科研进展--中国科学院广州分院

中国科学院2023年度乡村振兴项目进展暨2024年度定点帮扶项目实施方案论证会在环江召开

10月18日至20日，由中国科学院亚热带农业生态研究所牵头承担的2023年度中国科学院乡村振兴项目环江县农业高质量绿色发展模式及乡村振兴示范村创建进展暨2024年度定点帮扶项目环江农林产业与石漠化治理模式转型升级示范应用方案论证会在环江召开。10月18日至20日，由中国科学院亚热带农业生态研究所牵头承担的2023年度中国科学院乡村振兴项目“环江县农业高质量绿色发展模式及乡村振兴示范村创建”进展暨2024年度定点帮扶项目“环江农林产业与石漠化治理模式转型升级示范应用”方案论证会在环江召开。湖南农业大学王辉教授、欧立军教授，华中农业大学武松伟副教授、中国科学院地理科学与资源研究所戚伟副研究员等担任项目特邀专家。项目负责人何寻阳研究员、各课题负责人和项目骨干、项目参与人员等参加会议。会议上半程，项目负责人何寻阳围绕2023年度乡村振兴项目整体进展与考核指标完成情况等进行了汇报。随后，亚热带生态所何寻阳研究员、肖孔操副研究员、付智勇副研究员、肖峻副研究员、西双版纳热带植物园毛新雨助理工程师分别就课题进展、存在问题及解决措施、下一步工作计划等进行了汇报。专家组在听取项目及各课题进度汇报后，针对项目和课题的课题间衔接性、存在不足、后续工作规划等进行了质询和讨论。专家组认为，项目整体进展情况较好，符合任务书要求。他们还对加强技术示范应用落地等方面提出了宝贵建议，为项目组查漏补缺、做好后续工作提供了有效的支撑。会议下半程，项目负责人何寻阳介绍了2024年度定点帮扶项目背景及主要任务开展情况。随后，亚热带生态所付智勇副研究员、肖孔操副研究员、张浩研究员，昆明植物所刘伟副研究员、西双版纳热带植物园毛新雨助理工程师、华中农业大学胡承孝教授、西南大学宋震教授分别就课题实施方案进行了汇报。专家组仔细听取了项目及各课题实施方案汇报，并进行了热烈讨论。专家组认为，项目整体实施方案合理，建议进一步加强课题之间衔接，为保障项目顺利实施提供了科学参考。会议期间，专家组还对平治桑蚕产业示范基地、大麻村与文化村柑橘示范基地及向未来牧业有限公司进行了实地调研，对各个示范区的建设定位、设计规划、建设进展等情况进行了现场交流和指导。会议现场参会人员合影与会专家现场调研

2024-10-22

“挑战者”深渊环流动力学研究取得重要进展

近日，深海所海洋环流观测与数值模拟研究室联合中国海洋大学三亚研究院在Nature子刊《Nature Communications》在线发表了题为"Three-layer circulation in the world deepest hadal trench"的研究论文。该研究基于万米级深渊潜标观测阵列，首次发现“挑战者”深渊深层三层环流结构，并揭示环流结构的形成机制；该研究发现对研究深渊物质输运、沉积过程以及物种迁徙具有重要的参考意义。近日，深海所海洋环流观测与数值模拟研究室联合中国海洋大学三亚研究院在Nature子刊《Nature Communications》在线发表了题为"Three-layer circulation in the world deepest hadal trench"的研究论文。该研究基于万米级深渊潜标观测阵列，首次发现“挑战者”深渊深层三层环流结构，并揭示环流结构的形成机制；该研究发现对研究深渊物质输运、沉积过程以及物种迁徙具有重要的参考意义。江会常博士为论文第一作者，中国海洋大学肖鑫博士为共同第一作者，徐洪周研究员和中国海洋大学周春教授为共同通讯作者，中国海洋大学田纪伟教授为合作作者。 “挑战者”深渊是世界上最深的深渊海沟。来自南大洋的低层绕极深层水（LCDW）经由这一关键枢纽侵入雅浦海沟和菲律宾海盆（图1），从而对局地环境产生重要影响。由于极端深度环境下采样十分困难，目前仍不清楚“挑战者”深渊的LCDW输送和深层环流结构。为了探究上述科学问题，研究室联合中国海洋大学深渊研究团队在“挑战者”深渊布放了万米级潜标阵列进行长时间流速观测（图2上）。通过分析海流数据，研究发现“挑战者”深渊3600米以深存在三层环流结构，自上而下分别为西向流、气旋式环流以及反气旋式环流（图2下）。西向流在夏季转为东向，表明深海盆之间存在双向连通性，而气旋式环流和反气旋式环流则相对稳定。结合潜标观测、数值试验和前人发现的分析结果表明，该环流结构是由LCDW入侵、局地特殊地形以及底部强湍流混合共同作用而形成。其中，底部强湍流混合在驱动反气旋环流方面起到关键作用。万米级潜标观测阵列的布放和回收工作得到了中国海洋大学“东方红2号”和深海所“探索一号”科考船全体工作人员的大力支持和协助，数值试验的工作得到深海所公共技术中心提供的计算资源支持。该项研究受国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国博士后科学基金和海南省科技人才创新项目等共同资助。论文信息：Jiang Huichang#,Xiao Xin#,Xu Hongzhou*,Zhou Chun*,Philip A. Vetter,Yu Liu,Long Tong,Chen Qi'an,Tian Jiwei. (2024). Three-Layer Circulation in the World Deepest Hadal Trench. Nature Communications,15(1),8949.原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53370-7图1. “挑战者”深渊位置和潜标站位置、以及西太平洋深层环流示意图图2. 深渊潜标观测阵列（上）和环流动力结构示意图（下）

