科研进展--中国科学院广州分院

华南植物园在夹竹桃科花粉器研究获新进展

花粉在花药中产生，在植物个体发育中出现最晚，生活期短，受环境的影响小，其形态结构变异丰富含有大量的演化信息，是解析被子植物多样性成因的关键密码。大多数被子植物产生单花粉，少数类群产生复合花粉，即花粉成熟时两个或以上花粉粒联合在一起的散粉单元。根据所结合花粉粒的多少，可以分为四合花粉、多合花粉和花粉块。花粉单元的系统演化路径为单花粉→四合花粉→多合花粉→花粉块。花粉块是进化程度最高的复合花粉，与传粉附属结构连接组成一种独特的传粉装置——花粉器。花粉器是繁殖器官的创新性状，在兰科和夹竹桃科植物中均有报道。已知研究表明，花粉器是传统上将萝藦科从夹竹桃科分出来的主要特征，也是将萝藦科并入夹竹桃科建立现代夹竹桃科分类系统的有力证据。夹竹桃科花粉器在传粉过程中与合蕊柱结构相适应，促进了生殖功能转变，加速了物种形成及多样化进程。达尔文曾指出夹竹桃科花粉器结构是“优美的适应”（beautiful adaptation）。中国科学院华南植物园植物研究中心匡延凤博士等人基于夹竹桃科多个类群的花粉器形态、发育和演化研究，揭示了球兰属花粉器的形态多样性及其性状演化历程。球兰属花粉器最典型的类型为，花粉块斜长形或长椭圆形，具透明边缘，花粉块柄具翅，着粉腺小（图1）。祖先状态重建分析表明，透明边缘和花粉块柄翅是球兰属花粉器的祖先性状。该研究结果已经发表在经典的国际植物学期刊Botanical Journal of the Linnean Society（《林奈学会植物学》）（Kuang et al. 2024）上。DOI: 10.1093/botlinnean/boae011 “透明边缘”是划分夹竹桃科花粉块类型的重要特征，又称萌发区域，是一个特化的传粉适应性结构。传粉时，透明边缘与导轨精准适应形成独特的“锁钥模型”，缺失透明边缘的花粉块则整体嵌入合蕊冠。球兰属花粉块发育过程的对比研究显示，“透明边缘”由靠近药隔处的小孢子逐渐凋亡而成（图2），不具“透明边缘”的花粉块发育过程中小孢子不发生凋亡。此外，花粉块中的花粉缺失外壁和固定萌发孔，四分体时期缺失胼胝质，花粉块的发育与早期阶段缺失胼胝质及晚期孢粉素的沉积模式发生改变相关。该研究结果已经发表在国际植物学期刊Plant Reproduction（《植物繁殖》）（Kuang et al. 2023）上。DOI: 10.1007/s00497-023-00460-z 相关研究得到中国科学院植物资源保护与可持续利用重点实验室重点基金以及广东省自然科学基金-面上项目的资助。图1. 球兰属花粉器形态及演化图2. 球兰花粉块发育及萌发

