科研进展--中国科学院广州分院

东莞材料所 | 成功研制基于纳米晶合金的20kW新能源汽车无线充电器，效率高达98.51%

近日，国际权威学术期刊《Nature Communications》在线发表了由中国科学院东莞材料科学与技术研究所与香港城市大学、剑桥大学、中国科学院物理研究所等单位合作完成的最新研究成果。研究团队基于前期开发的高性能Fe基纳米晶合金材料及后处理工艺基础，通过应力退火精准调控磁各向异性，成功研制出20kW级高性能电动汽车无线充电系统，AC-AC效率高达98.51%，体积功率密度达9.55 kW/L，为自动驾驶时代的自动化充电提供了全新的材料解决方案。未来基于中国科学院东莞材料所自研的高性能JSN系列纳米晶带材，后续有望持续优化充电性能，进一步推高充电效率。随着电动汽车向高阶智能化和完全自动驾驶方向加速演进，车辆正从单纯的交通工具转变为能够自主决策与服务的移动智能空间。大规模商用部署自动驾驶汽车的关键前提之一，是实现完全自动化的充电解决方案，即车辆能够自主完成停车、对准、充电的全过程，无需人工干预。感应式无线充电（Inductive Power Transfer, IPT）被认为是实现自动化充电的理想技术路线。然而，当前主流的铁氧体磁芯方案面临着效率、功率密度和热稳定性的“不可能三角”：铁氧体材料饱和磁密较小，为了保证安全必须设计得较为厚重，导致功率密度受限；同时，铁氧体在高频高磁密条件下损耗较大，并且热稳定性较差，长时间高功率运行容易过热，必须降额使用。如何在保证高效率的同时大幅提升功率密度和热稳定性，成为无线充电技术走向大规模应用的核心瓶颈。研究团队通过系统的电磁仿真与实验验证发现，对于无线充电系统而言，过高的磁导率反而会导致磁通分布不均、局部磁通密度过高，不仅无法提升整体磁耦合效率，还会增加损耗和漏磁风险。研究团队通过磁路优化，设计出高架桥磁芯结构，并且通过在退火过程中沿纳米晶薄带方向施加可控的拉伸应力，通过应力-热双场耦合作用诱导产生单轴磁各向异性将磁导率调控至合适区间。在85 kHz、0.2 T条件下远优于传统铁氧体材料。更重要的是，该材料展现出优异的热稳定性：在25°C至100°C宽温范围内，损耗密度变化率低于20%，完全满足车载无线充电的长期高温运行需求。图1. 基于纳米晶合金的电动汽车全自动无线充电系统整体架构最终制成的磁芯条尺寸为440 mm × 330 mm × 4 mm，厚度仅为传统铁氧体方案的一半，却能承载更高的功率密度。基于优化后的应力退火纳米晶材料，研制了完整的20kW无线充电系统。实测结果表明：在约20 kW输出功率下，系统AC-AC效率达到98.51%，且在整个功率范围内（1~20 kW）耦合器效率曲线保持几乎完全水平，展现出优异的宽负载适应性。与已报道的同类研究相比，该系统在仅4 mm厚的磁芯层上实现了20 kW功率传输，体积功率密度达9.55 kW/L（含线圈、磁芯及补偿网络），同时保持98.51%的高效率，综合性能处于国际领先水平。损耗分析表明，纳米晶磁芯的磁损耗仅为156.53 W，相比传统铁氧体方案降低了63%，为系统的高功率密度和高热稳定性奠定了材料基础。该研究提出的"材料-系统协同设计"理念，突破了传统无线充电系统中材料与电气设计相互脱节的瓶颈。基于高性能纳米晶合金的超薄、高效、高可靠无线充电系统，不仅可应用于自动驾驶电动汽车的全自动泊车充电，还可拓展至轨道交通、工业AGV机器人、低空飞行器等多个领域，为电动化与智能化融合发展提供关键材料支撑。中国科学院东莞材料所非晶材料研究部将持续推进该技术的产业化落地，推动高性能软磁材料在新能源领域的规模化应用。图2. 20kW无线充电系统实物与性能对比相关成果以“Inductive Charging Systems Empowered by Stress-annealed Nanocrystalline Alloys with High Induced Magnetic Anisotropy”为题发表于《Nature Communications》。王一博（香港城市大学博士，洛桑联邦理工大学博士后）、李雪松（中国科学院东莞材料所副研究员）、周靖（中国科学院东莞材料副研究员）为论文共同第一作者，白海洋（中国科学院物理研究所研究员）、江朝强（香港城市大学副教授）、龙腾（剑桥大学教授）为共同通讯作者。该工作由中国科学院东莞材料科学与技术研究所联合香港城市大学、剑桥大学、中国科学院物理研究所等单位合作完成，并得到国家重点研发计划、香港研究资助局项目和国家自然科学基金重大项目的项目支持。文章链接：https://www.doi.org/10.1038/s41467-026-78003-z来源：非晶材料研究部

