科研进展--中国科学院广州分院

广州地化所孙明道，徐义刚等-EPSL：燕山科学钻探辽西九佛堂组年代学研究最新进展

近日，中国科学院广州地球化学研究所孙明道副研究员、徐义刚研究员等学者合作，在辽西九佛堂组年代学方面取得新进展，相关成果以“Terrestrial ecosystem response to Early Cretaceous global environmental change: a calibrated,high-resolution Aptian record from Northeast China”为题，发表在国际知名期刊《Earth and Planetary Science Letters》。燕山科学钻探是国家自然科学基金委基础科学中心项目“克拉通破坏与陆地生物演化”的核心内容之一，其聚焦华北克拉通热河生物群富集层位，开展全取芯钻探与沉积学-年代学-地球化学-古生物学研究，旨在重建热河生物群期间古气候古环境变化，高分辨率标定全球重大地质事件层位，揭示陆地生物灭绝、进化、迁徙的时间节点和深部过程控制机制。辽西九佛堂组记录了热河生物群晚期，也是热河生物群面貌最繁盛的时期，普遍发育湖相黑色页岩。前人对九佛堂组内部凝灰岩夹层开展锆石年代学研究，指出其时代为Aptian阶早期约122-119 Ma，但下部义县组形成于Barremian阶约125-121Ma，上部整合覆盖的沙海组、阜新组始于Albian阶约112-111 Ma。因此，已有的九佛堂组内部年龄与上下地层年龄不一致。另一方面，前人指出过九佛堂组记录了早白垩世大洋缺氧事件、板内火山爆炸式喷发事件、风暴事件等，但这些事件具体在哪个层位、沉积学/地球化学标志是什么仍不清楚。研究团队在辽西喀左盆地开展科学钻探，获取了1497.5m连续完整的九佛堂组岩芯。通过CA-ID-TIMS锆石年代学分析，确定下部1464m和中部852m处两层凝灰岩的时代分别为121.05±0.32 Ma 和117.359±0.031 Ma，根据贝叶斯年龄-深度模型，基于黑色页岩Ca/Fe比值、δ13Corg等指标建立的天文旋回周期，以及沉积碳同位素偏移特征，指出钻得九佛堂组的持续时间约为 121.3至111.9 Ma，大洋缺氧事件OAE1a发生在120.2 Ma，持续了约45万年；区域板内火山最大规模爆炸式喷发事件发生在117.359 Ma；风暴与古水文环境转换事件发生在约114.3 Ma。九佛堂组底部记录了OAE1a、顶部记录了OAE1b事件，两次事件沉积特征十分相似，而上部又存在区域火山静默期，没有合适的定年矿物，是导致之前地层学研究没有识别出晚Aptian部分九佛堂组的原因。本次研究证实湖相沉积能够可靠记录全球碳循环扰动，帮助理解早白垩世气候变化，显著提升深时地球研究的时间分辨率。研究为后续基于磁性地层学、化学地层学、微体古生物学等手段进一步揭示Aptian阶全球重大地质事件的陆内响应奠定了良好基础，对热河生物群演化研究有着重要的参考意义。共有来自6家单位的68位科研人员参加了本文研究工作。论文信息：Ming-Dao Sun,Qin Lin,Jahandar Ramezani,Jiang-Si Liu,Zheng-An Lu,Han-Qing Yang,Jiang-Hao Bai,Shi-Xi Cai,Jun-Cai Chen,Xuan-Yu Chen,Hao Cui,Guang-Chao Deng,Hai-Feng Gai,Hai-Tao Gao,Jun Guo,Hao Guo,Lu-Bing Hong,Yong-Sheng Hou,Yuan-Yuan Hua,Long Huang,Kai Kong,Chao-Peng Li,Xu-Ran Liang,Zhe Liu,Liang Liu, Ben Liu, Shang-Li Liu, Xiao-Jun Long, Chang Lu , Gui-Mei Lu, Kai Luo, Si-Yuan Ma, Fei Mo, Qing-Long Ouyang, Xue-Song Shi, Zhao-Yang Sun, Yi-Zhuo Sun, He Tang, Feng Tian, Han-Ming Wang, Xing Wang, Xi Wang, Li-Wei Wang, Dan Wang, Yu-Xuan Wei, Wei Wu, Chao Wu, He Xiao, Chuan-Mao Yang, Fan Yang, Bin-Yan Yin, Xiao-Xiao Yu, Wan-Feng Zhang, Zhi-Hua Zhang, Rui-Peng Zhao, Chang-Sheng Zheng, Qin Zhou, Zu-Yang Zou, Ze-Xian Cui, Qiang Ma, Liang Ma, Jian-Xi Zhu, Jian-Fang Hu, Gang-Jian Wei, Yu-Ting Zhong, Jun Shen, Ti Zeng, Yi-Gang Xu，2025，Terrestrial ecosystem response to Early Cretaceous global environmental change: A calibrated, high-resolution Aptian record from Northeast China，653，119206，doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119206.论文链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119206图1 喀左盆地地质剖面图与科学钻探位置图2 凌源钻孔岩芯照片 (856m左下-840 m右上）见黑色页岩夹厚层凝灰岩。凝灰岩具粒序分选，形成于火山单次爆炸式喷发。