2024-03-22

华南植物园发表菊科一新属——亲二菊属

菊科菊苣族约95属2500种，广布于北半球。中国约有35属388种。此类植物多种具有重要的食用、药用和观赏价值，如莴苣、菊苣和蒲公英等。菊苣族植物分布广泛，生境和形态变异式样繁多，一些属间界限有争议，对该类植物进行描述和分类具有一定挑战。还阳参亚族（subtribe Crepidinae）是菊苣族最大的亚族，约有360种，主要分布于欧亚大陆，2011年的中国植物志英文版（Flora of China）收录了17个属约230种，中国是还阳参亚族的多样性中心。由于还阳参亚族植物形态特征的复杂、分子数据的缺乏及传统（Sanger）测序手段获取的基因数据无法提供足够的系统发育信号，该类群的系统发育关系一直未能得到很好的解决。Cassini、Hoffmann和Stebbins等学者基于形态学、细胞学、分子生物学等证据对该亚族作出了完全不同的界定及亚族下划分，所以还阳参亚族的系统分类学研究有待更具代表性的取样、更有效的数据获取技术及分析方法。中国科学院华南植物园植物中心陈又生研究员及其团队，通过标本查阅和野外考察，广泛收集还阳参亚族重要类群及姐妹类群的研究材料，采用杂交捕获获取核基因组和叶绿体基因组数据，并进行系统发育分析，结合形态学等证据，提出了新的包括29个属的还阳参亚族分类框架。在这一系统中，粉苞菊亚族并入还阳参亚族；另外墨江菊属在发表之时尚不能确定系统位置，本研究确认了墨江菊属位于还阳参亚族的基部，形成一个比较独立的分支。此外，研究过程中发现了一种仅在中国四川省宝兴县分布的未知植物，其具有鲜明的还阳参亚族植物特征，具有黄色舌状花。该植物具有体积较大的总苞，数量较多的总苞片和舌状花，总苞片边缘波浪形并呈覆瓦状松散排列，这一特征组合不属于还阳参亚族任何一属。随后，进一步形态比较和分子系统发育分析确定该种植物是未被描述的新种，并构成一个单种属，与假还阳参属和黄鹌菜属等类群亲缘关系较近。因此，综合形态学、孢粉学和分子系统学证据，科研人员描述了一个新种——亲二菊（Qineryangia baoxingensis Y. S. Chen & L. S. Xu ），并建立了一个新属——亲二菊属（Qineryangia Y. S. Chen & L. S. Xu ）。属名以致敬中国植物分类学家杨亲二研究员，纪念他对中国植物分类研究的贡献。该研究首次利用杂交捕获获取还阳参亚族等类群的基因组数据，并得到了高分辨率的还阳参亚族分子系统，为还阳参亚族、菊苣族和菊科的系统发育研究提供了重要数据和资料。相关研究成果已近期发表在国际学术期刊Journal of Systematics and Evolution（《植物分类学报》）上。华南植物园徐连升助理研究员为论文第一作者，陈又生研究员为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目、广东省重点领域研发计划项目和广州市科技项目的支持。文章链接：https://www.jse.ac.cn/EN/10.1111/jse.13066图1. 亲二菊的形态特征图2. 基于核基因组和叶绿体基因组数据构建的还阳参亚族系统发育树，示亲二菊属（亲二菊）的系统位置

2024-03-22

广州能源所在生物法蓝藻水华防控方面取得进展

随着水体富营养化的加剧，蓝藻水华频发，对生态环境造成严重破坏，同时威胁人类健康，寻找安全、经济、有效的控制及消除蓝藻的方法具有重要意义。利用溶藻菌进行蓝藻水华防控的方法相较于传统的物理、化学法，在溶藻潜力及环境友好性方面具有突出优势。随着水体富营养化的加剧，蓝藻水华频发，对生态环境造成严重破坏，同时威胁人类健康，寻找安全、经济、有效的控制及消除蓝藻的方法具有重要意义。利用溶藻菌进行蓝藻水华防控的方法相较于传统的物理、化学法，在溶藻潜力及环境友好性方面具有突出优势。广州能源所研究人员以蓝藻水华典型藻株-铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）为研究对象，以溶藻效能、溶藻稳定性和溶藻范围等为评价指标，筛选出一株高效稳定溶藻菌Brevibacillus sp.。该菌的溶藻活性组分为胞外分泌物，溶藻活性稳定，可耐受蛋白酶、酸碱和高温处理；溶藻阈值低，当菌液添加浓度大于3‰时可实现不同初始浓度M.aeruginosa的100%去除；溶藻效果持续性长，3次补加M.aeruginosa后，仍可实现78.53%的6天去除率。深入的细胞生理效应解析发现Brevibacillus sp.的溶藻机制为破坏M.aeruginosa的抗氧化系统平衡，造成膜脂过氧化进而裂解细胞，裂解后的细胞碎片聚集沉降（图1）。利用代谢组学和反加验证的方法从其胞外分泌物中鉴定出有效溶藻物质8-羟基喹啉（8-Hydroxyquinoline）和4-乙酰氨基丁酸（4-Acetamidobutyric acid），72 h-EC50值分别为92.90 µg/L和6.40 mg/L，溶藻活性突出，具有开发为天然活性除藻剂的潜力（图2）。以上相关研究发现已申请国家发明专利，研究成果相继发表于Biochemical Engineering Journal,Environmental Pollution和Journal of Hazardous Materials等期刊。论文第一作者为广州能源所生物质能生化转化研究室博士后刘芬为，合作导师为王忠铭研究员和秦磊副研究员。图1 Brevibacillus sp.的溶藻阈值及机理图2 有效溶藻物质的鉴定、溶藻效果及对M.aeruginosa光合系统的影响原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bej.2022.108525https://doi.org/10.1016/j.envpol.2023.121812https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.133985