2026-09-29

南海海洋所 | 研究揭示细胞色素P450氧化酶催化4-咪唑烷酮生物合成新机制

近日，中国科学院南海海洋研究所和厦门大学合作在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）发表了题为 “A Cytochrome P450 Enzyme-Catalyzed Acetyl Migration in Cyanogramide Biosynthesis” 的研究论文，报道了海洋放线菌来源生物碱cyanogramide生物合成途径中P450氧化酶催化酰基迁移形成4-咪唑烷酮的新机制。4-咪唑烷酮是一类广泛存在于天然产物及药物分子中的重要活性基团。海洋放线菌源生物碱cyanogramide (1) 具有独特的氧化吲哚螺环吡咯并[1,2-c]咪唑烷酮骨架，能有效逆转肿瘤细胞的耐药性。前期研究中，团队基于基因缺失和前体喂养等实验推导了cyanogramide的生物合成途径（图1），阐明了P450氧化酶CyaH催化形成氧化吲哚螺环的新机制（Angewandte Chemie International Edition，2020, 59, 14065），揭示了甲基转移酶CyaF催化吲哚N-甲基化及其底物宽泛性机制（Journal of Natural Products, 2025, 88, 715），并全面总结了氧化吲哚螺环生物碱发现、活性及生物合成进展（Natural Product Reports, 2026, 43, 650），但cyanogramide中关键药效基团4-咪唑烷酮的酶促形成机制仍不清楚。图1 生物碱cyanogramide的生物合成途径研究人员首先通过体内基因重组和体外酶学实验证明，P450氧化酶CyaI负责催化环化形成4-咪唑烷酮，同时能够催化底物的氧化脱甲基和脱乙酰基反应（图1）。通过¹³C同位素标记实验进一步证实，CyaI催化的环化过程涉及分子内C→N乙酰基迁移（图1）。结合CyaI与底物3复合物的晶体结构和点突变分析，研究人员阐释了对催化活性至关重要的疏水氨基酸残基，发现P450酶中高度保守的T245可调控CyaI的反应方向，促进酰基转移生成4-咪唑烷酮（图2A）。图 2 细胞色素P450氧化酶催化C→N乙酰基迁移生成4-咪唑烷酮机制基于底物与产物的结构特征及P450催化基团迁移的反应规律，研究人员提出了两条可能的酰基迁移路径：由FeIII-OO-起始，经Baeyer-Villiger中间体（Route A）；由FeIV = O (Cpd I) 起始，经两性离子中间体的催化路径（Route B）。随后，通过合成Baeyer-Villiger中间体并进行体外酶学测试，结合化学计算排除了Route A的可能性。最后，通过元动力学（Metadynamics）模拟获得了具有反应活性的近端构象（图2B），该构象有利用生成两性离子中间体，随后依次发生1,2-C→C酰基迁移和1,3-C→N酰基迁移，最终经自发环化生成4-咪唑烷酮（图2C）。本研究不仅拓展了P450酶的催化谱系，也为开发新型生物催化剂奠定了基础。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目资助。文章信息：Yiguang Zhu, Yongchao Wang, Liping Zhang, Chunyan Fang, Youhua Yong, Ruijie Chen, Jiahai Zhou, Qingbo Zhang, Binju Wang, Changsheng Zhang. A Cytochrome P450 Enzyme-Catalyzed Acetyl Migration in Cyanogramide Biosynthesis. Angewandte Chemie International Edition, 2026, e7360177.文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.7360177

2026-09-18

南海海洋所 | 研究揭示颗粒微环境介导的浮游生物跨域多样性耦合机制

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冷泉生境协同研究中心在海洋浮游生物多样性研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Networks and genome-resolved analyses reveal persistent particle-mediated coupling between prokaryotes and eukaryotic plankton”为题发表在Microbiome期刊上。论文的共同第一作者为副研究员马骁和硕士研究生罗佳，通讯作者为研究员李超伦。海洋浮游生物群落是海洋生态系统的基石，原核生物与真核生物之间的相互作用驱动群落演替并影响关键生物地球化学过程。以往研究多聚焦藻华等极端事件，对于自然季节变化下二者耦合关系是否持续存在及其驱动机制尚缺乏系统认识。为此，研究团队对南海近岸海域开展为期一年的季节性采样，综合运用关联网络分析和宏基因组解析，揭示了颗粒微环境介导原核与真核生物多样性持续耦合的生态机制。研究揭示了真核浮游生物与附着型原核生物多样性之间存在一种持续且稳定的耦合关系，即：附着型原核生物的多样性变化与真核浮游生物高度同步，相关性显著强于自由生活型原核生物群落，说明真核生物不仅是有机质载体，更是促进原核生物共存、协同和生态分工的重要界面。在机制层面，宏基因组结果显示，附着型原核生物群落相较于自由生活型原核生物群落表现出更强的碳氮代谢、能量获取和次级代谢物合成能力。研究团队还从宏基因组数据中重建获得120个高质量原核生物基因组，发现附着型原核生物的基因组相较于自由生活型原核生物普遍更大，并携带更多与趋化运动、生物膜形成、分泌系统、复杂有机化合物利用、能量代谢、氧化还原灵活性及解毒功能相关的基因。这说明生活在颗粒微环境中的微生物，长期受到复杂、竞争性强且资源高度异质的生境选择压力，逐步演化出一套适应颗粒表面环境的互动工具箱。该研究从网络结构和基因组特性两个层面，建立了浮游生物生态系统中颗粒微环境持续驱动原核与真核浮游生物多样性耦合的新解释框架，为理解海洋浮游生物群落演替、微食物网结构以及海洋物质循环过程提供了理论依据。这一发现将有助于预测真核浮游生物群落变化如何影响原核生物的组成和功能，也为评估生态系统稳定性提供了重要科学支撑。原核生物与真核浮游生物之间相互作用的示意图该研究获得国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室项目等资助。论文信息：Xiao Ma, Jia Luo, Yihong Wu, Sheng Dai, MinXiao Wang & Chaolun Li*. Networks and genome-resolved analyses reveal persistent particle-mediated coupling between prokaryotes and eukaryotic plankton. Microbiome (2026). https://doi.org/10.1186/s40168-026-02528-0原文链接：https://doi.org/10.1186/s40168-026-02528-0