2025-01-21

深圳先进院 | 肠道微生物群落建模：探索肠道菌群的潜力（Current Opinion in Biotechnology）

肠道菌群的多样性深刻影响着人类健康，其失调已被证明与糖尿病、阿尔茨海默症等多种代谢性疾病密切相关。然而，肠道微生物的复杂性与个体差异性给传统研究方法带来了巨大挑战，使得精准解读和调控肠道微生物成为科学研究的前沿课题。近年来，基因组规模代谢模型（Genome-scale metabolic model, GEM）作为一种包含基因组、生化和生理数据的数学工具，为预测微生物代谢活性提供了可能性。然而，单一GEM仅能对单一菌株的代谢能力进行表征。为了更全面和系统地研究微生物群落，通过整合多种单一菌株模型和宏基因组数据构建群落水平模型（Community-level GEM, Co-GEM），可以预测不同菌株之间的相互作用及群落整体代谢能力，揭示不同物种在群落中的功能角色以及与宿主疾病之间的潜在机制，并在指导设计合成微生物群落实现精准医疗和个性化饮食等领域展现了广阔的应用潜力。肠道菌群的多样性深刻影响着人类健康，其失调已被证明与糖尿病、阿尔茨海默症等多种代谢性疾病密切相关。然而，肠道微生物的复杂性与个体差异性给传统研究方法带来了巨大挑战，使得精准解读和调控肠道微生物成为科学研究的前沿课题。近年来，基因组规模代谢模型（Genome-scale metabolic model,GEM）作为一种包含基因组、生化和生理数据的数学工具，为预测微生物代谢活性提供了可能性。然而，单一GEM仅能对单一菌株的代谢能力进行表征。为了更全面和系统地研究微生物群落，通过整合多种单一菌株模型和宏基因组数据构建群落水平模型（Community-level GEM,Co-GEM），可以预测不同菌株之间的相互作用及群落整体代谢能力，揭示不同物种在群落中的功能角色以及与宿主疾病之间的潜在机制，并在指导设计合成微生物群落实现精准医疗和个性化饮食等领域展现了广阔的应用潜力。近日，中国科学院深圳先进技术研究院陈禹课题组与查尔姆斯理工大学Jens Nielsen教授合作，在Current Opinion in Biotechnology期刊发表综述文章“Personalized gut microbial community modeling by leveraging genome-scale metabolic models and metagenomics”。陈禹研究员和Jens Nielsen教授为文章的共同通讯作者，研究助理李龙涛为第一作者。该工作获得了国家重点研发计划及深圳合成生物学创新研究院的支持。文章首先回顾了近些年GEM相关资源与建模工具（如AGORA2，CarveMe等）及其在肠道微生物研究中的应用，然后介绍了构建个性化人类肠道Co-GEM的两种主流策略（图1）：一是通过宏基因组中获得的微生物分类信息与已有的多个菌株的GEM资源整合构建Co-GEM；二是直接利用宏基因组测序数据构建GEM并结合环境中微生物分类信息来构建Co-GEM。基于宏基因组数据构建个性化肠道微生物Co-GEM的策略最后，文章总结了该领域的挑战与展望。首要挑战便是不同数据库与GEM资源之间的标准化，目前不同GEM和数据库之间的代谢物、反应等关键信息存在多种不同的格式和命名规则。单一模型的性能是群落建模的基础，基于先验知识对GEM进行多约束（比如酶动力学参数，蛋白限制等）的整合至关重要。例如，最新的GECKO 3.0工具通过构建酶约束模型显著提升了模型的预测能力，有望运用于肠道微生物模型构建。此外，新的“泛”模型构建方法，比如MIGRENE和Pan-draft等，使得构建个性化肠道Co-GEM成为了可能；而多组学数据的整合以及机器学习和神经网络方法也能够进一步提升模型性能。随着新方法的不断涌现并应用在提高Co-GEM的性能上，相信在不久的将来，将能从肠道微生物的角度为人类健康与疾病提供更深入的见解。PI和课题组简介陈禹，中国科学院深圳先进技术研究院研究员，博士生导师。近五年代表性成果发表于Nature Protocols、PNAS、Molecular Systems Biology等期刊。目前主持国家高层次人才项目、国家重点研发计划“合成生物学”重点专项和深圳市医学研究专项资金项目。陈禹课题组从事系统生物学和合成生物学研究，致力于整合“干”“湿”技术定量解析代谢调控机制，提高生物系统理性设计能力。

