科研进展--中国科学院广州分院

土壤有机氮（SON）转化是全球养分循环和生态系统生产力的关键环节，但不同土地利用类型下SON转化对气候变化的响应差异尚不清楚。SON转化包括总蛋白解聚（GPD）、微生物氮生长（Ngrowth）、总氮矿化（GNM）和微生物氮利用效率（NUE）等相互关联的过程。土壤有机氮（SON）转化是全球养分循环和生态系统生产力的关键环节，但不同土地利用类型下SON转化对气候变化的响应差异尚不清楚。SON转化包括总蛋白解聚（GPD）、微生物氮生长（Ngrowth）、总氮矿化（GNM）和微生物氮利用效率（NUE）等相互关联的过程。气候变化（升温、降水改变）可能通过影响酶动力学、微生物代谢和底物扩散来改变这些过程，但其方向和幅度受生态系统类型、土壤性质和养分状况的调控。然而，目前缺乏在不同气候梯度下系统比较自然森林与集约农田SON转化过程的研究，难以预测土地利用如何调控氮循环对气候变化的响应。近日，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李德军团队在该领域取得重要进展：本研究首次揭示土地利用类型是调控土壤有机氮转化气候响应性的主导因素，发现自然森林因受矿物-酶相互作用和磷限制调控而对暖湿化高度敏感且氮流失风险加剧，而集约农田因施肥和耕作缓冲了气候影响但导致氮循环过程脱钩，为土地类型特异性的氮管理策略和全球变化模型提供了关键机制认识。研究沿中国西南亚热带气候梯度选取30对森林-农田配对样地，测定土壤理化性质、SON转化速率（15N与18O同位素示踪法）、功能基因丰度及酶活性，利用线性混合模型、层次分割和结构方程模型分析驱动因素。结果显示：土地利用类型是调控土壤有机氮转化对气候变化响应的主导因素。森林生态系统中，蛋白质分解、微生物氮生长和总氮矿化速率均随温度升高和降水增加而显著上升，但微生物氮利用效率却随之下降，表明温暖湿润条件下森林氮循环加速但氮流失风险增高；森林中各过程紧密耦合，驱动核心是磷相对碳的有效性（DOC:AVP比）和蛋白酶活性，而非功能基因丰度。相比之下，农田由于长期施肥和耕作等人为管理，显著缓冲了气候影响，各转化过程与气候相关性弱且过程间解耦，转而由功能基因（如npr、ureC）和钙镁-铁铝氧化物比值主导。因此，未来气候变暖和降水变化下，森林土壤面临更大的氮损失威胁，需关注磷限制管理；而农田虽具缓冲能力，仍需优化养分管理以维持氮利用效率。该成果以Land use overrides climatic controls on soil organic nitrogen transformations: Contrasting responsiveness between forest and cropland ecosystems为题发表于期刊Functional Ecology。杨馨逸副研究员为论文第一作者，段鹏鹏副研究员、何寻阳研究员、李德军研究员为论文共同通讯作者，其它合作作者还包括利兹大学Andrew T. Nottingham博士、维也纳大学Wolfgang Wanek教授、隆德大学Lettice C. Hicks博士、法国萨克雷大学Luiz A. Domeignoz-Horta博士、中国科学院亚热带农业生态研究所胡培雷副研究员、肖孔操副研究员和王克林研究员。本研究得到国家自然科学基金、广西自然科学基金、国家重点研发计划和广西八桂青年学者的资助。多种因素与土壤有机氮转化过程联系起来的机制途径