2026-09-18

华南植物园联合研究发现：全球陆地热浪正来得更早、发展得更快

近年来，极端高温已成为全球气候风险治理的重要议题。2024年，联合国秘书长古特雷斯发布《极端高温行动呼吁》（Call to Action on Extreme Heat），呼吁国际社会加强对极端高温的协同应对。2026年7月31日，古特雷斯再次就全球极端高温发出警示，指出地球升温的速度正在超过人类采取应对行动的速度，并强调加强热健康行动计划和早期预警。今年夏季，欧洲多地遭遇严重高温，西欧经历了有记录以来最热的6月，多国局地气温超过40摄氏度，极端高温及其健康风险再次受到广泛关注。在全球持续变暖背景下，热浪不仅变得更加频繁、强烈和持久，是否也正在来得更早、发展得更快？中国科学院华南植物园研究团队联合国内外科研机构开展的最新研究发现，自1979年以来，全球陆地热浪开始时间显著提前、结束时间显著推迟，热浪季节明显延长；进入21世纪以来，发生快速起始型首次热浪的陆地面积占当年热浪影响区面积的比例显著增加。科研人员基于1979年至2023年全球气候数据，系统分析了全球陆地热浪开始时间、结束时间、热浪季节长度及每年首次热浪起始速度的长期变化，并利用多个独立气候数据集对结果进行了交叉验证。结果显示，全球陆地首次热浪发生时间平均每10年提前约3.3天，过去45年总体提前约2周；最后一次热浪结束时间平均每10年推迟约5.4天，45年间总体推迟约24天；热浪季节平均每10年延长约8.7天，45年间总体延长约39天。从空间范围看，全球72.0%的陆地区域呈现热浪提前发生趋势，79.6%的区域呈现热浪推迟结束趋势，92.1%的区域呈现热浪季节延长趋势，其中干旱地区的变化总体更为明显。研究团队进一步根据每年首次热浪从开始到温度峰值所经历的相对时间，将其划分为快速、中等和缓慢三种起始类型。结果发现，2001年至2023年，快速起始型首次热浪的陆地面积占当年热浪影响区面积的比例呈显著上升趋势，表明近年来全球陆地首次热浪呈现向快速起始转变的趋势。这意味着，刻画高温风险不仅需要关注“热到什么程度”和“持续多久”，还需要关注“何时到来”和“多快达到高温峰值”。该研究从热浪发生时间和起始速度两个维度深化了对全球热浪长期变化的认识。以往研究更多关注热浪的频率、强度、持续时间和影响范围，此次研究表明，热浪何时开始、何时结束及多快达到峰值，同样是认识和评估高温风险的重要指标。研究还发现，热浪季节延长增加了农作物在关键生育阶段遭遇高温的风险。2001年至2023年，全球部分主要作物在开花、抽丝等关键生殖生长阶段的热浪暴露面积占比较1979年至2000年增加1.6%至13.3%，热浪影响进一步向作物生育期的前期和后期扩展。中国科学院华南植物园徐文芳副研究员表示：“过去我们更多关注热浪是否变得更频繁、更强、更持久。这项研究进一步表明，热浪发生时间和起始过程也正在改变。如果热浪来得更早、达到峰值更快，留给社会和生态系统准备和适应的时间窗口可能进一步缩短。因此，有必要提高热浪监测预警和应急响应的时效性，推动预警信息及时转化为风险应对行动。”这一发现也为完善极端高温风险监测和早期预警提供了新的科学视角。联合国正在通过“全民早期预警”（Early Warnings for All）倡议推动提升全球极端天气预警能力。研究表明，在高温监测和风险评估中，除温度强度和持续时间外，进一步关注热浪何时开始、何时结束以及事件达峰速度，有助于更全面地识别不断变化的高温风险，并为公共卫生、农业生产、生态保护和能源保障等领域制定适应措施提供科学依据。相关研究成果以“Earlier and faster heatwave onset on land under a warming climate”为题近日发表在国际学术期刊Nature Climate Change期刊。中国科学院华南植物园徐文芳副研究员为论文第一作者，徐文芳副研究员、刘菊秀研究员和北京大学袁文平教授为通讯作者；论文合作者还包括华南植物园武东海研究员、法国气候与环境科学实验室（LSCE）Philippe Ciais教授、澳大利亚蒙纳士大学王应平教授和中国气象科学研究院黄萌田副研究员。论文链接 https://doi.org/10.1038/s41558-026-02762-2图. 1979-2023年全球陆地热浪发生时间、结束时间及热浪季节长度时空变化

2026-09-24

深圳先进院 | 多模态深度学习助力肺腺癌谱系结节术前浸润分层

肺腺癌通常经历从不典型腺瘤样增生、原位腺癌、微浸润性腺癌到浸润性腺癌的连续演变过程。不同浸润程度与患者的手术方案密切相关。然而，相邻病理类型在薄层CT上的影像表现高度重叠，尤其是处于中间状态的微浸润性腺癌，对术前准确分层具有较大挑战。传统影像学指标或单一CT模型难以同时充分表征结节的空间异质性和临床可解释征象，限制了相关智能模型的临床应用。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张娜研究员等，联合中国医学科学院肿瘤医院深圳医院、东莞市人民医院、北京大学深圳医院等单位，开发并完成外部验证了一种融合三维CT图像与结构化影像语义特征的多模态深度学习模型，实现了对肺腺癌谱系结节的术前三分类。研究成果以"Multimodal deep learning for preoperative invasiveness stratification of lung adenocarcinoma spectrum nodules"为题，发表在国际数字医学领域学术期刊NPJ Digital Medicine（IF = 18.0）上。研究团队纳入了来自3家医学中心的2726名患者和3069个经术后病理证实的肺腺癌谱系结节。该模型以标准化三维CT结节图像和结构化影像语义特征作为双模态输入：图像分支用于学习结节内部及周围的空间信息，语义特征分支则编码密度类型以及分叶、毛刺、空气支气管征、胸膜牵拉、血管集束等临床常用影像征象。模型进一步通过双向跨模态注意力和门控融合机制实现图像信息与语义信息的交互，并结合结节长径和实性成分比例对预测概率进行校准，从而形成兼顾影像表征能力和临床可解释性的术前分层结果。进一步分析发现，模型对浸润性腺癌保持了较稳定的识别能力，而微浸润性腺癌仍是模型和医师共同面临的主要分类难点。该研究将放射科医师日常使用的可解释影像征象与三维CT深度表征进行融合，为肺腺癌谱系结节的术前浸润风险评估提供了新的技术路径。研究结果表明，该模型的影像特征能与CT图像形成互补，可为放射科医师提供结节完成识别和定位后的临床决策支持。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张鉷涛博士后为论文第一作者，东莞市人民医院薛婷住院医师和北京大学深圳医院张哲助理研究员为共同第一作者。张娜研究员、中国医学科学院肿瘤医院深圳医院刘礼健副主任医师和刘周副主任医师为论文共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市科技计划及深圳市高水平医院建设专项等项目的支持。论文链接研究总体流程及多模态模型框架不同模型在内部及外部验证队列中的性能比较多模态模型与不同资历医师在两个外部验证中心中的分类性能及一致性比较