2025-01-20

国家重点研发计划课题5“生态服务整体提升与乡村振兴融合模式” 年度总结会议在环江召开

1月13日至14日，由中国科学院亚热带农业生态研究所张伟研究员主持的国家重点研发计划课题5“生态服务整体提升与乡村振兴融合模式”在环江召开年度总结暨实施计划研讨会。课题参与单位代表、骨干成员、台站支撑工作人员和部分研究生参加会议，并邀请项目组兄弟课题部分代表参与讨论。1月13日至14日，由中国科学院亚热带农业生态研究所张伟研究员主持的国家重点研发计划课题5“生态服务整体提升与乡村振兴融合模式”在环江召开年度总结暨实施计划研讨会。课题参与单位代表、骨干成员、台站支撑工作人员和部分研究生参加会议，并邀请项目组兄弟课题部分代表参与讨论。会议由5个专题进行工作进展和年度计划汇报。亚热带生态所张倩博士、中国地质科学院岩溶地质研究所黄芬研究员、湖南师范大学张雪茂博士、亚热带生态所肖峻副研究员和广西南亚热带农业科学研究所谭秋瑾研究员分别代表所在专题进行了详细的汇报。张伟和参会人员进行了热烈讨论，针对专题实施现状、存在问题和改进方法以及之后重点研发方向提出了明确的建设性建议。张伟作课题工作报告，他对参与人员在课题工作中的付出表示感谢，并通过对标对表考核指标，针对性地指出当前尚待完善的问题，对于相对滞后的指标完成度，提出了清晰的完善思路和时间表，并明确分工、落实责任人。他认为课题应继续加强资源统筹和产业导向，结合项目组内各课题成果，促进研发技术与生态-生产效益提升相融合，有效强化落地见效的标志性成果凝练，形成生态、生产协同增效的喀斯特生态系统农业示范区。会上，课题组成员前往示范区进行了现场考察。本次会议回顾了中期考核专家提出的问题和建议，查漏补缺、进行自我完善，系统梳理了专题工作进展和协同思路，有助于加强课题组内部的交流协作，提高凝练成果的整体性，有效推动技术研发和示范工作进一步取得成效。会议现场