2026-06-04

Nucleic Acids Research｜深圳先进院研发 bioGraph AI模型解析癌症跨组学调控机制发现潜在治疗靶

近日，中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所、医学成像科学与技术系统全国重点实验室研究团队在Nucleic Acids Research 期刊发表最新研究论文 “Discovering proteo-transcriptomic networks via biologically informed heterogeneous graph learning”。该研究提出了一种名为 bioGraph 的生物学先验异质图学习方法，用于从转录组、蛋白组和磷酸化蛋白组数据中系统发现癌症相关的蛋白-转录组调控网络，为解析癌症跨组学调控机制和发现潜在治疗靶点提供了新的计算工具。深圳先进院生物医学与健康工程研究所李志成研究员、梁栋研究员和郑州大学第一附属医院张振宇主任医师为共同通讯作者。深圳先进院生物医学与健康工程研究所段静娴研究员为本文第一作者，首都医科大学附属北京天坛医院刘亚欧主任和郑州大学第一附属医院裴东岭医生为共同第一作者。该研究获得国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的支持。癌症发生发展，并不是因为某一个基因“变了”这么简单，而是 RNA、蛋白质和蛋白修饰之间层层传递、相互影响的系统性失衡。然而，当前癌症多组学研究仍面临一个关键瓶颈：我们已经能够分别测量转录组、蛋白组和磷酸化蛋白组，却很难真正看清这些分子层级之间如何连接、异常信号如何跨层级传递、又如何共同影响肿瘤恶性进展和患者预后。怎样打通转录组、蛋白组和磷酸化蛋白组之间的信息传递断层，成为精准肿瘤学研究亟待解决的重要问题。近日，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）生物医学与健康工程研究所、医学成像科学与技术系统全国重点实验室研究团队在Nucleic Acids Research 期刊发表最新研究论文 “Discovering proteo-transcriptomic networks via biologically informed heterogeneous graph learning”。该研究提出了一种名为 bioGraph 的生物学先验异质图学习方法，用于从转录组、蛋白组和磷酸化蛋白组数据中系统发现癌症相关的蛋白-转录组调控网络，为解析癌症跨组学调控机制和发现潜在治疗靶点提供了新的计算工具。深圳先进院生物医学与健康工程研究所李志成研究员、梁栋研究员和郑州大学第一附属医院张振宇主任医师为共同通讯作者。深圳先进院生物医学与健康工程研究所段静娴研究员为本文第一作者，首都医科大学附属北京天坛医院刘亚欧主任和郑州大学第一附属医院裴东岭医生为共同第一作者。该研究获得国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的支持。与传统多组学整合方法不同，bioGraph 并不是简单地把不同组学数据拼接在一起，而是将癌症分子系统重新组织成一个更接近真实生物学过程的三层网络（图2）。在这个网络中，mRNA、蛋白质和磷酸化蛋白分别位于三个不同层级；同一层内部的连线表示该组学层面内的分子相互作用；不同层之间的连线则表示 RNA 到蛋白、蛋白到磷酸化修饰之间的跨组学连接。通过这种设计，bioGraph 可以模拟遗传信息从转录、翻译到翻译后修饰的层级传递过程，从而捕捉传统方法难以解析的跨组学调控关系。为了避免 AI 模型在高维、小样本的多组学数据中盲目学习，研究团队进一步将已有生物学知识引入模型构建过程。bioGraph 利用 KEGG 通路数据库定义具有明确生物功能的基因节点，并结合 STRING 蛋白互作数据库构建组学内部的分子连接；同时，将同一基因对应的 RNA、蛋白和磷酸化位点连接起来，形成跨组学信息传递通道。也就是说，bioGraph 不是让模型在海量变量中无规则搜索，而是给 AI 提供了一张“生物学地图”，让模型沿着已有生物学规律去发现新的癌症调控网络。研究团队在四类癌症数据集中系统验证了 bioGraph 的性能，包括胶质母细胞瘤、儿童低级别胶质瘤、结肠腺癌和胰腺导管腺癌（图3）。结果显示，在患者预后预测任务中，bioGraph 在四类癌症中均取得最高的平均交叉验证 C-index，整体优于单一转录组、蛋白组或磷酸化蛋白组模型，也优于多个代表性多组学或图学习模型。进一步分析发现，bioGraph 生成的风险评分能够将患者划分为高风险和低风险人群，且两组患者在训练集和验证集中均表现出显著生存差异，提示该模型具有较好的预后分层能力。bioGraph 的价值并不止于预测更准。在癌症研究中，预测模型如果只能给出一个风险分数，却不能解释风险来自哪里，往往难以转化为新的机制认识或治疗策略。bioGraph 的优势在于，它能够把风险预测进一步追溯到具体的跨组学网络、关键通路和枢纽基因，使 AI 模型从单纯的预后工具转变为机制发现工具。通过跨组学网络分析，研究团队识别出多个具有潜在跨癌种意义的调控枢纽基因。其中，MAP4 成为后续重点验证的候选分子。值得注意的是，MAP4 并不是传统差异表达分析优先发现的基因，在较小发现队列中也未表现出显著预后相关性；但 bioGraph 通过跨组学相互作用结构发现了其潜在重要性。这说明，该方法有可能发现那些“表达变化不突出、但网络作用很关键”的隐藏调控因子。随后，研究团队进一步在外部数据中验证了 MAP4 的临床相关性。在细胞实验中，研究人员通过慢病毒感染在 T98G 和 U251 胶质母细胞瘤细胞系中沉默 MAP4，发现 MAP4 下调后，肿瘤细胞的自我更新、迁移和增殖能力明显减弱，细胞凋亡增加，提示 MAP4 可能是促进胶质瘤恶性行为的重要因子（图4）。总体来看，该研究提出的 bioGraph 为癌症多组学研究提供了一种新的思路：不是把多组学数据简单相加，而是按照生物学规律把它们连接起来；不是只寻找表达差异最大的分子，而是寻找跨组学网络中真正具有调控意义的关键节点；不是只追求预测准确率，而是进一步把模型预测转化为可解释的生物学网络和潜在治疗靶点。图1：文章上线截图图2：bioGraph的三层网络设计示意图图3：bioGraph在四类癌症数据集中的预后预测效果图4:细胞实验证实MAP4对胶质瘤恶性行为的影响作用