2026-09-17

南海海洋所 | 研究揭示俯冲界面粗糙度并非大地震的主控因素

中国科学院南海海洋所林间院士团队联合英国帝国理工学院团队，在俯冲带大地震机理方面取得新突破。研究团队通过对全球15个俯冲带、35个板块边界断层进行直接观测，并结合地震破裂、震中位置及板间耦合等多源数据发现：无论断面粗糙或平滑，均具备发生8级以上大地震的能力，表明界面粗糙度并非控制大地震发生的主导因素。该成果对国际学术长期主流观点提出了挑战，于2026年9月10日发表于期刊《Nature Geoscience》。论文第一作者及共同通讯作者为中国科学院南海海洋研究所副研究员杨晓东，共同通讯作者为英国帝国理工学院副教授Rebecca E. Bell。合作者包括副教授Alexander C. Whittaker、博士徐浩波、韩昕泽、Angela R. Knowlson、Valerie A. Locher等。俯冲带是地球最大地震的发源地，但为何有些俯冲带能产生8级以上大地震而另一些却仅发生小到中等地震，一直是困扰地震学界的难题。长期以来，俯冲带界面地形起伏（即“粗糙度”）被认为是控制大地震发生的关键因素，但这一假说此前从未被直接验证。研究团队对全球15个俯冲带、35条板块边界断层的反射地震剖面进行了系统分析，首次直接测量了俯冲界面的粗糙度，并将其与区域历史最大地震震级和板块耦合强度进行定量对比。为规避以往研究依赖海底地形作为间接指标所带来的不确定性，研究团队采用三种独立方法，在1–10公里尺度上量化界面粗糙度，确保了结果的稳健性。分析表明，尽管最大地震震级与板块耦合强度呈显著的正相关关系，但界面粗糙度与地震震级及耦合强度之间均不存在任何系统性的关联。无论是粗糙还是光滑的俯冲界面，都同样具备孕育8级以上大地震的潜力。例如，1960年智利MW 9.6大地震发生于本研究测定的最粗糙俯冲段之一，这与“光滑界面才能产生大地震只发生在光滑俯冲带”的传统认识不符。此外，研究还发现，同一俯冲界面的粗糙度排名会随测量方法和观测尺度的不同而变化，进一步表明“粗糙”或“光滑”并非界面的固有属性，难以作为评估地震潜力的稳定指标。这项研究直接挑战了“俯冲带粗糙度主导地震活动”的经典假说，明确指出单一界面粗糙度不足以科学评估俯冲带地震危险性。研究团队强调，俯冲带地震行为受多种因素共同控制，其复杂性超出单一简化模型的描述。本研究得到国家自然科学基金、英国皇家学会、中国科学院国际伙伴计划、广东省重大人才工程、中国科学院南海海洋所自主部署项目等联合资助。论文信息：Yang X.*, Bell R.E.*, Whittaker A.C., Xu H.B., Han X.Z., Knowlson A. R., Locher V.A., Maximum earthquake magnitude unlikely to be controlled by subduction interface roughness. Nature Geoscience, https://doi.org/10.1038/s41561-026-02093-z文章链接：https://doi.org/10.1038/s41561-026-02093-z图1 全球8级以上地震震中与本研究的35个板块俯冲界面位置图2 Costa Rica和North Hikurangi俯冲带三维断层结构呈现不同地形起伏图3 a全球35个板块界面地震潜力（板间耦合替代）与板块边界粗糙度不存在线性关系；研究提出的四类板块边界断层：粗糙和平滑的板块边界即可能发生大地震（高耦合红色区域），也能产生小地震（低耦合蓝色区域）。