2025-01-16

南海海洋所 | PNAS发文揭示细菌复杂鞭毛马达结构的新组分

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高贝乐研究员团队联合耶鲁大学医学院Jun Liu团队，揭示了细菌复杂鞭毛马达结构的新组分，丰富了对定子-转子相互作用复杂性的理解。相关成果以“Tetrameric PilZ protein stabilizes stator ring in complex flagellar motor and is required for motility in Campylobacter jejuni”为题，发表于国际著名综合性期刊PNAS。中国科学院南海海洋研究所2020级博士生陈园园和耶鲁大学医学院Shoichi Tachiyama为共同第一作者，研究员高贝乐为通讯作者。细菌鞭毛马达是首个被发现的生物旋转机器，其驱动力由定子单元MotAB通过消耗离子动力势提供。MotAB的同源蛋白参与多种重要的细胞生命过程，研究鞭毛马达有助于加深我们对这类旋转复合体的理解。在鞭毛马达“齿轮传动”模型中，定子作为小型的主动齿轮驱动大型被动齿轮转子的旋转。近期多项研究发现，在模式物种E. coli和S. enterica以外的许多物种中存在额外的周质支架蛋白，这些蛋白能稳定并形成更宽的定子环以产生更大的扭矩。然而，迄今尚无报道表明胞质侧存在能与定子形成稳定复合物的支架蛋白。研究团队揭示，位于胞质侧的FlgX蛋白构成空肠弯曲杆菌复杂鞭毛马达结构的新组分，能够与MotA的胞质部分相互作用并稳定马达中的定子环。结构分析表明，FlgX属于四聚体PilZ家族，但与其他作为c-di-GMP受体的PilZ家族蛋白不同，研究显示FlgX不具备c-di-GMP结合能力，表明其在空肠弯曲杆菌中独立于c-di-GMP调控发挥功能。此外，胞质侧还发现了新的球形密度结构，将两个FlgX连接在一起，而蛋白组分尚不清晰。FlgX或定子单元的缺失均会导致周质空间中FliL环和笼状结构的不完整，这表明FlgX-定子复合体的组装可能早于FliL环和笼状结构的形成。对弯曲菌门的进化分析显示，FlgX与该门祖先的F3趋化系统绑定出现，表明FlgX极有可能是从该门的共同祖先中进化而来。FlgX四聚体在鞭毛马达中的特殊位置增加了我们对定子-转子相互作用复杂性的理解。其作为鞭毛马达结构组分，独立于c-di-GMP的调控发挥功能，也代表了PilZ超家族一种新的功能分化。此外，对复杂马达结构、功能和进化的深入分析为大分子机器的理性设计提供了重要的理论依据。图1 FlgX具备四聚体PilZ特征且不能结合c-di-GMP图2 空肠弯曲杆菌FlgX-MotA复合体的假原子模型本研究得到了南沙群岛珊瑚礁生态系统国家野外科学观测研究站开放基金、国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省科技计划项目、南方海洋科学与工程引进人才团队重点专项广东省实验室（广州），以及中国科学院南海生态环境工程创新研究院的资助。相关论文信息：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2412594121

2025-01-17

南海海洋所 | 放线菌的运动秘密：鞭毛退化与非传统运动方式的新发现

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高贝乐研究员团队总结分析了放线菌鞭毛的退化性演化及其非鞭毛依赖的多样化运动方式，并探讨了这些现象与生态适应和细胞结构演化间的关联。相关成果以“Flagellar evolution and flagella-independent motility in Actinobacteria”为题，发表于微生物前沿领域研究的权威期刊Trends in Microbiology。中国科学院南海海洋研究所2020级博士生陈园园和助理研究员朱思琦为共同第一作者，研究员高贝乐为通讯作者。放线菌门（Actinobacteria）是细菌域中物种最丰富的细菌门之一，其成员广泛分布于地球各个角落。虽然传统观点认为大多数放线菌是不具备运动能力的，但近年来的研究揭示了一些关于该细菌门运动机制的新发现，其中包括鞭毛的退化性演化及非鞭毛依赖的运动方式。放线菌门的鞭毛进化分析显示，尽管该细菌门中仅有13%的物种携带鞭毛基因，但这些基因可能源自共同祖先并通过垂直遗传得以保留。研究表明，生活在水生环境中的单细胞放线菌更倾向具有鞭毛，而生活在土壤的丝状放线菌或宿主相关环境中的病原菌或共生菌则往往缺乏鞭毛。这种鞭毛的大量独立丢失现象可能与放线菌向陆生丝状生长或宿主相关生活方式的转变有关。放线菌鞭毛的退化性进化在具鞭毛物种的马达组成上也有所体现。早期具有鞭毛的放线菌物种中存在完整的鞭毛杆成分，而在进化晚期则出现部分丢失，主要缺失鞭毛杆的远端蛋白FlgFG。能形成游动孢子的放线菌物种例如Actinoplanes spp.具有极高的运动速度但没有FlgFG，表明退化后的鞭毛依然具备运动功能。当鞭毛完全退化时，一些物种表现出非鞭毛依赖的运动能力。例如，链霉菌属（Streptomyces spp.）可以通过“微生物搭便车”机制依附于其他细菌的鞭毛以实现孢子传播。此外，链霉菌还展现了“探索性生长”的现象，其运动速度远超菌丝尖端的生长速度，并受到真菌或挥发性有机化合物的触发。部分分枝杆菌（Mycobacterium spp.）如结核分枝杆菌则被观察到具有滑行运动能力，但其分子机制仍需进一步研究。鞭毛马达跨越整个细菌细胞膜，因此膜结构的变化不可避免地会影响马达的组成、结构和组装。未来高分辨率冷冻电镜技术的发展有望揭示放线菌门中鞭毛退化物种的细胞膜结构变化。这些研究将帮助揭示鞭毛及其他细胞表面附属物的存在或缺失、结构多样性和功能分化的决定因素。目前，放线菌门的大部分属尚未深入研究，探索非传统运动方式和潜在结构将为其多样性提供新的线索。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省科技计划项目、南方海洋科学与工程引进人才团队重点专项广东省实验室（广州），以及中国科学院南海生态环境工程创新研究院的资助。相关论文信息：DOI: 10.1016/j.tim.2024.07.010图1 放线菌门多样性图2 放线菌门的鞭毛退化性演化