2024-10-22

GR: 世界上第一个被发现的石炭纪末期的高品位大型菱锰矿矿床

锰是一种大宗紧缺的能源金属。现代大洋锰结核以MnO2为主（图1a），极少有MnCO3（菱锰矿）结核或矿层被发现；而我国陆域锰矿的主体成分为MnCO3（图1b）,呈现了海陆迥异的锰矿物状态。为深刻认识锰矿形成机理，方便海洋和陆地锰矿勘查，深海所与中国地调局西安矿产调查中心、长大、中国地调局西安地调中心、渥太华大学、伦敦大学学院、中国地调局综合调查指挥中心合作，对西昆仑奥尔托喀讷什大型碳酸盐型锰矿进行了剖析。深海所作为通讯单位的论文Discovery of Late Carboniferous high-grade carbonate-hosted manganese mineralization in the Maerkansu Area of the Western Kunlun Orogen,Northwest China)在TOP期刊Gondwana Research发表(中科院1区，IF= 7.2)。图1. 现代锰结核手标本横切面(图a)和菱锰矿晶体（图b）奥尔托喀讷什大型碳酸盐型锰矿形成于古特斯洋向北俯冲的弧后盆地环境，本次工作通过新鲜锰矿石有机质的Re-Os定年显示其成矿时代为302 ± 9 Ma，是晚石炭世期间世界上第一个被发现的高品位菱锰矿矿床。该时期柴达木、华北板块均存在古特斯洋向北俯冲的弧后盆地环境（图2a），但却未有菱锰矿床的发现。研究推测：塔里木地幔柱的活动促进了西昆仑菱锰矿矿床的形成（图2a）。原因在于：（1）锰矿成矿时代与其北部塔里木地幔柱启动时间一致（塔里木金伯利岩年龄300.5 ± 4.4 Ma被认为是地幔柱启动时间(Zhang et al.,2013)（图2b）；（2）Re-Os同位素显示矿区有地幔物质参与；（3）西昆仑北部存在塔里木地幔柱，西昆仑南部的北羌塘地体(图2a)在早二叠纪也有地幔柱活动(Zhang and Zhang,2017),故夹在中间的西昆仑地区也应受到地幔柱的影响。矿区存在强烈的热水沉积活动，可能地幔柱影响下的弧后盆地的热水活动，提供了锰源。图2. 奥尔托喀讷什大型碳酸盐型锰矿的地质背景(Gao et al.,2024)：其中图a晚石炭世古地理重建（据李荣社等，2011；Huang et al.，2018--ESR修改）。草莓状黄铁矿、自生石英以及d34S达-38.7‰指示微生物在锰矿中起到了作用。矿床所在的弧后盆地具有饥饿盆地性质（图3），该环境通常可增强微生物的成矿作用。矿区的碳酸盐型锰矿石具有现代大洋锰结核的正Ce异常，且V/(V+Ni）在0.39左右，指示锰矿石经历了以Mn4+沉积的氧化阶段（Cycle I）（图3a-b），微生物可能在Mn4+富集过程中起到了作用。经计算该阶段氧逸度大概为FMQ+6.4。图3. 西昆仑造山带晚石炭世奥尔托喀讷什大型碳酸盐型锰矿床成矿模式（Gao et al.,2024）矿石的Pr/Ph小于0.8（高度缺氧），指示锰矿石经历了还原阶段（Cycle II）（图3c），使Mn4+变为了Mn2+，该阶段氧逸度大概在FMQ + 4.5。全岩13CV-PDB值（从-19.5‰～-8.2‰）比围岩的13CV-PDB值（-5.3‰～+4.2‰）偏负，而锰矿石中干酪根的13CV-PDB值（-29‰）明显低于全岩，推测有机质还原功能在Mn4+转换为Mn2+的过程中（Cycle II）起到了关键作用。研究最终指出：在伸展构造背景下，存在地幔柱的影响，热水活动强烈，有饥饿盆地性质的沉积环境，且有机质含量高的地层是菱锰矿富集成矿的优先位置。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.gr.2024.06.006