2026-06-01

深圳先进院成果入选《面向金砖国家的先进适用技术推荐项目清单》

5月27日至28日，以“共筑智能制造生态加速新工业革命进程”为主题的2026金砖国家新工业革命伙伴关系论坛在福建省厦门市举办。中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）数字所云计算研究中心主任叶可江研究员受邀参加工业智能产业科技创新分论坛，同时其牵头完成的“面向OT和IT融合的端边云互联集成技术及系统”成果成功入选《面向金砖国家的先进适用技术推荐项目清单》。据悉，此次入选的32项技术成果仅有2项由高校和科研院所完成，其中一项来自于深圳先进院。5月27日至28日，以“共筑智能制造生态加速新工业革命进程”为主题的2026金砖国家新工业革命伙伴关系论坛在福建省厦门市举办。中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）数字所云计算研究中心主任叶可江研究员受邀参加工业智能产业科技创新分论坛，同时其牵头完成的“面向OT和IT融合的端边云互联集成技术及系统”成果成功入选《面向金砖国家的先进适用技术推荐项目清单》。据悉，此次入选的32项技术成果仅有2项由高校和科研院所完成，其中一项来自于深圳先进院。“面向OT和IT融合的端边云互联集成技术及系统”成果通过构建标准化的端-边-云协同架构，突破了异构设备统一接入、跨层确定性通信和跨域资源动态调度等关键技术，打通了OT和IT的数据壁垒，实现了从设备感知、边缘实时控制到云端智能决策的全链路融合。OT与IT融合是工业数字化和智能化转型的关键一环，其重要意义在于打破“物理控制域”与“数字管理域”的壁垒，进而构建数据驱动的现代智能制造闭环。此前国际上针对该问题一直没有很好的解决方案，深圳先进院从2011年起，在国家重点研发计划“工业软件”重点专项青年科学家项目“面向OT与IT融合的端边云互联集成理论与方法研究”的支持下，经过多年研发，从数据和模型驱动的端边云互联集成架构、跨域通信映射模型及语义集成方法、端边云资源调度及协同控制技术等方面实现了突破，研制了端边云OT和IT融合集成测试验证系统，并在食药保健和精细化工两个行业的多家龙头企业开展了应用验证，取得了显著的成效。该技术成果有望成为金砖国家制造业数字化和智能化转型的"使能器"，其低成本、高兼容、易部署的特点，适合金砖国家制造业发展不均衡、异构设备存量大、智能化需求迫切的现状。通过打破OT与IT壁垒，不仅能提升单一国家的制造竞争力，更能促进金砖国家间产业链、供应链的数字化协同，为构建金砖国家制造业共同体提供坚实的技术底座。本次论坛由工业和信息化部、福建省人民政府共同主办，金砖国家新工业革命伙伴关系创新基地、厦门市人民政府、福建省工业和信息化厅、工业和信息化部国际经济技术合作中心共同承办。论坛旨在加强各国在智能制造领域政策交流和产业对接，更好发挥金砖“大富矿”“大市场”“大工厂”优势，构建互利共赢的产业生态。来自27个国家的政府主管部门、驻华使领馆、知名企业、行业协会、智库、金融机构代表及联合国工业发展组织、新开发银行、阿拉伯国家联盟等国际组织代表参会。本次由工业和信息化部高新技术司组织的面向金砖国家的先进适用技术和解决方案征集，共收到15个省市推荐的110项先进技术和产业化项目，涵盖工业智能、智能制造、智慧交通、绿色能源、新能源汽车等重点领域。按照“技术先进、适宜好用、绿色低碳、金砖国家有获得感”的原则，工业和信息化部产业发展促进中心组织专家择优选择32项先进适用技术和解决方案，编制《面向金砖国家的先进适用技术和解决方案》进行推介。叶可江研究员参加论坛照片入选成果介绍

2026-06-03

Sci Transl Med封面文章 | 深圳先进院报道化药协同指挥核酸药的“小王子”系统：双重开关实现CRISPR体内原位“主动可控”