2025-01-17

广州地化所雒恺等-JGR：玄武岩风化过程中的Mg同位素分馏：估算风化通量和CO2消耗的指标

大陆硅酸盐岩的风化作用是长时间尺度上调节全球碳循环平衡和维持地球宜居性的关键机制，其不仅控制着地表的物质循环和元素迁移，也影响着大陆风化输出通量的变化。尽管大陆风化通量的重要性已被广泛认可，但含钙镁硅酸盐岩风化输出的物质通量的准确量化和大气CO2消耗对气候变量的反馈仍然未受到有效限制。近年来，非传统稳定同位素地球化学在大陆风化研究中得到了广泛应用，为示踪风化作用机制和地表物质迁移转化提供了新视角。其中，Mg同位素在示踪大陆风化作用方面优势显著，风化过程中原生矿物溶解、次生矿物形成、黏土矿物的吸附与解吸附过程以及生物作用均会导致Mg同位素分馏，使得Mg同位素在不同相态的物质中具有不同的地球化学行为。然而，硅酸盐岩风化过程中Mg同位素分馏机制及影响因素仍存在争议。针对上述科学问题，中国科学院广州地球化学研究所博士生雒恺，在马金龙正高级工程师和韦刚健研究员的指导下，联合华盛顿大学滕方振教授，选取海南岛北部的玄武岩风化剖面作为研究对象，开展了矿物学、元素和Mg同位素组成研究。取得了以下主要进展：（1）风化产物的τMg,Ti值为-34.1% ~ -95.7%，δ26Mg值为-0.25‰ ~ 0.43‰，Mg同位素组成在剖面中自下而上呈现出先增加后减小的趋势，且大部分风化产物的δ26Mg值高于母岩值（图1）。（2）含镁原生矿物分解释放出可迁移的Mg，但该过程对Mg同位素分馏似乎没有明显影响。蒙脱石形成和分解过程影响了风化产物中Mg的亏损，这一过程可能影响Mg同位素分馏。高岭石是风化剖面中Mg同位素分馏的主导因素，不同pH条件下高岭石结构的变化对26Mg表现出明显的倾向性（图2）。（3）基于风化剖面尺度，创新性地提出估算风化通量和CO2消耗的新方法，计算得到玄武岩化学风化过程中的Mg元素通量（MgFlux）为2.45 ~ 5.85 mol/cm2/Myr，Mg同位素通量（δ26MgFlux）为-0.44 ~ -0.04 ‰/mol/cm2/Myr（图3）。该研究进一步估算了研究区内玄武岩风化消耗的大气CO2通量，并将这一结果推广至全球范围。结果显示，全球玄武岩风化消耗的CO2通量为2.3 × 1012 mol/yr（图4）。我们的研究为大陆硅酸盐岩化学风化过程中元素与同位素行为及其风化输出通量的定量化研究提供了技术手段，也明确了玄武岩风化在全球碳循环平衡中的关键作用。图1 玄武岩风化剖面中MgO含量、Mg同位素组成、τMg,Ti值、CIA值、WIP值和pH值随深度的变化图2 玄武岩风化剖面中δ26Mg值与（a）τMg,Ti值和（d）pH值之间的关系；高岭石/蒙脱石与（b）τMg,Ti值和（c）δ26Mg值之间的关系图3 τMg,Ti值与（a）MgFlux和（b）δ26MgFlux的关系，CIA值与（c）MgFlux和（d）δ26MgFlux的关系图4 （a）玄武岩风化剖面中CIA值与FCO2的关系；（b）华南地区玄武岩风化剖面的FCO2统计图相关研究成果近期发表于国际地学期刊《Journal of Geophysical Research: Earth Surface》。该项研究受到国家重点研发计划和广东省基础与应用基础研究重大项目等项目的联合资助。论文信息：Luo,K.（雒恺）,Ma,J.-L.（马金龙）,Teng,F.-Z.（滕方振）,Wei,G.-J.（韦刚健）,Zhu,G.-H.（朱冠虹）,Zeng,T.（曾提）,& Wang,Z.-B.（王志兵） (2025). Magnesium isotope fractionation during basalt weathering: An index of weathering fluxes and CO2 consumption. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 130, e2024JF007774. https://doi.org/10.1029/2024JF007774 论文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024JF007774