2024-10-22

脂质组与蛋白质组分析揭示深渊狮子鱼对极端深海环境的适应机制

近日，中国科学院深海科学与工程研究所和水生生物研究所何舜平团队，在《Water Biology and Security》期刊上发表了一项研究成果《Lipidome and proteome analyses provide insights into Mariana Trench Snailfish (Pseudoliparis swirei) adaptation to the hadal zone》，详细揭示了马里亚纳海沟狮子鱼（Pseudoliparis swirei）如何通过调节脂质和蛋白质的代谢机制，成功适应全球最深的海洋环境。首次通过对脂质组和蛋白质组的联合分析，研究团队揭示了该鱼类如何在极端的高压、低温和食物匮乏环境中生存的关键分子机制。挑战重重的深渊带环境马里亚纳海沟位于地球最深处，常年处于黑暗中，极高的水压和低温对生物的生存构成巨大挑战。水深每下降10米，水压便增加0.1兆帕（MPa），对大多数生物的细胞过程如分裂、代谢等造成了极大干扰。此前，该团队已经在基因组和转录组水平上对深渊狮子鱼的适应性机制进行了详细的探讨，但在脂质代谢组和蛋白质组水平上目前还未有相关研究。能量储存与利用机制的突破深海鱼类普遍具有较大的肝脏组织，尤其是深渊狮子鱼膨大的肝脏特别引人注目。该研究中，科研团队对捕获于马里亚纳海沟不同深度（2,027至7,125米）的五种深海鱼类（包括Bathysaurus mollis、Coryphaenoides rudis、Ilyophis sp.、I. brunneus以及马里亚纳海沟狮子鱼（MHS）的肝脏组织脂质代谢组和蛋白质组进行了深入的分析，揭示了深渊狮子鱼独特的生存策略。研究检测了8个大类，36个亚类的脂质分布，结果表明MHS与其他四种深海鱼类的总脂质水平相当，三酰基甘油（TG）作为主要的能量储备，在深海鱼类脂质组中均占据主导地位。此外，自由脂肪酸（FFA）、胆固醇及其酯类（CE，胆固醇）、磷脂和二酰基甘油（DG）也是深海鱼类肝脏中主要的脂质成分。磷脂和甾醇是膜结构的重要组成部分，而自由脂肪酸对于深海鱼类的细胞调节至关重要。研究发现，马里亚纳狮子鱼通过显著增加肝脏中的胆固醇酯（CE）、醚键三酰基甘油（TG-O）、辅酶Q（CoQ）和ATP酶含量，帮助其在食物匮乏的条件下储存和有效利用能量。这种机制极大地延长了狮子鱼在深海环境中的生存能力，尤其是在长时间禁食的情况下，这些分子储备可被分解用于提供能量。维持高压下细胞膜的流动性此外，与其他深海鱼类相比，深渊狮子鱼表现出脂肪酸代谢路径的显著差异，特别其肝脏中含有更高比例的不饱和脂肪酸，进一步的脂质链长度分析表明，深海鱼类肝脏中某些脂质的脂肪酸链长度趋向于更长。在高压环境下，保持膜流动性对于深海生物的生存至关重要，膜的刚性主要通过胆固醇和磷脂酰乙醇胺（PE）调控，另外PE与磷脂酰胆碱（PC）的比值，也可以指示出膜的流动性。该研究发现，在五种深海鱼类的肝脏组织中，MHS肝脏中的胆固醇和PE含量占总脂质的比率显著降低，且深渊狮子鱼肝脏中PE与PC比值显著降低。表明MHS优化了脂质比例，以在极端高压下维持高膜流动性，保障细胞功能和生存。应对氧化应激的强大防御机制深海环境中的食物匮乏和高压条件会增加细胞内自由基的产生及氧化应激风险，研究发现，马里亚纳狮子鱼可以通过一系列抗氧化机制有效减少了氧化损伤。多不饱和脂肪酸和磷脂酰乙醇胺（PE）更容易氧化，这加剧了细胞的脆弱性，导致细胞损伤和死亡。研究表明，深渊狮子鱼类通过增加单不饱和脂肪酸含量同时减少多不饱和脂肪酸含量，并降低磷脂酰乙醇胺（PE）等容易氧化的脂质比例，有效降低了脂质过氧化的风险。此外，狮子鱼肝脏中转铁蛋白（Transferrin）和热休克蛋白（HSPs）的显著高表达，进一步增强了其对抗氧化应激的能力。转铁蛋白能够有效调节体内的铁平衡，防止自由铁引发的氧化应激，而热休克蛋白则在极端压力下帮助蛋白质折叠和修复，是细胞生存的关键。深海适应的分子机制揭示更多适应性进化本次研究不仅揭示了狮子鱼在深海环境中的适应机制，还为深海鱼类在营养匮乏和极端环境中如何通过代谢调节来应对挑战提供了重要线索。研究显示，马里亚纳狮子鱼的脂质代谢路径与胆固醇代谢、脂肪消化吸收、膜流动性调节等密切相关，尤其是通过调节胆固醇和磷脂的含量，使其在高压环境下能够保持细胞膜的流动性。此外，研究团队还发现，该鱼类的胰岛素抵抗途径在深海适应中发挥了重要作用，可能通过促进脂肪生成来应对长期的营养匮乏。这一发现进一步揭示了深海鱼类如何在长期的生存压力下进行能量保留与代谢调节。图1. 五种深海鱼类的采样地点图2. MHS肝脏组织的脂质组和蛋白质组分析揭示适应机制图3. MHS与其他四种深海鱼类间具有显著差异的脂质代谢物图4. MHS与其他四种深海鱼类脂质代谢差异的KEGG富集分析未来展望：为深海生物适应性研究开辟新方向该项研究的结果为深海生物对深渊环境的适应机制研究提供新的视角。研究团队指出，未来将通过进一步探测更多深海鱼类的脂质组和蛋白质组，深入研究不同深度环境中的生物适应性。该研究由中国科学院战略性优先研究计划和国家自然科学基金支持，中科院深海所徐涵博士为本研究的第一作者，何舜平研究员为本研究的通讯作者。文章链接:https://doi.org/10.1016/j.watbs.2024.100295