5月27日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所王宇团队在多年持续钻研的基础上，联合复旦大学附属眼耳鼻喉科专科医院洪佳旭团队，在Science Translational Medicine以封面论文的形式报道了进一步升级的小分子可控CRISPR系统，在推动CRISPR核酸药物向更严谨、精准、主动可控的方向发展迈出了关键一步(4)。时间控制对于CRISPR核酸药物的安全成药具有核心意义：CRISPR在体内持续活跃时间过长，可能增加非预期基因组改变的风险（如脱靶编辑与染色体重排）；而DNA编辑一旦完成，通常稳定存在，无需CRISPR持续活跃。当前多个进入临床试验后期的CRISPR技术（如首个获批药物Casgevy）在时间控制上主要依赖RNA或蛋白组分的自然降解这一“被动方式”。然而，自然降解并不等同于主动控制。主动控制意味着可通过外部信号决定编辑的启动与终止，从而有望进一步提升精准度与安全性，并拓展CRISPR技术的应用范围。实现主动控制面临显著挑战。CRISPR核酸酶起源于微生物防御系统，具有高效催化活性；但治疗性基因编辑要求其仅在特定细胞、特定基因组位点、特定时间窗口内发挥作用。在多种外部触发方式中，合成且正交的小分子药物提供了一种较为可行的解决办法。“正交”指编辑系统仅受外源性小分子药物调控，而不受体内内源或者环境外源因素干扰。小分子药物具有组织分布广泛、可跨越血脑屏障、调控动态可逆等优势，因此非常适于作为体内基因编辑的外源开关。王宇团队早在2018年曾报道初代药控系统HIT（Hybrid Inducible Technologies）系列。该系统为首个采用蛋白核定位调控策略控制CRISPR的技术之一，利用化学药物控制核酸酶能否进入细胞核，从而调控CRISPR是否能够接触位于细胞核内的基因组靶点，实现药物调控（Nucleic Acids Res., 2018; Mol.Ther. Nucleic Acids, 2018）(2, 3)。然而，HIT系统主要在细胞层面进行短时间测试，距离更高要求的体内验证尤其是治疗性应用，仍存在明显差距。5月27日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所王宇团队在多年持续钻研的基础上，联合复旦大学附属眼耳鼻喉科专科医院洪佳旭团队，在Science Translational Medicine以封面论文的形式报道了进一步升级的小分子可控CRISPR系统，在推动CRISPR核酸药物向更严谨、精准、主动可控的方向发展迈出了关键一步(4)。研究人员开发了两类系统，分别命名为PRINCE和Little Prince。PRINCE的全称是nuclease proteins and guide RNAs both inducible for programmable nucleases under control effectively，其含义为“核酸酶蛋白和向导RNA均可被诱导，从而有效控制可编程核酸酶”。该名称直接体现了系统的核心设计：并非仅控制单一组分，而是协同控制核酸酶蛋白与向导RNA。Little Prince则是面向体内递送的紧凑版本；作者作为《小王子》的爱好者，借此迷你系统的命名向这一跨越时空的经典作品致敬，并期望通过对编辑系统时间维度的更优掌控，为患者（尤其是儿童罕见病患者）提供更加精准、安全的基因治疗选择(5)。在这项工作之前，包括HIT在内的诱导型CRISPR系统通常仅控制编辑蛋白，或仅控制向导RNA。王宇团队发现，单独控制其中一个组分尚不足以实现严格调控，尤其在编辑系统长期稳定表达时，容易产生背景活性。因此，PRINCE和Little Prince首次采用“双层协同控制”：第一层控制核酸酶蛋白，通过小分子响应的调控模块，例如核定位调控或蛋白稳定性调控，调节核酸酶的功能状态；第二层控制向导RNA，例如通过多西环素响应系统调节向导RNA的产生。此类协同调控有助于在编辑效率与调控严密性之间取得平衡：既保持有效的靶向编辑活性，又尽量降低无诱导剂条件下的背景编辑与脱靶风险。在人源细胞中，PRINCE构件稳定整合到基因组后，即使经过长期培养，系统仍能保持严格控制，无诱导剂条件下，细胞仅显示出极低的背景活性；同时，在连续两年的培养过程中，仅需短暂暴露于药物诱导剂24小时，即可有效激活编辑。全基因组分析进一步显示，与持续表达型CRISPR系统相比，PRINCE产生的脱靶位点显著减少。基于这一设计原则，研究团队将其扩展至先导编辑，通过协同调控系统中的切口酶与向导RNA，实现了先导编辑的严格主动控制。为使系统更适于体内递送，研究团队进一步创建了Little Prince。这一基于小型核酸酶构建的紧凑版本，可以装入单个腺相关病毒载体（AAV）中。在高胆固醇血症人源化小鼠模型中，研究人员使用AAV8递送Little Prince，并在肝脏中靶向人源PCSK9。药物诱导后，系统在体内原位产生了强效编辑；而未接受药物诱导的小鼠，其背景编辑水平与阴性对照（包括无编辑器对照）相当。功能检测结果显示，血清总胆固醇与低密度脂蛋白胆固醇大约下降了一半。在复旦大学洪佳旭团队的合作支持下，研究人员还在人源化新生血管性年龄相关性黄斑变性小鼠模型中测试了Little Prince。该系统靶向视网膜中的人源VEGFA。药物诱导显著降低了病理性血管渗漏与病灶面积，且视网膜电图检测显示视网膜功能得到改善。总体而言，在细胞和动物实验中，与持续表达型编辑器相比，Little Prince显示出更少的脱靶位点及更低的脱靶编辑频率。上述结果支持一个重要结论：严谨的主动时间控制可以在保留具有治疗意义的靶向编辑活性的同时，提高治疗性基因编辑的精确性与基因组安全性，有望优化编辑技术成药的有效性/安全性平衡。在此基础上，研究团队进一步评估了该策略的长期安全性，并拓展至碱基编辑、先导编辑等更多编辑器以及疾病谱。在有效性与安全性得到充分验证后，该策略将推进至临床转化（未发表结果）。该论文在审稿过程中得到了审稿人与期刊编辑的高度评价。在随论文一同发表的总结中，编辑指出，控制基因编辑的持续时长有望提升安全性，然而精准的时间控制是一大挑战，该工作成功解决了这一问题，并显示出临床转化潜力。这项研究也体现了重要的领域交叉理念：将小分子药物这一“传统”药物形式与CRISPR这一“现代”基因治疗药物形式相结合。小分子药物虽然历史悠久，但其组织分布、给药调控和可逆性等经典优势，恰好可为基因编辑技术提供所需的时间控制能力。没有过时的领域，只有不可替代的经典优势与价值。中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所助理研究员张菊、深圳大学博士后陈丽、复旦大学附属眼耳鼻喉专科医院朱星宇为该论文的共同第一作者。中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所研究员王宇和复旦大学附属眼耳鼻喉专科医院洪佳旭为共同通讯作者。周行涛、蔡雨珊、韦诗弦、周旭娇、石咏诗、刘传承、黄成思、毕胜光、吴凤梅为参与作者，对本项工作做出重要贡献。本项工作得到了国家自然科学基金、重点研发计划、深圳合成生物学创新研究院以及深圳市基因组操纵及生物合成重点实验室等的大力支持。期刊封面（封面设计：王宇/洪佳旭团队）文章上线截图（点击文末“阅读原文”直达文章链接）图1. Little Prince靶向肝脏原位可控编辑，逆转高血脂图2. Little Prince靶向眼底原位可控编辑，逆转脉络膜新生血管的血管渗漏（模拟湿性黄斑变性）图3. Little Prince相对于持续活跃的组成型，显著提高体内原位的基因组靶向精准性