2025-01-16

广州地化所李奇维，王强等-GCA：轻Fe同位素制约高硅花岗岩的三阶段演化过程

随着科技的进步、能源转型和产业升级，稀有金属（如钨、锡、铌、钽、锂等）在高科技产业中的应用日益广泛，尤其在新能源汽车和航空航天等领域。然而，稀有金属资源的分布极为有限，许多关键矿产资源集中在少数国家或地区，寻找这些矿床并加大战略储备已成为全球各国的紧迫任务。稀有金属矿床通常与高分异（高硅）花岗岩密切伴生，因此，深入研究后者的成因对于该类矿床勘探具有重要意义。由于演化程度高，高硅花岗岩记录了岩浆体系向岩浆-热液体系的转换，有关高硅岩浆的分异机制、流体出溶过程及其与熔体的相互作用等问题，仍存在许多未解之谜。近日，中国科学院广州地球化学研究所王强研究员团队联合中国科学院地球化学研究所赵军红研究员等，针对上述科学问题，对冈底斯弧古新世正嘎高硅花岗岩进行了详细的岩相学和Fe同位素分析，发现这些岩石普遍发育矿物交代结构（图1）。不同于高硅花岗岩具有重Fe同位素的传统观点，正嘎高硅花岗岩具有明显轻的Fe同位素组成，且Fe同位素随岩浆分异呈波浪状变化趋势（图2），说明高硅花岗岩的形成受控于三阶段过程（即黑云母与磁铁矿分离结晶、流体出溶、流体－熔体相互作用）。尽管流体出溶使高硅花岗岩的Fe同位素变重，但随后的流体－熔体反应使高硅花岗岩的Fe同位素降低，使之具有与原始岩浆相似的轻Fe同位素组成（图3）。图1 正嘎高硅花岗岩的BSE和CL图图2 正嘎高硅花岗岩的Zr/Hf、Mg同位素与Fe同位素图解图3 酸性岩浆房中Fe同位素的三阶段演化模式图该研究识别出高硅花岗岩的轻Fe同位素特点，与流体作用密切相关。这一发现为Fe同位素示踪高硅花岗岩成因，特别是流体的形成与演化提供了新的视角。相关成果在线发表于地球科学领域著名期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》，本研究受国家自然科学基金创新群体项目和第二次青藏科考等项目的联合资助。论文信息：Li, Q.W., Wang, Q.*, Ma, L., Kerr, A.C., Fan, J.J., Zhao, J.H., Gu, H.O., Wang, W. and Su, Z.K., 2025. Light iron isotopes in high-silica granites record fluid evolution in magmatic-hydrothermal systems. Geochimica et Cosmochimica Acta, in press, DOI: 10.1016/j.gca.2024.12.034.论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2024.12.034