2024-10-18

广州健康院建立胰腺炎疾病和靶向药物细胞谱系

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院陈奇研究组在Journal of Genetics and Genomics上发表研究论文ATN-161 alleviates caerulein-induced pancreatitis，阐明了血管内皮细胞在胰腺炎中的疾病谱系。近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院陈奇研究组在Journal of Genetics and Genomics上发表研究论文ATN-161 alleviates caerulein-induced pancreatitis，阐明了血管内皮细胞在胰腺炎中的疾病谱系，并据此发现内皮细胞受体Integrin-α5的抑制剂ATN-161在胰腺炎治疗中的重要作用。胰腺炎（pancreatitis）是最常见的胃肠道疾病，每年全球患者高达700万-900万，在重症患者中有极高的致死率，并可能诱发更为致命的胰腺导管腺癌。据统计，美国2018年因胰腺炎入院患者高达30万，治疗耗资近80亿美元。然而，目前对胰腺炎的治疗主要以静脉输液、感染预防和疼痛管理为主，亟需靶向性药物用于胰腺炎的治疗。在这项工作中，研究团队利用经典的雨蛙素胰腺炎动物模型，对胰腺炎发病过程中的胰腺血管内皮细胞、腺泡和导管等细胞进行了多时间点的单细胞转录组病理性谱系分析。发现胰腺炎显著改变了胰腺内血管内皮细胞的转录组性质，而胰腺内内皮细胞的病理谱系状态与胰腺炎的发展和恢复过程一致。在胰腺中，导管上皮细胞与血管内皮细胞紧密并行，而胰腺炎的病变伴随异常的血管增生。进一步分析表明，导管上皮细胞与血管内皮细胞存在紧密的细胞间互作，胰腺炎会诱发CK19阳性类导管细胞过量分泌Spp-1，靶向内皮细胞上的受体Integrin-α5。利用Integrin-α5的抑制剂ATN-161，能够显著抑制胰腺炎发病过程中的病理现象，包括腺泡-导管化生和病理性血管新生，并促进导管上皮细胞与血管内皮细胞间互作的重建。ATN-161的药物处理谱系分析显示，该药物处理显著恢复了内皮、腺泡和导管等细胞的谱系状态。ATN-161在一期临床实验中展现出明显的安全性，因此该药物及其相关修饰物极可能为胰腺炎的治疗提供新方案。这项工作主要在中国科学院广州健康院开展，相应成果已申请国家发明专利。陈奇研究组的研究生高荣荣、马兰跃、陈建伟和王钰翔为该论文的共同第一作者。陈奇研究员和华南理工大学的刘阳教授为共同通讯作者。相关工作得到国家重点研发计划、教育部中央高校科研项目、中国科学院、国家自然科学基金委、广东省科技厅等项目的资助，中国科学院广州健康院分析测试中心和实验动物中心提供技术支持。论文链接胰腺炎和ATN-161病理与药物谱系分析总结的工作模型