2026-06-03

南海海洋所|研究提出基于深度学习的复杂河口营养盐遥感监测新方法

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室海洋动力热力过程及其环境效应研究团队在河口营养盐遥感监测方面取得新进展。相关成果以“A spatially-informed interpretable deep learning framework for high-resolution nutrient monitoring in complex coastal waters”为题，发表在国际期刊International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation上。论文第一作者为博士研究生胡义强，通讯作者为研究员詹海刚和副研究员詹伟康。陆源营养盐，尤其是溶解无机氮和溶解无机磷的过量输入，是引发河口及近海富营养化、赤潮等生态环境问题的重要因素。然而，氮、磷等营养盐属于非光学活性物质，缺乏直接可观测的光学信号，传统卫星遥感方法难以实现高精度反演。近年来，人工智能方法为营养盐遥感监测提供了新思路，但现有模型多以经纬度等简单空间信息表征河口环境，难以准确刻画复杂河口区多源输入、混合扩散与物质输运过程。针对上述难题，研究团队提出了 ST-KDE-DNN，即时空核密度估计深度神经网络模型。该模型以珠江口八个主要口门的位置及其年均径流量为基础，利用核密度估计算法构建陆源输入的空间连续影响场，并将其作为物理先验特征融入深度学习网络（图1）。这一设计使模型能够显式表征多口门营养盐输入的空间影响范围及其混合扩散特征，从而提升复杂河口水域营养盐遥感反演能力。团队融合了2013—2024年Landsat-8/9卫星影像与1700余个现场观测样本，对模型进行了系统训练与验证。结果表明，核密度特征的引入显著提升了模型精度。与仅使用经纬度、水深等常规时空特征的模型相比，溶解无机氮和溶解无机磷反演结果的均方根误差分别降低45%和29%。尤其在伶仃洋、磨刀门等多口门交汇、混合过程复杂的水域，该方法有效纠正了常规模型对高浓度营养盐的系统性低估。为进一步增强模型的科学可解释性，研究团队引入可解释性人工智能方法，对模型预测机制进行了分析。结果显示，核密度特征与纬度是影响模型预测结果的关键因子，表明模型并非单纯依赖数据拟合，而是能够捕捉陆源输入空间格局及河口—海洋混合梯度等可辨识的物理过程。这一结果显著提升了模型预测结果的可信度和应用价值。基于该模型，研究团队构建了2013—2024年珠江口30米空间分辨率营养盐长期时间序列数据集，并系统分析了该区域营养盐的时空演变特征（图2）。该研究为复杂河口及近海区域非光学活性物质的高精度遥感监测提供了可迁移、可解释的新方法，对近海富营养化监测、赤潮风险预警和海岸带生态环境管理具有重要科学意义和应用前景。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。图1 ST-KDE-DNN 模型总体架构图2基于 Landsat OLI 数据的 2013–2024 年珠江口 DIN（a）与 DIP（b）多年平均浓度空间分布论文信息: Hu, Y., Zhan, W., He, Q., Liu, Y., & Zhan, H. (2026). A spatially-informed interpretable deep learning framework for high-resolution nutrient monitoring in complex coastal waters. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 146, 105025.原文链接: https://doi.org/10.1016/j.jag.2025.105025

2026-05-29

南海海洋所|研究揭示西沙群岛“礁台-礁坡-海盆”对植物孢粉的地貌筛选及古环境重建意义

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室深时海洋与全球变化研究团队在南海西沙群岛孢粉输运机制及古环境重建研究领域取得重要进展。相关研究成果以“Geomorphic filtering of pollen signals across a reef-to-basin transect and its implications for paleoenvironmental reconstruction in the Xisha archipelago, South China Sea”为题，发表在国际知名地学期刊CATENA上。论文第一作者为博士研究生陈嘉妮，通讯作者包括研究员罗传秀和中国地质调查局海口海洋地质调查中心工程师蔡砥柱，共同合作者包括中国地质调查局海口海洋地质调查中心工程师李伟，南方科技大学海洋高等研究院博士仲义，以及中国科学院南海海洋所研究员向荣、副研究员万随和副研究员苏翔。西沙群岛是南海典型的孤立珊瑚礁区，其周边沉积物中的孢粉记录为重建过去陆地植被与气候变化提供了重要依据。但孢粉信号受风力与水流双重传输方式混合、保存差异等因素影响，增加了古环境解译难度。复杂的岛礁地貌怎样影响陆源孢粉的沉积、分布及其环境指示意义如何？目前这些问题尚不清晰。研究团队基于西沙群岛东岛周边一百多个海底表层沉积物的孢粉分析，系统揭示了现代陆生植物孢粉在“礁台—礁坡—海盆”地貌梯度中的沉积与分布规律，并结合两个深海钻孔（D072、D003）的化石孢粉记录（图1），重建了末次冰期以来（约45千年前）西沙岛礁植被演化历史。研究首次揭示了岛礁“地貌筛选”对现代孢粉空间分选的控制作用：随水运输的蕨类孢子主要滞留于浅水礁台，来自华南、风力输送的松属花粉则更多沉积于礁坡的迎风坡区域，而深海盆地成为多源孢粉的汇集区，据此建立了岛礁区“礁台—礁坡—海盆”孢粉沉积模型。将该模型应用于周边两个深海钻孔的古环境重建，发现末次盛冰期（26.5-19千年前）期间海平面下降时，暴露的礁体上发育了以蕨类为主的先锋植被，这一特征明显区别于同期暴露的南海北部陆架草本植被和巽他陆架木本植被占优的格局，揭示了海平面低位期岛礁生态系统的特殊响应。此外，西沙岛礁区松属花粉自末次盛冰期以来持续减少，与冬季风减弱同步。这一趋势显著区别于同时期南海北部深海区松属花粉百分比随海平面升高而增加的变化模式（输运距离增大导致松属花粉相对富集）（图2），表明同一孢粉类群在不同沉积环境中可能具有截然不同的指示意义。本研究为热带珊瑚礁及全球复杂地貌区的古植被与古季风重建提供重要依据。该研究获得国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金联合资助。论文信息：Jiani Chen, Sui Wan, Wei Li , Yi Zhong, Rong Xiang, Xiang Su , Chuanxiu Luo⁎, Dizhu Cai ⁎. 2026. Geomorphic filtering of pollen signals across a reef-to-basin transect and its implications for paleoenvironmental reconstruction in the Xisha archipelago, South China Sea, Catena 271, 110215.原文链接： https://doi.org/10.1016/j.catena.2026.110215图1 西沙群岛东部采样图：（A）南海的地理位置；（B）西沙群岛东部区域及研究站点的位置（星号代表钻孔站位，蓝点代表海底表层沉积物采样点）；（C）礁台区海底表层采样点分布（水深 < 200 m）；（D）礁坡区海底表层采样点分布（水深 200-1000 m）；（E）深海盆地区海底表层采样点分布（水深> 1000 m）图2 D072和D003钻孔草本植物(Herbaceous)花粉与松属(Pinus)花粉百分含量与南海其他沉积钻孔的对比（横坐标为距今年代，ka为千年；钻孔ODP 1144和MD05-2906位于南部北部，CG2位于南海南部）