2025-01-16

华南植物园在由microRNA介导的香蕉冷胁迫响应级联调控方面获新进展

防控冷害一直是水果保鲜产业的技术难题，而解析冷害发生及调控机制是采后生物学的前沿科学问题。香蕉是世界上产量和贸易量最大的水果，作为热带亚热带作物，香蕉对低温十分敏感，极易发生冷害。主要症状为果皮褐变、果肉硬化、严重时果实将无法正常后熟，导致失去商品价值，造成巨大的经济损失。MicroRNA (miRNA) 是一类长度为20-24个核苷酸的非编码单链小分子RNA，调控转录后的基因沉默，在植物生长发育和逆境响应中发挥关键作用。去年，两位美国科学家因首次发现miRNA及其在转录后基因调控中的作用而获得诺贝尔生理学或医学奖。中国科学院华南植物园果蔬保鲜技术研发与利用团队前期研究发现，低温胁迫下miR528通过调控多酚氧化酶PPO的表达引发采后香蕉果皮的活性氧失衡和果皮褐变，而在香蕉果皮中瞬时过表达miR528延缓了冷害发生（图1）。进一步研究发现，香蕉基因组中大多数MaSPL受冷胁迫抑制，其中MaSPL4/5/25/42/44能够结合MIR528的启动子并激活其表达，且其中MaSPL4/5/42/44同时又是miR156c的靶基因。随后通过瞬时转化结合多重实验明确了miR156c-MaSPL4在香蕉冷胁迫响应中的功能（图2）。再利用DAP-seq和RNA-seq联合分析鉴定并初步验证了数个与冷胁迫表型相关的MaSPL4靶基因。基于此，提出了一个参与香蕉冷胁迫响应的级联工作模型，即在冷胁迫下，香蕉果皮中miR156c显著上调，而其靶基因MaSPL4显著下调，进而抑制受其转录调控的miR528积累，造成miR528的靶基因MaPPO显著上调，引发活性氧大量累积。同时，MaSPL4还可能通过干扰果皮中长链脂肪酸与角质合成来影响其结构的稳定性，最终导致香蕉果皮的冷害表型（图3）。该研究揭示了相对独立于CBF/DREB1 (C-repeat binding factor/dehydration responsive element binding 1) 经典信号通路外的一条新的冷应激途径，丰富了香蕉冷害的分子机制，同时为培育抗冷香蕉品种提供了靶标分子。相关研究结果已近期发表在园艺学高水平期刊Molecular Horticulture（《分子园艺》）上。华南植物园孔祥锦博士为论文第一作者，朱虹副研究员和屈红霞研究员为共同通讯作者。蒋跃明研究员、段学武研究员、云泽副研究员、单幼霞博士和硕士生彭宽等参与相关研究。同时，英国东安格利亚大学Tamas Dalmay教授参与合作研究。该项研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金和中国科学院国际访问学者等项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1186/s43897-024-00115-1图1. 瞬时过表达miR528延缓香蕉果皮冷害发生图2. 香蕉冷胁迫响应中miR156c-MaSPL4模块的功能验证图3. 参与香蕉冷胁迫响应的miR156c-SPL4-miR528-PPO级联工作模型

2025-01-15

国家重点研发计划项目“牛羊营养代谢平衡与甲烷减排技术” 2024年度总结暨2025年度计划会在南京农业大学召开

1月10日至13日，由中国科学院亚热带农业生态研究所王敏研究员主持的十四五国家重点研发计划项目牛羊营养代谢平衡与甲烷减排技术2024年度总结会暨2025年度计划会在南京农业大学顺利召开。1月10日至13日，由中国科学院亚热带农业生态研究所王敏研究员主持的“十四五”国家重点研发计划项目“牛羊营养代谢平衡与甲烷减排技术”2024年度总结会暨2025年度计划会在南京农业大学顺利召开。项目管理部门和会议承办单位领导、专家组和项目组成员等70余人参加了会议。中国农村技术开发中心农业科技处专员杨甜、张志飞和蒋立，项目跟踪专家西北农林科技大学姚军虎教授和浙江大学刘建新教授，项目咨询专家亚热带生态所印遇龙院士和谭支良研究员、四川农业大学陈代文教授、中国农业科学院北京畜牧兽医研究所王加启研究员、南京农业大学朱伟云教授、兰州大学侯扶江教授出席了本次会议。项目负责人王敏研究员首先对标对表考核指标详细介绍了项目的完成情况和取得的成果，并规划了2025年需要完成的重点工作。课题负责人浙江大学王佳堃教授、亚热带生态所王敏研究员、南京农业大学成艳芬教授、中国农业大学曹志军教授和吉林农业大学甄玉国教授分别针对各课题内容进行了详细汇报。项目跟踪与咨询专家一致对项目和课题的整体实施情况表示满意和认可，认为这是一支年轻、优秀、可靠的团队，项目开展一年来总体进展快、成果多、亮点足，同时也提出了指导性建议。中国农村技术开发中心农业科技处杨甜专员指出，项目取得了非常显著的成效，成果入选2024年度标志性成果，建议项目后期加强资源统筹和产业导向，促进科技创新与产业创新融合，强化能落地见效的标志性成果凝练，产出代表“十四五”畜禽专项的成果，争取独立支撑1项至2项成果入选最终重大成果清单。项目负责人王敏研究员作总结发言，对专家组提出的宝贵意见表示衷心感谢，并将协同各课题组做好后续研究规划，进一步优化实施方案细节，总结凝练亮点成果，为携手推动项目完成既定目标打下坚实基础。参会人员合影