2026-09-16

南海海洋所 | 独特P450单加氧酶家族多策略协同驱动环肽怡莱霉素的六电子氧化修饰

近日，《ACS Catalysis》在线发表了中国科学院南海海洋研究所马俊英研究员团队与山东大学鞠建华团队合作的最新研究成果“An Enzyme from a Single P450 Monooxygenase Clade Orchestrates Six‑Electron Oxidation for Cyclopeptide Modification”。该研究聚焦具有显著抗结核活性的环肽天然产物怡莱霉素（ilamycins），围绕其关键后修饰酶IlaL开展系统研究，揭示了IlaL连续催化三步氧化、实现末端甲基向羧基转化的结构基础与分子机制，阐明了非经典Asp-Asn（DN）二联体参与分子氧活化和多轮氧化反应的作用，并发现IlaL属于一个此前鲜有功能表征的独特DN型P450分支，为新型多电子氧化酶的定向挖掘提供了新的线索。山东大学药学院副研究员彭明为论文唯一第一作者，中国科院南海海洋研究所研究员马俊英、山东大学药学院教授鞠建华和中国科学院海洋研究所滕兆洁老师为论文的共同通讯作者。怡莱霉素（Ilamycins）是一类具有显著抗结核分枝杆菌活性的环肽类天然产物，在抗结核药物研发中具有重要潜力。前期，马俊英研究员与鞠建华教授团队围绕怡莱霉素开展了系统研究，解析了其生物合成途径及特殊结构单元的形成机制（Nat. Commun., 2017）和调控机制（Mar. Drugs 2020）；建立了怡莱霉素突变合成策略，获得了一系列非天然怡莱霉素衍生物（ACS Synth. Biol. 2024），并把怡莱霉素的生产菌株改造成了首个深海来源放线菌底盘细胞，可以实现多种海洋活性次级代谢产物生物合成基因簇的表达与挖掘（ACS Synth. Biol. 2022），同时联合中国科学院生物医药与健康研究院的张天宇研究员揭示了怡莱霉素靶向ClpC1/ClpX的抗结核作用机制（Commun. Biol., 2025）。在此基础上，本研究进一步聚焦怡莱霉素成熟过程中一个关键的氧化后修饰步骤，回答了一个重要科学问题：一个细胞色素P450单加氧酶如何在复杂环肽骨架上连续完成三步氧化，实现末端甲基的精准羧化？独特细胞色素P450单加氧酶IlaL连续完成三步氧化，实现“甲基→羧基”转化体外酶学研究表明，独特细胞色素P450单加氧酶IlaL能够催化ilamycin B1和B2末端甲基的连续氧化，并分别生成更高氧化态的ilamycin F和D。质谱分析进一步捕获了反应过程中的醇和醛中间体，明确了IlaL所催化的连续反应过程：“甲基→醇→醛→羧酸”。这一过程包含连续三轮氧化反应，总计实现六电子转移。相关实验进一步明确了IlaL的底物特异性、催化活性及反应动力学特征，从生化层面揭示了IlaL作为怡莱霉素成熟过程中关键六电子氧化酶的功能。图1 六电子氧化P450酶IlaL的酶学特征。高分辨率结构揭示IlaL精准识别复杂环肽底物的结构基础为进一步解析IlaL催化复杂环肽连续氧化的结构基础，研究团队解析了IlaL与天然底物ilamycin B2复合物的高分辨率晶体结构。结构分析显示，IlaL具有显著扩大的底物结合腔，并形成了延伸且具有较高柔性的BC-loop。二者共同构建了适应复杂环肽底物的动态识别界面，使ilamycin B2能够以特定构象进入活性中心，并将待氧化的末端甲基精准定位于催化中心附近。这一独特的结构特征为IlaL能够识别体积较大的环肽底物，并在同一活性中心内连续完成多步氧化提供了结构基础。图2 六电子氧化P450酶IlaL的结构分析。非经典Asp-Asn二联体驱动连续氧化反应IlaL更为独特之处在于其采用了不同于经典P450（DT/DS, ET/ES）的非经典Asp-Asn（DN）分子氧活化单元。结构分析与定点突变实验表明，Asp241-Asn242二联体与活性中心水分子共同参与催化过程中的质子转移和分子氧活化。其中，Asn242突变后IlaL催化活性完全丧失，表明该残基在催化过程中发挥关键作用。基于结构、生化和突变实验结果，研究团队提出了IlaL介导连续氧化的催化机制：DN二联体通过协同调控质子转移与分子氧活化，使IlaL能够在同一活性中心内连续完成三轮氧化反应，最终实现末端甲基向羧基的六电子转化。该机制揭示了细胞色素P450单加氧酶实现多轮连续氧化的一种新模式。图3 IlaL活性位点关键残基及其催化机制。发现独特DN型P450分支，为新颖氧化酶挖掘提供新线索进一步的系统发育分析显示，IlaL属于一个独特的DN型P450分支。在所分析的P450序列中，具有这一DN型催化特征的成员仅占约1%。该分支成员部分具有与DN催化单元相伴的特殊BC-loop序列特征，部分同源蛋白还分布于与环肽天然产物生物合成相关的基因簇中。值得注意的是，IlaL是目前该DN型P450分支中唯一经过生化验证的六电子氧化酶。这一发现将IlaL的独特催化机制与其系统发育特征联系起来，为从微生物基因组和天然产物生物合成基因簇中定向识别潜在多电子氧化酶提供了新的筛选依据。图4 IlaL的系统进化分析。本研究揭示了新型细胞色素P450单加氧酶的多策略协同驱动环肽连续氧化的机制，建立了IlaL介导六电子氧化的结构与机制框架。从早期解析ilamycin生物合成途径，到开展衍生物生物合成与抗结核作用机制研究，再到此次深入解析关键P450酶的结构与催化机制，团队持续推进对ilamycin这一重要天然产物的系统研究。本项工作进一步将研究从“怡莱霉素如何合成”拓展至“关键结构单元如何精准催化”，为新型细胞色素P450单加氧酶的挖掘及天然产物生物合成与酶工程改造提供了新的理论依据和酶学工具。该研究得到了国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点项目、国家自然科学基金重点项目，国家重点研发计划等多个项目的支持。论文信息：Ming Peng, Qiaoling Wu, Yingying Chen, Yuyang Wang, Jianqiao He, Lele Ma, Xianhao Wang, Mengyu Li, Wei Jiang, Hongjie Zhu, Weilong Liu, Zhuo Shang, Zhao-jieTeng,* Jianhua Ju,* and Junying Ma*, An Enzyme from a Single P450 Monooxygenase Clade Orchestrates Six‑Electron Oxidation for Cyclopeptide Modification. ACS Catal. 2026. https://doi.org/10.1021/acscatal.6c03937文章链接： https://doi.org/10.1021/acscatal.6c03937

