋研究所王晓雪团队围绕造礁珊瑚丛生盔形珊瑚的益生菌和条件致病菌深入研究，取得了一系列新的研究进展：1. 在珊瑚益生菌盐单胞菌（Hm43005）中鉴定到一种新型温和噬菌体Phm3，并详细解析了温和噬菌体Phm3复制、裂解和释放过程的新机制。这一类噬菌体的诱导激活遵循“复制-包装-切离”（Replication-package-excision,RPE）的途径，这种切离前的复制途径赋予了噬菌体扩增并包装宿主侧翼基因进行侧向转导的能力，并且这种侧向转导的效率显著高于普遍性转导。此外，四个裂解基因组成的裂解模块调控该类噬菌体的裂解，Phm3噬菌体裂解宿主的同时会诱导细胞产生外膜囊泡OMV，形成独特的具有侧向转导能力的噬菌体“搭载”OMV的复合形式（图1）。这类温和噬菌体在海洋生态系统中分布非常广泛，其介导的侧向转导可以在珊瑚礁生态系统和海洋生态系统中发挥重要的生态作用（图1）。相关研究成果以“Active prophages in coral-associated Halomonas capable of lateral transduction”为题，于2024年5月13日在线发表于《The ISME Journal》。中国科学院南海海洋研究所博士刘自尧为论文第一作者，研究员王晓雪和副研究员汤开浩为论文的共同通讯作者。图1. 嗜盐单胞菌噬菌体的侧向转导功能及其搭载OMV影响珊瑚共生菌群的组成2. 在珊瑚益生菌盐单胞菌（Hm43005）中发现新型噬菌体防御系统。在噬菌体与珊瑚共生细菌的军备竞赛过程中，细菌演化出高度多样的噬菌体防御系统以应对噬菌体侵染压力。Hm43005具有广谱的抗噬菌体能力，本研究从Hm43005中鉴定到一种新型噬菌体防御系统-Hma。该系统由单基因hma构成，hma编码融合Swi2/Snf2解旋酶的核酸酶HmaA，该核酸酶可以通过流产感染的方式发挥抗噬菌体的能力。突变分析显示HmaA核酸酶结构域（属于PDD/EXK超家族）的缺刻酶活性在噬菌体防御中至关重要。此外，HmaA同源物广泛分布于珊瑚共生细菌的基因组上，表明这种防御系统可被应用于设计具有高噬菌体抗性的珊瑚益生菌制剂（图2）。相关研究成果以“A nuclease domain fused to the Snf2 helicase confers antiphage defence in coral-associated Halomonas meridiana”为题，2024年7月9日在线发表在生物学期刊《Microbial Biotechnology》。中国科学院南海海洋研究所博士刘天朗为论文的第一作者，研究员王晓雪为论文通讯作者。图2. 嗜盐单胞菌（Hm43005）中新型抗噬菌体基因Hma3. 受国际知名生物领域学术期刊《PLoS Biology》邀请，结合近年来课题组对珊瑚条件病原菌的研究进展和同期发表的Mass等对珊瑚病原菌T6SS系统的工作，发表了评述文章。文章对温度依赖的珊瑚条件病原菌在温度升高的条件下，突破珊瑚宿主和共生细菌的免疫屏障的机制进行了总结和展望。Mass等人发现当海水温度升高时，溶珊瑚弧菌可激活两套自身编码的六型分泌系统，其中T6SS1携带靶向原核生物的效应蛋白，可用于杀死栖息在同一生态位的其他共生菌；而另外一套则携带靶向真核生物的效应蛋白，可用于抵抗珊瑚宿主的免疫系统（图3）。该评论文章题为“High temperatures increase the virulence of Vibrio bacteria towards their coral host and competing bacteria via type VI secretion systems”，9月5日在《PLoS Biology》期刊正式发表。中国科学院南海海洋研究所博士后王伟权为论文的第一作者，研究员王晓雪为论文通讯作者。图3. 海水温度升高激活溶珊瑚弧菌编码的两套T6SS系统以上研究对珊瑚致病菌的致病机理，以及开发珊瑚益生菌制剂提供了科学依据。研究同时也为维护珊瑚礁生态系统的健康提供了新的科学视角，具有重要的科学价值和生态意义。工作得到国家自然科学基金委基础科学中心项目、国家自然科学基金、国家科技部科技基础资源调查专项、博新计划等项目的资助。

2024-09-06