2024-03-22

WIPO发布2023年PCT报告，深圳先进院申请量媲美欧美日顶尖机构

近日，世界知识产权组织WIPO发布了2023年度PCT国际专利申请数据。根据数据显示，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）2023年PCT专利申请数从去年的486件上升到696件，首次跻身50强名单。相较早前WIPO发布的《PCT年度回顾2023年》中政府和专业部门类申请人名单显示，深圳先进院以696件的数量媲美美国、欧洲、日本等国家领先机构。中国依然是全球最大的PCT申请国，以69,610件PCT申请蝉联第一。从申请人来看，进入全球排名前50的中国公司及机构共有14家，而这其中一半来自粤港澳大湾区，数量占据“半壁江山”尤为亮眼。围绕“建设一流的工业研究院”的使命和愿景，深圳先进院自成立伊始，就坚持科学与产业一体设计、一体推进。截至2023年底，深圳先进院已累计申请专利1.55万件，授权6111件；PCT申请3317件，连续三年位列全球高校及科研机构第一；2023年实现专利转移转化450件，专利转化率达27.2%,远高于全国高校及科研院所12%～14%的平均转化率；累计孵化企业1853家，累计持股企业365家；吸引投资机构超百家，获44家资本投资，企业股权价值超百亿。推动科研成果快速走出实验室、转化落地，其一是从项目联合申报到专利布局，再到对接产业需求，最终形成成果转移转化；二是以专利成果的许可和转让为主，分别形成短期收益、中期股权价值和长期股权变现；三是外溢机构的网络化联动，在全国各地设立多个合作机构，每一个都对应深圳先进院所属研究所的学科领域，定向转化；四是在深圳各个区设立成果转化创新载体。同时，深圳先进院与招商局集团、华为公司、兴发集团、联影医疗、中海油、商汤科技等龙头企业累计共建超240个联合实验室，签约近1200个横向项目，合作金额超15亿元，面向国民经济主战场，打造支撑新兴产业发展的创新策源地，破解一批产业底层技术，在人工智能、新材料、新能源、新一代信息技术、高端医疗器械、合成生物产业等多个面向未来发展的新领域新赛道，深圳先进院形成了百花齐放的态势，推动知识产权转化为生产力，为推动经济高质量发展注入强劲动力。

2024-03-21

Nature Materials | 成会明团队发现近室温制备范德华块体材料的新方法

范德华块体材料，如六方氮化硼和石墨，在导热和高温结构材料等领域有重要应用。然而这类范德华块体材料通常需要在高于1000°C的高温下烧结制备、能耗巨大。3月15日晚，中国科学院深圳先进技术研究院、深圳理工大学（筹）、中国科学院金属研究所成会明院士与清华大学深圳国际研究生院副教授苏阳团队合作，首次将六方氮化硼剥离为二维氮化硼纳米片，然后对纳米片进行加压密实化组装，可以在近室温条件下（室温至60 °C）“自下而上”地制备氮化硼块体材料。该方法将制备该类材料的能耗降低了至少一个数量级。该成果以“Near-room-temperature Water-mediated Densification of Bulk van der Waals Materials from Their Nanosheets”为题发表在《自然—材料》（Nature Materials）上。该研究团队从范德华材料的结构特性出发，由于该类材料的构筑单元之间主要以范德华力结合，只要这些构筑单元之间存在纳米及亚纳米尺度接触，就可以激活范德华作用，实现无需高温烧结的范德华块体材料的制备。为了验证这一想法，团队在近室温条件下压制了石墨烯、六方氮化硼、MXene、金属硫化物等二维纳米片，成功制备出一系列高密实化、高机械强度、纳米片高度定向组装的范德华块体材料。同时，受益于温和的制备工艺，该方法可用于大规模、快速制备范德华块体材料，并可应用于范德华块体材料的修复、表面压印等传统烧结法难以实现的应用。二维纳米片制备范德华块体材料的示意图、六方氮化硼块体材料的机械强度及微观结构表征。研究进一步揭示了纳米片表面吸附水分子的诱导作用是近室温组装范德华块体材料的关键机制。在组装过程初期，水作为润滑剂，可降低纳米片滑移和定向排列过程中的摩擦力，促进密实化堆垛和高定向排列；这一过程同时将水分子限制于二维纳米片形成的限域空间内，导致水分子脱附并快速逃逸出材料，其产生的毛细作用力拉近纳米片间的距离，诱导范德华作用的形成。该工作提出了采用二维纳米材料为构筑单元组装传统块体材料的研究思想，为范德华块体材料的高效、低能耗、高质量制备及多组分设计提供了全新方案，这也是纳米材料尤其是二维材料赋能传统材料加工的有力实验及科学证据。成会明院士、苏阳副教授为论文通讯作者，清华大学深圳国际研究生院博士后朱九一博士（现为中国科学院过程工程研究所副研究员）、清华大学深圳国际研究生院2020级博士生李飞和中国科学技术大学近代力学系博士研究生侯远震为共同第一作者。清华大学深圳国际研究生院为该研究第一单位。论文的其他重要合作者包括中国科学技术大学吴恒安教授、王奉超教授、中国科学院金属研究所杜金红研究员等。该研究得到了科技部、国家基金委、深圳市科创委等的支持。