2026-09-15

华南植物园揭示树种多样性影响土壤真菌残体的时空效应

植树造林是恢复退化生态系统、提升陆地生态系统碳汇的重要途径。然而，在温带地区，造林早期土壤碳氮库如何变化，以及树种多样性和菌根类型何时开始影响地下碳过程，仍缺乏长期、全土层的观测证据。微生物残体是土壤有机质的重要来源，其变化可能比土壤总碳、总氮更早反映植被恢复的地下生态效应。中国科学院华南植物园恢复生态学研究团队联合德国综合生物多样性研究中心（iDiv）和莱比锡大学，依托德国MyDiv树种多样性长期野外试验，对不同树种丰富度和菌根类型配置群落开展近10年的0—100 cm土壤剖面研究，系统分析温带造林过程中土壤碳、氮及微生物残体的时空变化。科研团队研究发现，温带造林早期土壤碳、氮和微生物残体呈现明显的非同步变化和垂直分异。前10年，1 m土壤剖面总碳、总氮和微生物残体浓度总体分别下降约3%、17%和14%。前5年，总氮率先在0—40 cm土层下降，而总碳和微生物残体总体相对稳定；随后，总碳主要在5—40 cm土层下降，微生物残体则沿整个土壤剖面下降。结果表明，在该温带造林试验中，地下碳、氮及微生物来源碳并非同步变化，而是经历了明显的阶段性和垂直重组。更值得关注的是，在温带造林早期，树种多样性的地下效应早于土壤总碳、总氮库的显著响应，并首先通过真菌残体表现出来。前10年，树种丰富度和菌根类型尚未显著改变土壤总碳和总氮浓度，却已显著影响微生物残体，且主要由真菌残体驱动。造林初期，在丛枝菌根（AM）与外生菌根（ECM）树种组成的混合群落中，4树种处理表层微生物和真菌残体较2树种处理提高21%—27%；约10年后，在ECM群落中，4树种处理较单一树种处理提高约24%。这些结果提示，在温带造林背景下，树种多样性对土壤有机质形成的影响可能存在“微生物过程先响应、土壤碳库后显现”的时间滞后，真菌残体可能成为识别树种多样性地下效应的敏感指标。该研究深化了对温带造林早期地下碳过程及其生物多样性效应的认识，并为人工林恢复和土壤碳汇监测提供了新的科学依据。研究提示，仅依据短期观测、表层土壤或总碳变化，可能难以及时识别树种多样性的地下生态效应；将深层土壤、菌根功能类型和微生物残体纳入长期监测，有助于更加全面地评估温带人工林恢复过程中的地下碳变化。同时，合理配置树种多样性及不同菌根类型树种，可能通过影响微生物来源碳形成，为提升温带人工林长期土壤碳汇潜力提供新的生态学思路。由于本研究基于单点温带造林长期试验，相关规律能否推广至其他温带森林，以及热带、亚热带等不同气候、土壤和植被背景，仍需更多跨区域、长期定位试验进一步验证。相关研究成果已近期发表在国际学术期刊 Plant and Soil上。中国科学院华南植物园博士后李腾腾为论文第一作者，刘占锋研究员与Nico Eisenhauer教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究旗舰项目等资助。论文链接：https://doi.org/10.1007/s11104-026-09082-6图1. 试验设计与研究假设。（a）试验设计。MyDiv树种多样性试验于2015年在德国巴特劳赫施泰特（Bad Lauchstädt）建立，设置1、2和4个树种丰富度水平，以及丛枝菌根（AM）、外生菌根（ECM）和AM+ECM混合菌根（Both）3种菌根组成。试验采用随机区组设计，共2个区组、80个样地。分别于2015、2020和2024年采集0—100 cm土壤样品，并划分为8个土层（0—5、5—10、10—20、20—30、30—40、40—50、50—60和60—100 cm）。（b）研究假设。H1：土壤总碳（TC）、总氮（TN）和微生物残体随时间呈现不同的垂直变化特征，其中TN下降早于TC且影响土层更深；H2：树种丰富度增加促进微生物残体积累，其效应受菌根组成调节，预计在AM+ECM混合群落中最强，其次为AM和ECM群落；H3：树种多样性与混合菌根组成共同影响真菌残体积累及其早期变化，并导致真菌/细菌（F/B）残体比呈现土层依赖性变化。图2. 2015、2020和2024年0—100 cm土壤剖面总碳（TC）、总氮（TN）、微生物残体及真菌/细菌（F/B）残体比的垂直分布。曲线表示平均值±标准误（SE）。采用线性混合效应模型检验树种丰富度、菌根类型、土层深度和年份的影响，基于F检验标示显著效应（D：土层深度；Y：年份；M：菌根类型；R：树种丰富度；*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001）。涉及树种丰富度或菌根类型的显著交互作用以括号标示，以区分处理效应引起的交互作用与主要的时间和空间效应。

2026-09-16

鼎湖山刷新兰科植物纪录——宽叶线柱兰

9月12日凌晨，鼎湖山国家级自然保护区科研监测团队在开展红外相机监测与蝶类调查时，在鸡笼山一带发现一丛特别的地生兰花，经华南植物园植物分类专家鉴定，确认该物种为宽叶线柱兰Zeuxine affinis。这是鼎湖山保护区首次记录该物种，也是2026年继虎舌兰Epipogium roseum、全唇盂兰Lecanorchis nigricans之后发现的第3种兰科植物新纪录。宽叶线柱兰隶属于兰科线柱兰属植物。株高13-30厘米，茎直立、圆柱形、暗红褐色。叶片卵形、卵状披针形或椭圆形，长2.5-4厘米、宽1.2-2.5厘米，叶柄长1厘米，基部扩大成鞘。花茎直立、淡褐色，长5-20厘米，被毛；总状花序顶生，具数朵至10余朵花；苞片卵状披针形，背面及边缘被柔毛；花较小，黄白色；萼片离生，背面被毛；唇瓣白色，长6-7毫米，呈“Y”字形，二裂，前部边全缘或具波状齿；花期2-4月。宽叶线柱兰为典型的地生兰花，主要生于中低海拔的山坡或沟谷林下阴湿处。据文献资料，宽叶线柱兰分布较广，国内见于云南、海南、广东、广西和台湾等省区，国外见于印度至马来西亚；被列入《濒危野生动植物种国际贸易公约》（CITES）附录II。目前全球记录有线柱兰属植物约90种，我国有16种，广东有5种，其中宽叶线柱兰在广东主要见于广州、惠州、韶关、肇庆、江门、佛山及珠海等地。鼎湖山此次发现的宽叶线柱兰位于海拔较高的鸡笼山一带，生于山脊垭口的林下岩石上，一丛约8株，株高10-23厘米；该生境与文献记载的略有差异，这也丰富了我们对宽叶线柱兰生境适应性的认知。经查阅中国科学院华南植物园标本馆公开馆藏资料可知，石国良曾于1984年4月30日在鼎湖山保护区西南约7公里的小布村珠坑采集到两株处于花期的宽叶线柱兰标本，后经田怀珍鉴定确认。据《中国植物志》《广东植物志》记载，该物种花期通常在2-4月，而此次在鼎湖山发现的植株却在9月开花，推测这一反常现象可能与鼎湖山局部微环境对植株萌芽开花的“误导”有关。此次发现为探讨全球气候变化背景下南亚热带地生兰物候响应机制提供了重要线索。接下来，鼎湖山保护区将深入开展兰科植物长期动态监测，摸清区域内兰科植物本底，掌握其种群动态及其分布特征，逐步完善区域野生兰科植物种质资源数据库，加强兰科植物野生种群就地保护，切实守护好鼎湖山的绿水青山。宽叶线柱兰（范宗骥摄）