2024-10-22

广州健康院合作开发有望预防寨卡病毒感染的单剂接种环状RNA疫苗

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院（广州健康院）冯立强研究员、巫林平研究员与广州实验室陈凌研究员等合作，在Nature Communications期刊发表了题为“A single-dose circular RNA vaccine prevents Zika virus infection without enhancing dengue severity in mice”的最新研究成果。近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院（广州健康院）冯立强研究员、巫林平研究员与广州实验室陈凌研究员等合作，在Nature Communications期刊发表了题为“A single-dose circular RNA vaccine prevents Zika virus infection without enhancing dengue severity in mice”的最新研究成果。该研究利用环状RNA（circRNA）编码改良寨卡病毒（Zika virus,ZIKV）抗原，探索了一种单剂接种即可预防寨卡病毒感染且无登革病毒感染增强风险的疫苗新策略。寨卡病毒与登革病毒（Dengue virus,DENV）类似，均属于黄病毒科，蚊媒相似，流行区域重叠。2007年后，寨卡病毒疫情逐渐蔓延至数十个国家。寨卡病毒感染可导致先天性寨卡综合征（如新生儿小头畸形）及吉兰-巴雷综合征等严重神经系统疾病，尚无临床可用的预防疫苗。寨卡病毒感染与登革病毒感染之间的抗体依赖感染增强风险（Antibody-dependent enhancement of infection,ADE）是寨卡病毒预防疫苗研究须攻克的瓶颈。由于抗原相近，寨卡病毒感染或预防疫苗免疫可诱导针对登革病毒的交叉结合抗体，这些抗体往往中和能力不足，不但不能阻断登革病毒感染，反而通过靶细胞表面Fcγ受体促进登革病毒入侵，加重感染。多个动物模型及临床队列研究表明预存寨卡病毒抗体可加重登革病毒感染。为绕开ADE，该研究采用寨卡病毒包膜蛋白结构域III（EDIII）作为抗原。EDIII含有主要的中和抗体表位，在寨卡病毒与登革病毒间差异较大，有潜力诱导特异性中和抗体反应，减少登革交叉抗体的产生。鉴于EDIII免疫原性较弱，该研究首先探索了不同聚体EDIII诱导中和抗体及T细胞免疫的能力，发现二聚体比单体或三聚体能够诱导更高水平的中和抗体及T细胞反应。此外，为提升保护效果，该研究引入另一保护性抗原—非结构蛋白NS1。该团队前期证明非结构蛋白NS1可诱导保护性免疫反应，且无诱发ADE的风险（NPJ Vaccines,2018；mBio,2021）。研究结果表明，编码EDⅢ-Fc和NS1抗原的circRNA疫苗在“母鼠免疫+仔鼠攻毒”模型及干扰素受体缺陷鼠模型均能有效预防寨卡病毒感染。重要的是，circRNA骨架的优化可提升抗原表达量，优化后单剂接种疫苗即可产生有效且持久的免疫保护。在登革病毒感染小鼠模型，该疫苗策略未触发登革病毒ADE。该成果不仅为研制安全有效的寨卡病毒疫苗提供依据，也提示circRNA技术及EDIII-NS1抗原策略有潜力应用于登革病毒等蚊媒黄病毒疫苗的研发。广州健康院博士研究生刘兴龙、助理研究员李正锋、硕士研究生李晓霞为该论文的共同第一作者；广州健康院冯立强研究员、巫林平研究员，广州实验室陈凌研究员为共同通讯作者。广州健康院王建华研究员、瞿林兵副研究员，广州医科大学附属市八医院李锋研究员、庾蕾研究员，中山大学李义平教授等提供了重要实验材料及宝贵建议。广州健康院实验动物中心和分析测试中心为本研究提供了重要支撑。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省自然科学基金等支持。论文链接图1 编码EDIII及NS1抗原的环状RNA疫苗可预防寨卡病毒感染且无登革病毒感染增强风险