2026-05-29

南海海洋所|SWOT卫星揭示海洋细尺度物质输运通道和生物连通性

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室海洋动力热力过程及其环境效应研究团队在海洋细尺度物质输运研究方面取得新进展。相关成果以“Hidden Fine-Scale Transport Pathways and Biological Connectivity Revealed by SWOT”为题，发表在国际知名期刊Geophysical Research Letters上。论文第一作者为博士研究生刘云辰，通讯作者为研究员何庆友和研究员詹海刚。合作者包括副研究员詹伟康、博士研究生胡义强，以及中国海洋大学教授张志伟，博洛尼亚大学博士研究生Giulia Vecchioni。海洋表层流场持续输运热量、营养盐、浮游生物乃至污染物，是调节海洋动力与生态连通性、影响海洋生态系统结构与功能的核心环节。传统卫星高度计产品的空间分辨率仅为0.25°，难以精确解析空间尺度为1-100公里、时间尺度为1-10天的海洋细尺度过程，致使以往研究多将细尺度输运简单视为某种随机扩散过程。高分辨率高度计产品的缺乏是制约物质输运研究从大尺度统计描述走向精细化机制解析的关键瓶颈。2022年发射的SWOT，即地表水与海洋地形卫星，凭借其前所未有的宽刈幅干涉高度计技术，正逐步打破这一分辨率瓶颈。研究团队以中国南海为例，利用SWOT与传统高度计融合生成的0.1°高分辨率产品，基于拉格朗日粒子追踪方法和复杂网络理论，构建了精细刻画表层物质输运的流网络，发现与传统高度计产品（DUACS）相比，SWOT数据在2-10天时间尺度和90公里以内空间尺度，识别出更多传统数据无法获取的物质输运通道、源汇结构和关键输运枢纽（图1），表明大量活跃的细尺度物质输运过程只有在SWOT的视野下才得以显现。其中，夏季 SWOT 的优势集中在约 60公里以下，而在细尺度过程更为活跃的冬季，SWOT的优势空间尺度可拓展至90公里。图1 SWOT与传统高度计在南海西部拉格朗日流网络中的对比。从上至下分别为4天、8天、12天积分时长下的海表温度、汇源度和拉格朗日介数分布SWOT的优越性不仅体现在识别出更多的物质输运通道与关键节点，更体现在它重新划分了海洋中的动力分区。利用复杂网络理论中的Infomap社区发现算法，研究团队将南海西部区域划分成了若干个内部连接紧密、彼此间交换稀疏的水文动力区。传统数据将该区域简单划分为南北两个独立的大区，而SWOT数据却额外识别出一个覆盖越南东部离岸流及其延伸体的独立分区（图2）。历史漂流浮标轨迹的独立验证表明，在SWOT新发现的动力分区内，约88%的浮标经过6天平流输运后仍处于该分区中，证实了该动力分区具有真实的物理屏障效应。这意味着，过去我们可能一直低估了南海近岸与陆坡之间物质交换的复杂度，而SWOT正在帮助我们修正这一认知。图2 SWOT与传统高度计识别的水动力分区对比。左为传统高度计将南海西部划分为南、北两个分区，右为SWOT额外识别出覆盖越南东部离岸流及其延伸体的独立分区，历史漂流浮标轨迹验证了该分区的准确性研究团队进一步将SWOT揭示的物理输运结构与海洋水色遥感观测的浮游植物功能群类型数据进行了空间叠置分析。结果发现，在SWOT识别出的强辐散区，浮游植物群落的优势种发生了系统性的转变：原本占主导的原核藻被定鞭藻所取代（图3）。这种空间上的高度对应关系在传统高度计遥感中几乎无法被察觉，因为传统数据缺乏足够的细节来刻画辐散带的精确位置和边界。这表明，细尺度的物理过程并非只是叠加在生态格局之上的“噪音”，而是塑造着浮游植物群落的演替轨迹。SWOT为我们提供了一个前所未有的框架来定量解析这种复杂的生物-物理耦合机制。图3 SWOT揭示物质输运的空间格局与浮游植物群落演替的对应关系。从左到右分别为传统高度计、SWOT的汇源度分布、输运前后的优势浮游植物类型分布。优势类型转变为定鞭藻的区域与SWOT探测的辐散区高度吻合这一成果不仅证明了SWOT卫星在解析海洋细尺度物质输运路径与生物连通性方面的科学价值，更为未来的海洋生态保护提供了新工具。基于这些细尺度通道，我们可以更精准地预测微塑料的扩散方向，或者在设计海洋保护区时，更科学地评估生物幼体的扩散范围。该研究获得国家自然科学基金、中国科学院先导专项等联合资助。论文信息: Liu, Y., He, Q.*, Zhan, W., Zhang, Z., Vecchioni, G., Hu, Y., & Zhan, H.* (2026). Hidden fine-scale transport pathways and biological connectivity revealed by SWOT. Geophysical Research Letters, 53, e2025GL121208.原文链接: https://doi.org/10.1029/2025GL121208