2026-09-16

南海海洋所 | Cytosporin生物合成中环氧介导的二氧化碳偶联生成五元环碳酸酯

9月1日，中国科学院南海海洋研究所闫岩/海南师范大学黎婉珊在《Journal of the American Chemical Society》上在线发表了题为“Cytosporin生物合成中环氧介导的二氧化碳偶联生成五元环碳酸酯”的研究论文。该研究阐明了真菌来源cytosporin的生物合成途径及其中五元环碳酸酯的生物合成机制。中国科学院南海海洋研究所助理研究员肖华为本文第一作者；本文通讯作者为中国科学院南海海洋研究所研究员闫岩和海南师范大学副教授黎婉珊。有机碳酸酯（OCs）是碳酸与醇形成的酯类化合物, 在材料科学、合成化学和医药等领域具有广泛应用，将二氧化碳（CO₂）高效转化为有机碳酸酯的催化过程是可持续化学和能源研究中的关键目标。在现有策略中，将CO₂与环氧化物偶联生成环碳酸酯是实现CO₂利用最具技术可行性和应用前景的途径之一，尽管用于该转化的高性能催化剂的开发已取得显著进展，但仍存在一定局限性，包括对有机溶剂的依赖、使用过渡金属的催化体系，以及高能耗的反应条件（通常涉及高温和高压过程）。近年来，越来越多结构新颖的有机碳酸酯类天然产物被成功分离鉴定，其结构形式多样，主要可以包括线性链型、小环（5–7元环）、中环（8元环）以及大环体系，其中五元环碳酸酯在天然产物中最为常见（如图1）。例如，源自链霉菌的大环aldgamycin E 和双环[7.3.0]十二碳二炔 NCS Chrom A，植物来源的愈创木烷型倍半萜 hololeucin 和木脂素衍生物 cycloolivil carbonate，以及由真菌产生的四氢蒽醌ocauxarthrol A 和 cytosporin E。同位素标记实验揭示细菌来源化合物aldgamycin E和NCS Chrom A中的五元环碳酸酯是通过无机碳酸氢盐的掺入形成。最近鉴定的四蛋白复合物通过氨甲酰基化、N-羟基化和非酶促酯化最终形成五元环碳酸酯。Cytosporins是一类真菌来源的meroterpenoids，以六氢苯并吡喃骨架为特征，具有血管紧张素II结合抑制和免疫抑制活性。其中cytosporin E是首个被发现含有五元环碳酸酯的成员。虽然多功能Baeyer-Villiger单加氧酶已被证明能催化真菌代谢物cytochalasin Z16中大环碳酸酯的形成，但在真菌天然产物中，五元环碳酸酯形成的机理和驱动力仍未得到阐明。图1 代表性的五元环状碳酸酯结构及其生物合成机制通过对产生菌Eutypella sp. F0219进行了基因组测序和分析。发现化合物1来源于高度还原型聚酮合酶产生的水杨醛前体，与trichoxide和flavoglaucin具有相似的生物合成逻辑。以HRPKS VirA为探针，鉴定了一个约46.8 kb的候选基因簇cyt，与vir和fog簇中编码的大多数蛋白具有较高的同源性。其中cyt簇包含15个基因：一个高度还原型聚酮合酶HRPKS（cytA）、四个短链脱氢酶SDR（cytB、cytD、cytK、cytL）、三个cupin结构域蛋白（cytC、cytG、cytH）、一个细胞色素P450氧化酶（cytE）、三个FAD依赖的单加氧酶（cytF、cytI、cytO）、两个转录因子（cytJ、cytM）和一个异戊烯基转移酶DMAT（cytN）。前期对于trichoxide的生物合成机制研究表明，水杨醛前体由HRPKS（VirA）和两个SDR（VirB和VirD）合成，对应cyt簇中编码的CytA、CytB和CytD。通过额外表达一个SDR VirL（对应vir簇中的CytL），可以大幅度提升水杨醛前体的产量。然而，cytABDL的共表达未能产生cytosporin的生物合成前体3。鉴于StrC（cupin结构域酶）在已知真菌烷基水杨醛BGCs中催化非经典芳香化反应、显著提高水杨醛产量。进一步将cytC或cytG（两个StrC同源蛋白，分别具有50.0%和43.0%序列相似性）与cytABDL共表达仍无产物。当cytC和cytG与cytABDL同时共表达时，可以产生推测的cytosporin生物合成水杨醛前体3。这表明CytC和CytG均为cytosporin生物合成中水杨醛前体生成所必需（如图2）。图2 cyt基因簇同源基因序列比对及其异源表达饲喂实验显示，仅表达cytE的A. nidulans能够将3转化为C6羟基化衍生物4。表达cytN使4在C4位异戊烯基化生成5。5饲喂表达cytF的菌株产生单一产物6，表明CytF催化5中C1-羟甲基的脱氢反应。然而，以6作为前体时，剩余cyt基因均不能将其转化为新代谢物，鉴于终产物1中C1以醇（而非醛）形式存在，推测6可能是生物途径中的旁支产物（如图2）。化合物5饲喂表达cytH的菌株产生单一产物9。CytH属于cupin超家族，与催化环氧醌生物合成中连续反应的AtyE具有57.8%序列相似性：先氧化对苯二酚为醌，再不对称环氧化生成环氧醌。据此推测，CytH可以先将5氧化为醌中间体7，再催化C4–C5双键的环氧化生成环氧醌8，9则由8通过A. nidulans内源还原酶形成。