2024-10-21

华南植物园揭示植物叶片水力效率和安全权衡变化的气候驱动因子

经典的“植物水力权衡假说”认为，植物的水力传输效率和安全之间存在权衡关系。然而，相比于枝条，叶片的水力权衡关系的研究没有受到足够关注。叶片被认为是植物水分传输的一个重要“瓶颈”，前人的研究表明，叶片的水力权衡关系仍存在较大的争议，尤其是其生理生态机制以及潜在的气候驱动因子仍不清楚。中国科学院华南植物园植物生理生态研究组博士后金益，构建了包含全球81个样地362种被子植物叶片水力性状的数据库，通过多种模型分析发现，在全球尺度上被子植物叶片水力效率和安全之间存在显著但是微弱的权衡关系。同时，植物生长区域的阳光辐射和降水条件共同驱动了权衡关系的变化，即：生长于高阳光辐射和低降水区域的植物通常有较高的叶片水力效率和安全，而生长在高降水且低阳光辐射环境条件下的植物有更低的水力效率和安全。此外，生长在高阳光辐射和低降水区域的植物可以通过增加叶片的比叶重、叶脉密度以及渗透调节能力，增强叶片水力安全性但不影响水力效率，从而改变叶片水力策略，以保障植物在特定栖息地的生长和存活。该研究在全球尺度上揭示了叶片水力效率和安全的权衡关系及其生理生态机制，为阐明植物的水分适应策略提供了新观点，对探究气候变化下植物的响应与适应及其分布格局具有重要科学意义。相关研究结果以“Precipitation,solar radiation,and their interaction modify leaf hydraulic efficiency-safety trade-off across angiosperms at the global scale”为题在线发表于国际主流学术刊物New Phytologist（《新植物学家》）（IF5-year=10.2）上。该研究得到了国家自然科学基金，中国科学院青年创新促进会和广东省科技计划等项目的资助。论文链接：http://doi.org/10.1111/nph.20213图1. 年均降水量(MAP)和太阳辐射(SR)对叶片水力效率和安全权衡关系的交互作用。

2024-10-21

华南植物园对全球红树林土壤碳来源研究获重要进展

红树林是最具生产力的蓝碳生态系统之一，提供一系列生态系统服务，包括渔业生产、海岸保护、沉积物固定，尤其是碳固存。红树林沉积物约占整个生态系统碳储量的70%，其含量随着地理位置变化，这主要取决于沿海环境（如河口和海洋红树林）。蓝碳生态系统不仅通过生物过程吸收大气中的二氧化碳，而且还作为从外部来源的碳的储存库。红树林沉积物，在潮汐交换的促进下，既积累了来自红树林植被的内源有机碳，也沉积了来自海洋或陆地的外源有机碳。中国科学院华南植物园海岸带生态系统与环境健康研究组的研究人员对红树林土壤有机碳来源进行了全球尺度的分析。此研究结合了红树林沉积物的稳定同位素特征、氮碳比值和有机碳库的综合数据集，以及相关的环境和社会经济信息，包括红树林与河流的接近程度。该研究确定了红树林土壤有机碳的来源，比较了河口红树林和海洋红树林的有机碳储量，并利用机器学习算法解析了影响红树林有机碳来源的主要因素。在全球范围内，源自红树林的内源有机碳是河口和海洋红树林表层土壤有机碳的主要来源（分别为49%和62%）。河口型红树林沉积物中积累的海源有机碳（21%）少于陆源有机碳（30%）。河口红树林在沉积物中积累的有机碳比海洋红树林多（分别为282±8.1 Mg C ha-1和250±5.0 Mg C ha-1），这可能主要是由于额外的陆源有机碳输入。在全球范围内，海洋型红树林的碳储量占全球红树林总碳储量的67%，达到3025±345 Tg C，而河口红树林沉积物中的碳储量为1502±154 Tg C。研究结果解析了沿海环境对红树林土壤有机碳来源的影响，强调了准确的量化有机碳来源对于有效分配蓝碳信用（Blue C credit）的必要性。相关研究成果以“A global assessment of mangrove soil organic carbon sources and implications for blue carbon credit”为题已近期在线发表在综合类学术期刊Nature Communications（《自然通讯》）上（链接：https://rdcu.be/dXlOE）。华南植物园博士研究生张靖凡为论文第一作者，研究组长、小良站站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项目、“一带一路”国家与国际科学组织联盟项目、国家重点研发计划、科技部海洋负碳排放国际大科学计划等项目资助。图1. 不同有机碳来源对河口和海洋沉积物有机碳的相对贡献。图2. 河口和海洋红树林土壤有机碳储量及其分布图3. 河口和海洋红树林沉积物中有机碳来源的概念图