2025-01-14

深圳先进院 | 基于大模型的低剂量PET重建技术（IEEE TMI ）

2025年1月8日，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）医工所、医学成像科学与技术系统全国重点实验室胡战利研究员团队开发了一种基于大模型的低剂量PET图像重建技术，在重建过程中高效提取和整合了基础模型的先验信息，使低剂量PET重建技术在精度和安全上实现了提升。2025年1月8日，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）医工所、医学成像科学与技术系统全国重点实验室胡战利研究员团队开发了一种基于大模型的低剂量PET图像重建技术，在重建过程中高效提取和整合了基础模型的先验信息，使低剂量PET重建技术在精度和安全上实现了提升。研究成果以“Prompt-Agent-Driven Integration of Foundation Model Priors for Low-Count PET Reconstruction”为题发表在医学成像领域TOP期刊IEEE Transactions on Medical Imaging上。提出方法创新性的利用大模型技术来辅助低剂量PET图像重建，为低剂量PET成像技术提供了全新思路。正电子发射断层成像（PET）作为当今核医学尖端技术的代表，主要用于肿瘤、心脑血管等重大疾病的早期诊断和治疗。低剂量成像是PET技术的发展趋势，旨在降低辐射剂量的同时保持图像质量。目前，低剂量PET图像重建通常利用配对的CT或MR图像作为解剖先验信息。先验信息的引入有效提升了传统低剂量PET成像方法的性能，但也导致了辐射增加或扫描时间延长、以及数据处理复杂度提高等问题。近年来，随着人工智能技术的快速发展，大模型逐渐成为人工智能领域中最为重要的发展方向之一。大模型相较于传统人工智能模型更具优势，其通过大规模的预训练获取了丰富的跨模态和高层次先验知识，具有更强的泛化能力，能够动态适配不同的下游任务。其中，医学大模型因其在预训练阶段接触了大量的CT/MR数据，能够提取这些数据的核心特征并具有卓越的泛化能力。因此，利用大模型作为先验信息的替代来源，有望摆脱当前低剂量PET图像重建对配对CT/MR数据的依赖，可以有效减少辐射暴露、缩短扫描时间并优化成像流程。此外，相较于传统的深度学习技术，大模型可以提供更加鲁棒和丰富的先验特征，有望提高PET图像重建效果和网络模型的泛化性。研究团队通过融合医学图像基础模型的深层先验知识，优化了低剂量PET图像重建流程。医学视觉大模型经过大量CT/MR数据的预训练，掌握了CT/MR的本质特征，团队利用这些特征替代了传统的CT/MR先验数据，通过代理机器人框架动态提取医学图像大模型的先验信息，从而降低了辐射风险、缩短了扫描时间并简化了重建流程。实验结果表明，该技术无需依赖配对的标准CT/MR扫描数据，即可实现高质量的PET图像重建，并超越了现有CT/MR配对数据重建算法的效果。提出方法不仅有效保留了图像细节、显著抑制了噪声，同时在精度和一致性上与“金标准”高度契合。此外，得益于基础模型的优异泛化性，提出方法在Zero-short等场景上也具有良好的表现。胡战利研究员为论文通讯作者，博士后谢行雨和客座研究生赵文杰为论文共同第一作者。该研究得到了国自然数学天元重点专项、国家重点研发计划重大科学仪器设备研发重点专项、国家重点研发计划战略性科技创新合作重点专项等项目的资助。图1：提出方法的总体技术路线图图2：提出方法与现有配对CT/MR解剖先验方法的对比

2025-01-13