2026-05-29

南海海洋所|洋底高原前缘俯冲加剧板块挠曲断裂和蛇纹石化

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室丘学林研究团队在马里亚纳俯冲带南段输入板块断裂和水化过程方面取得重要进展，相关成果以Pre-subduction of the Caroline Plateau intensifies lithospheric hydration in the southern Mariana Trench为题发表于国际期刊《Communications Earth & Environment》。副研究员贺恩远为论文第一作者，研究员丘学林为通讯作者，合作者包括研究员徐敏、研究员赵明辉、副研究员张江阳，德国GEOMAR-亥姆霍兹基尔海洋研究中心博士黎雨晗和教授Ingo Grevemeyer，中国科学院地质与地球物理研究所高级工程师王元，中国科学院深海科学与工程研究所研究员陈传绪。马里亚纳俯冲带南段拥有地球最深点“挑战者深渊”，其太平洋板块古老（~125百万年）、俯冲角度大，板块挠曲强烈，为典型“冷俯冲带”；而西侧约100公里处却存在年轻的卡洛琳洋底高原（~30百万年）。这种新老并置的构造格局为研究年轻洋底高原与古老洋壳共同俯冲对系统的影响提供了天然实验室（图1）。研究团队利用横跨海沟的OBS2017-1广角深地震测线，基于走时模拟获得了沿测线速度模型，发现卡洛琳高原“抵近”海沟会加剧输入板块局部断裂与水化（图2），具体表现为：（1）地壳厚度从高原前缘至海沟由16.0公里快速减薄至7.5公里，揭示从高原向正常洋壳的过渡;（2）高原接近海沟时板块弯曲率最大，累计断距大于周围两侧，表明区域内破裂程度更大；(3) 该区域地震波速度显著降低，降幅超过“挑战者深渊”附近正常洋壳区，意味着更强烈的岩石圈断裂和蛇纹石化；团队综合横跨海沟的四条OBS测线速度模型和区域地质资料，研究提出洋底高原与俯冲带相互作用的三个阶段（图3）：（1）高原远离海沟，输入板块发育宽缓、密集的小型断裂，中等程度水化；（2）高原接近海沟，应力集中至高原前缘和海沟之间的狭窄带，引发局部极强断裂和水化；（3）高原进入海沟，高原的高刚度导致自身断裂稀疏，水化较弱。本研究首次揭示了洋底高原在进入海沟之前对俯冲带断裂与水化的局部强化作用，强调了俯冲带水化作用的非均质性。研究成果对于认识全球洋底高原俯冲过程和俯冲后的板块断裂行为以及俯冲系统重组过程具有重要意义。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划深海专项、中国科学院南海海洋研究所自主部署项目的资助。论文相关信息：He, E., Qiu, X., Li, Y. et al. Pre-subduction of the Caroline Plateau intensifies lithospheric hydration in the southern Mariana Trench. Commun Earth Environ 7, 409 (2026). 原文链接：https://doi.org/10.1038/s43247-026-03408-z图1 马里亚纳南段海沟构造格局图（a）OBS2017-1测线位置图（红色粗线）;（2）卡洛琳高原与挑战者深渊空间位置；（3）输入板块沿不同OBS测线的曲率。图2 沿OBS2017-1测线输入板块区段的速度结构（a）最终速度模型；（b）多波束地形；（c）地壳厚度和速度变化；（d）OBS29地震剖面图3 洋底高原向海沟运移过程中挠曲断裂和水化过程的变化

2026-05-29

广州健康院合作揭示小鼠胚胎生长发育的时间变化规律

2026年6月1日，中国科学院广州生物医药与健康研究院（以下简称“广州健康院”）细胞命运研究组、时空谱系技术创新与应用研究组，联合西湖大学与广州国家实验室团队，在Nature Cell Biology期刊在线发表题为“Developmental chronology of mouse embryo from 2-cell stage through birth”的研究论文。该研究建立了包含220个单细胞的转录组学图谱，完整记录了小鼠胚胎从二细胞到出生共计37个时间点的发育过程，是目前世界上时间线最完整的小鼠胚胎发育参考图谱。生命如何从一枚受精卵，生长为结构完整的个体，一直是生命科学领域的重要研究内容。借助单细胞测序技术，科学家已经能够有效识别发育中的细胞类型。然而，以往对小鼠胚胎发育的研究存在时间节点不连贯、基因检测精度不足等问题，无法在长时间尺度下深入研究细胞分化的动态规律及分子调控机制。为攻克这一难题，研究团队对351枚小鼠胚胎开展单细胞转录组测序，实验过程严格采用统一的工艺标准，保障数据的连续性、统一性与高质量，成功构建小鼠发育与细胞图谱（简称mdCLA，https://mdcla.ccla.ac.cn/），其科学价值与应用潜力显著优于同类发育图谱。凭借连续且完整的时间信息，研究人员得以追踪细胞在连续发育时间轴上的动态变化规律。团队重点分析了肾单位祖细胞，这类细胞是所有肾单元的“起源细胞”。研究发现，胚胎早期的肾单位祖细胞高度表达干细胞和增殖的特征。然而，到了发育后期，细胞的增殖能力下降，分化程序上调。同时，肾单位祖细胞及其微环境细胞发生免疫通路重塑，如白介素因子（Il33）、干扰素调节因子（Irf9）等基因的表达显著上升。这些发现为理解肾单位祖细胞的自我更新调控机制研究提供了新的线索。研究还发现，不同谱系来源的细胞有着截然不同的分化节奏。神经、间充质、造血、内皮谱系集中在胚胎发育中期完成分化（E11-E14），大部分的细胞类型在这个时期产生。然而，上皮细胞在胚胎发育中期表现出静息的发育状态，直到胚胎发育后期（E14.5）不同组织的上皮细胞发生集体加速分化。研究筛选得到胚胎后期特异高表达的Tub基因，动物实验证实，该基因缺失会导致小鼠垂体前叶萎缩、促卵泡激素分泌细胞减少，进而引发成年个体肥胖。综上，本研究构建了覆盖小鼠胚胎完整发育周期的单细胞全景图谱，阐明各细胞谱系的差异化分化规律，揭示了器官发生和胎儿发育阶段的细胞命运调控机制，为发育和再生医学研究提供了高质量数据资源。这项工作受国家自然科学基金、国家重点研发计划资助，并得到人类细胞谱系大科学研究设施、广州健康院数字生物医学中心及谱系技术与装备研究中心的支持。论文链接数据链接小鼠胚胎发育单细胞图谱（mdCLA）