2024-10-21

广州地化所发现富钯的铂族新矿物——王焰钯矿

铂族元素（英语：Platinum-group elements，简称PGEs），又称铂系金属，包括钌（Ru）、铑（Rh）、钯（Pd）、锇（Os）、铱（Ir）、铂（Pt）六种金属元素，位于元素周期表第五、六周期，VIIII族。这些金属稀有且贵重，通常被称为稀有金属或稀贵金属，它们具有优良的物理化学性质，能够在高温、腐蚀环境下表现出很强的催化性、稳定性和耐蚀性，因此能够用于许多应用领域，被世界各大工业体视为战略性关键金属。钯作为铂族元素家族的重要一员，具有耐高温、抗氧化等特性，是航天、航空、航海、军事和核能等高科技领域以及汽车制造业不可缺少的关键材料。近日，中国科学院广州地球化学研究所陈晨博士后、鲜海洋副研究员和朱建喜研究员等科研人员发现了自然界的富钯的铂族新矿物。该矿物于2024年10月获得国际矿物学协会新矿物命名及分类委员会(IMA-CNMNC)的批准，编号为IMA2024-008a，英文名为Wangyanite，矿物缩写为Wyn，中文名为“王焰钯矿”，以我国知名的岩浆铜镍硫化物矿床专家王焰研究员的名字命名。该矿物为国际矿物学协会IMA批准的第83个含Pd矿物，也使铂族矿物种类达到168个。王焰钯矿发现于美国Stillwater层状岩体的J-M Reef铂族元素矿床的浸染状硫化物矿石中。该新矿物粒径变化大，从数微米至数百微米不等，主要与镍黄铁矿和含钯的铂族矿物伴生，呈半自形粒状产出于斜长石的粒间。王焰钯矿为不透明矿物，金属光泽，性脆易碎，无裂理，反射色为黄棕色，均质性，无双反射和反射多色性；理想晶体化学式为PdNi8S8，等轴晶系，空间群Fm-3m (#225)，晶胞参数：a=10.1167(12) Å,V=1035.4(4) Å3 (Z=4)，属镍黄铁矿族的富钯新矿物。初步研究表明，王焰钯矿是岩浆铜镍硫化物矿床中重要的富钯矿物，其形成机制与演化的富镍硫化物熔体和前期形成的铂族矿物密切相关。该矿物的发现及与其伴生硫化物和铂族矿物的结构关系，为揭示硫化物熔体的演化历程和铂族元素的分配行为提供了重要信息和新的研究思路。王焰钯矿的所有发现和检测工作由中国科学院广州地球化学研究所应用矿物学科组新矿物研究团队主导完成。在课题组长朱建喜研究员带领下，团队主要成员鲜海洋副研究员、杨宜坪工程师、林枭举工程师等建设了包括（冷冻）聚焦离子束加工、（冷冻）三维电子衍射、扫描电镜-拉曼联用方法等用于形貌、成分和晶体结构解析的全流程微-纳米级新矿物研测平台。该平台拥有微区X射线衍射仪、拉曼-扫描电镜、聚焦离子束-扫描电镜、电子能量损失谱-透射电镜、固体核磁共振波谱仪等多台套大型分析仪器，可对数十纳米至数微米级粒径未知物相成分和结构进行物相解析。2024年度，借助该平台已经获批两个新矿物，另2个新矿物正在申报中，王焰钯矿是本团队在该平台完成的首个新矿物。研究得到了国家自然科学基金项目，中国科学院青年促进会和中国科学院仪器设备功能开发技术创新项目资助。图1 王焰钯矿（Wyn）的形貌、产状及共生矿物组合（Pl-斜长石；Brg-硫镍钯铂矿；Ccp-黄铜矿）