为避免A. nidulans内源背景修饰，后续实验改用Saccharomyces cerevisiae RC01。5饲喂表达cytH的酵母产生单一产物8，8饲喂表达cytI的酵母产生9，证明CytI催化8中C6羰基的不对称氢化。表达cytO的酵母菌株可以将化合物9转化为10和11（相同分子量）。10在水溶液中室温下自发转化为11，且11在纯化过程中易水解为12。推测不稳定的化合物11可由10经过分子内重排形成，以缓解两个环氧基团所产生的环张力，随后水解生成较为稳定的产物12。化合物10饲喂表达cytK的酵母菌株产生单一产物2，因而推测CytK可以先催化10中C3羰基的不对称氢化生成13，随后由新生成的C3羟基对C17进行亲核进攻，引发环氧开环生成2（如图3）。图3 饲喂实验鉴定后修饰基因功能在cyt簇所有后修饰酶功能表征完成后，化合物1中五元环碳酸酯形成的酶学机制仍然未知。由于cyt簇中无酶可负责碳酸酯环形成，从而考虑了自发非酶促反应的可能性。比较cyt簇生物合成酶学途径的终产物2与化合物1的结构，推测碳酸酯环可能源于无机碳酸氢盐。为了验证这个猜测，将2在pH 6.0–8.0的水溶液中与碳酸氢钠孵育6小时，结果呈pH依赖性：当pH ≥ 7.0时，可以观察到化合物2向五元环碳酸酯1的显著转化；当pH > 7.5时，化合物2的水解反应占主导，产物14为主要产物。这表明五元环碳酸酯可在中性水溶液条件下自发形成。为阐明碳酸酯环形成机理，使用18O标记的碳酸氢盐探究1中氧原子的来源。当反应以18O标记碳酸氢盐进行时，产物1显示4 Da的分子量增加，从而提示化合物1中有两个18O原子被标记。13C NMR中18O诱导的同位素位移显示C5和C20均出现轻微高场位移，确认1中的O21和O22均来源于碳酸氢盐。相比之下，水解产物14的13C NMR仅显示C5的同位素位移，表明碱性条件下O21来源于溶剂水（如图4）。基于此，提出以下反应机理：在pH 7.0（碳酸氢根占主导）时，化合物2的C5环氧化物被碳酸氢根进攻，导致环氧开环生成碳酸酯中间体15，C6羟基对15中C20羰基的分子内进攻生成中间体16，脱水后生成五元环碳酸酯1。碱性条件下（氢氧根占主导），氢氧根对2中C5环氧化物的亲核进攻导致水解生成水解产物14。稳态假设下的动力学研究表明反应速率对底物2和碳酸氢根浓度呈一级依赖，室温下测得速率常数k ≈ 0.15 M-¹·h-¹。为了评估该自发CO₂偶联反应的普适性，测试了cytosporin类似物9、17–20的反应活性。单环衍生物9在pH 7.0无反应（碱性条件下发生环氧水解而非碳酸酯形成），而双环底物17–19和三环衍生物20均成功反应生成相应五元环碳酸酯。这表明除了环己烯环上的C4–C5环氧和C6-羟基外，稠合的四氢吡喃环对偶联反应也至关重要，其存在可能通过向环氧引入额外张力从而增加底物反应性。为探究C7脂肪族侧链的贡献，研究者将2臭氧化后用硼氢化钠或二甲硫醚还原分别得到31和32，两者在pH 7.0水溶液中均能形成相应碳酸酯产物，表明C7脂肪族侧链不影响CO₂偶联反应性（如图4）。图4 ¹⁸O标记实验及底物选择性考察本研究鉴定并功能表征了cytosporin 组装的所有生物合成酶，通过异源表达和饲喂实验建立了完整生物合成途径。首次揭示了cytosporin 中五元环碳酸酯通过非酶促、环氧介导的CO₂偶联反应在中性水溶液条件下形成，并通过同位素标记和反应动力学实验予以证实。总之，这一非酶促五元环碳酸酯形成机制代表了天然产物生物合成中前所未有的策略。从更广泛的视角看，CO₂与环氧化物偶联生成五元环碳酸酯是CO₂价值化利用中最具技术可行性和经济前景的路线之一。而本研究中2与CO₂（以碳酸氢根形式）在pH 7.0水溶液中偶联生成1，无需催化剂或外部能量输入，这与现有催化过程（依赖有机溶剂、过渡金属催化体系及高温高压条件）形成鲜明对比。该发现不仅拓展了天然产物生物合成中CO₂固定化学的认知，也为开发环境友好的有机碳酸酯绿色合成路线提供了有价值的启示。研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。文章信息：Hua Xiao, Yong He, Xiufeng Zhang, Chenran Xu, Yongxiang Song, Menglan Luo, Yanqin Li, Huijuan Li, Xianglong Zhu, Jian Cai, Wan-Shan Li, Yan Yan; Epoxide-Mediated Carbon Dioxide Coupling Yields the Five-Membered Cyclic Carbonate in Cytosporin Biosynthesis. Journal American Chemical Society 2026; https://doi.org/10.1021/jacs.6c12612文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c12612

2026-09-04