2026-06-01

亚热带生态所等系统阐释嗜粘蛋白阿克曼氏菌调控MASLD“肠-肝轴”跨界对话机制与临床转化路径

代谢相关脂肪性肝病（MASLD）现已成为全球最主要的慢性肝病。“肠-肝轴”（Gut-Liver Nexus）的微生态失调被认为是驱动该病从单纯性肝脂肪变性向肝炎（MASH）、肝纤维化乃至肝癌演变的关键环节。挖掘能特异性调控该轴线的下一代益生菌，是当前微生态医学与肝脏病学的前沿热点。代谢相关脂肪性肝病（MASLD）现已成为全球最主要的慢性肝病。“肠-肝轴”（Gut-Liver Nexus）的微生态失调被认为是驱动该病从单纯性肝脂肪变性向肝炎（MASH）、肝纤维化乃至肝癌演变的关键环节。挖掘能特异性调控该轴线的下一代益生菌，是当前微生态医学与肝脏病学的前沿热点。近年来，中国科学院亚热带农业生态研究所（简称亚热带生态所）畜禽健康与农牧复合生态研究中心谭支良研究员团队围绕肠道核心功能菌—嗜粘蛋白阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila，简称AKK菌）的生理功能开展了持续攻关。在国家自然科学基金“AKK-BA-GC轴介导幼龄羔羊结肠杯状细胞黏蛋白2合成机理及调控研究”（32372828）的资助下，团队前期深入探明了AKK菌通过促进肠道杯状细胞黏蛋白（Mucin 2）合成、强化肠道黏膜屏障功能，从而有效阻断内毒素（LPS）及其他有害关键分子向肝脏易位的作用机制。基于上述扎实的实验研究基础与前沿探索，该团队联合北京大学（姜长涛教授）、香港中文大学（于君教授）、温州医科大学第一附属医院（郑明华教授）、意大利维罗纳大学（Giovani Targher）、英国南安普顿综合医院（Christopher D. Dyrne）、奥地利因斯布鲁克医科大学（Herbert Tilg）等国内外多家顶尖医学与科研机构的微生物学与肝脏学领域专家，将研究视野从“局部肠道屏障”拓展至靶向肝脏代谢的“肠-肝轴”纵深延展。近日，相关系统性综述成果以Microbial reprogramming of the gut-liver nexus in MASLD: Lessons from Akkermansia muciniphila为题，在线发表于国际学术期刊Cell Press Blue。该文章系统阐明了AKK菌重塑“肠-肝轴”的分子机制，并为其在临床上的精准转化提供了“战略蓝图”。该文章结合团队前期基础与最新文献，提出了AKK菌跨越MASLD疾病谱系发挥多维保护作用的四大核心机制：1. 筑牢肠道屏障的“第一道防线”：系统解构了AKK菌的特异性效应分子（如外膜蛋白Amuc_1100、Amuc_1409等）。这些效应分子不仅能上调紧密连接蛋白表达，更通过驱动肠道干细胞向杯状细胞分化，促进粘液层动态更新，从源头上切断了致病性LPS向门静脉循环的“渗漏”。2. 靶向重塑肝脏免疫微环境：AKK菌衍生细胞外囊泡（AmEVs）等随门静脉进入肝脏后，能诱导库普弗细胞（Kupffer cells）向具有修复功能的M2型极化，强效抑制炎症因子风暴；同时在肠道建立外周免疫耐受，遏制肝脏炎症与纤维化进程。3. 重构胆汁酸与脂质代谢网络：揭示了AKK菌通过“营养接力”间接重塑肠道胆汁酸谱，恢复核受体FXR的生理激活。通过门静脉信号下调肝脏SREBP-1c等关键转录因子，从源头削弱肝脏脂肪生成，协同促进脂质的线粒体β-氧化，显著减轻肝脏脂毒性。4. 描绘临床精准转化路线图：基于最新临床试验数据，文章指出AKK菌的临床疗效高度依赖于患者基线的内生菌丰度。研究呼吁，未来的微生态干预应跨越“盲目补充”阶段，转向由生物标志物驱动、AI多组学分型介导的精准干预。该成果的发表，不仅标志着亚热带生态所在宿主-微生物共生代谢领域的研究进一步向微生态医学前沿拓展，也为团队下一步基于“器官芯片（Organ-on-a-chip）”前沿技术，深入开展功能菌与宿主跨界对话机制的研究指明了方向。未来，结合肠-肝仿生芯片等先进研究手段，团队将致力于更精准地解析微生态靶点，为设计针对慢性代谢性肝病及肥胖的精准微生态干预方案提供关键的技术与理论支撑。亚热带生态所刘勇副研究员为该论文第一作者，贺志雄研究员、印遇龙研究员和周传社研究员及温州医科大学第一附属医院郑明华研究员为该论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（32372828、32261143467）、中国科学院乡村振兴项目（KFJ-XCZX-202303）以及湖南省自然科学基金（2023JJ30613）等项目的联合资助。论文链接A. muciniphila介导肝脏免疫与代谢重塑的“门静脉轴线机制”MASLD病理进展谱系与AKK菌的阶段特异性干预景观A. muciniphila 重塑肝脏库普弗细胞极化进而减轻 MASH 炎症

2026-05-29