2024-10-21

南海海洋所发现逆转录酶通过重编辑温和噬菌体的基因组赋予其超感染能力

近日，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王晓雪研究员团队发现逆转录酶通过“重编辑”温和噬菌体的基因组赋予其超感染能力，具有超感染能力的噬菌体在生物膜中实现快速增殖。相关研究成果以“A reverse transcriptase controls prophage genome reduction to promote phage dissemination in Pseudomonas aeruginosa biofilms”为题，10月20日在线发表于Cell子刊Cell Reports。南海海洋所研究员郭云学，2022级博士研究生林世团为该论文共同第一作者，研究员王晓雪为通讯作者。在生物界的漫长进化历程中，逆转录酶的发现改变了对遗传信息传递方式的认识。在许多真核生物中，端粒酶逆转录酶通过逆转录将端粒DNA加至真核细胞染色体末端，填补DNA复制损失的端粒，以保护基因组的完整性。在逆转录病毒（RNA病毒）中，逆转录酶将病毒RNA逆转录合成双链DNA，双链DNA被整合酶整合至宿主细胞染色体DNA上形成前病毒，并可随宿主细胞分裂传递给子代细胞。研究团队发现单链DNA病毒-丝状噬菌体的基因组携带了逆转录酶，通过对生物膜形成中的丝状噬菌体“释放-再次侵染”过程的详细解析，意外的发现该逆转录酶负责合成了一个精简的丝状噬菌体基因组，舍弃了约1/3的基因组。这个重编辑的噬菌体基因组保留了噬菌体组装的必需基因，并截获激活因子上游ncRNA的强启动子确保噬菌体激活因子及其下游基因的高表达，重编辑的噬菌体基因组还丢掉了免疫调控区，具有了“超感染”能力。在生物膜形成过程中，重编辑的噬菌体能够取代一部分宿主菌中的温和噬菌体，成为不断产生超感染噬菌体的“超级宿主菌”。“超级宿主菌”不仅能大量产生超感染性噬菌体，还表现出对超感染性噬菌体的抵抗能力，进而维持生物膜的结构稳定性，以及生物膜中噬菌体与宿主菌比例的平衡（图1）。研究结果证实，添加逆转录酶抑制剂能够有效地抑制生物膜中超感染噬菌体的产生。研究的不足之处在于本项研究中还未能直接构建“重编辑噬菌体基因组” 体外反应体系，研究团队还在继续相关的尝试。逆转录酶对DNA病毒基因组编辑功能的这一发现，拓展了人们对噬菌体生物学特征及生物膜中噬菌体与宿主菌复杂互作的微观认识。近年来，融合CRISPR/Cas9 切口酶的工程化逆转录酶以及反转录子中的逆转录酶展现出作为真核生物基因组编辑工具的巨大潜力，为治疗遗传性疾病和开发定制化治疗方案提供了新的可能性。丝状噬菌体的逆转录酶的应用前景也值得探究。本研究工作得到国家自然科学基金、国家科技部资源调查专项、广东省本土创新团队等项目和南海海洋所基础前沿与创新发展 “一体化”项目的资助。图1. 逆转录酶控制超感染噬菌体Pf4的产生及其在生物膜中扩散模式图。RF Pf4：复制型Pf4； SI Pf4：超感染Pf4。相关论文信息：Guo Yunxue #,Lin Shituan#,Chen Ran,Gu Jiayu,Tang Kaihao,Nie Zhaolong,Huang Zixian,Weng Juehua,Lin Jianzhong,Liu Tianlang,Matthew K. Waldor,Wang Xiaoxue*. A reverse transcriptase controls prophage genome reduction to promote phage dissemination in Pseudomonas aeruginosa biofilms. 2024,Cell Reports,43(11):114883.论文链接：doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114883

2024-10-21