2024-03-21

广州地化所：上地幔温度差异驱动北半球的长期板块汇聚

板块重构研究表明，侏罗纪以来北半球逐渐形成了以欧亚大陆东部为代表的长期板块汇聚中心，表现为西伯利亚、蒙古、印度、阿拉伯等地块群以及（古）特提斯、（古）太平洋板块向该区域的汇聚。此外，该阶段（重）新启动的单向俯冲过程也大多是朝欧亚大陆东部发起的。从定性的角度来看，似乎有“黑洞”似的结构长期位于欧亚大陆东部的下方，并将周边的板块吸引到自身之下，加剧板块间的挤压。然而，现有模型较难解释北半球至少200 Ma以来、板块间挤压增强且成为陆内构造-岩浆迁移活动聚集地的根本原因。近日，中国科学院广州地球化学研究所徐义刚院士团队的刘亮副研究员与合作者，采用基于地球深部物理状态建立正演动力学模型的研究思路，约束了当今上地幔的温度分布情况（欧亚大陆东部之下保留有显著的低温端员）（图1a-1b），并据此系统且定量模拟了上地幔温度分布不均一对北半球动力学演化的影响，揭示出北半球“黑洞”现象的本质，即地幔温差驱动的地幔对流会吸引周边板块向其汇聚，显著增强板块间的相互挤压作用（图1c）。图1. 北半球上地幔的温度分布不均一与长期板块汇聚过程驱动机制的示意图。(a)-(b) 借助地震衰减模型揭示的北半球上地幔温度分布不均一。根据本研究中的模拟结果，当今西北太平洋下方的低温结构，可能是从欧亚大陆东部下方沉降并迁移过去的。(c) 北半球长期汇聚过程的上地幔温度不均一驱动模型。本项研究表明，上地幔的温度不均一所诱发的地幔对流，可以驱动侏罗纪以来北半球代表性板块汇聚事件的发生。根据对模拟结果的统计，在原有俯冲过程结束后的~19 Myr内：88%的测试模型中发生了朝向冷地幔端员的单向俯冲；在大约43%的模型中，更轻的板块可以向冷地幔端员上方的更重的板块之下俯冲（图2）。与此相反，在地幔热状态均匀的模型中，俯冲重启的时机延长到了十倍之久，且更轻的板块从未俯冲到更重的板块之下。因此，本项工作解释了侏罗纪以来新启动的单向俯冲过程大多是朝欧亚大陆东部发起的原因。数值模拟结果还表明，在不同的汇聚带初始条件下，大规模平俯冲、年轻边缘海的俯冲、以及俯冲板片在地幔过渡带内滞留等北半球代表性现象也可以在模型中自发产生（图3）。此外，本研究中的数值模型很好地再现了西太新生代起始俯冲阶段的平均汇聚速率，很大程度上支持了模型结果在论证大时空尺度板块汇聚问题上的可靠性。图2. 模型结果总结。(a) 数值模型的俯冲极性。每个单元格中的数字标记了对应模型的编号。在模型29中，热且轻的大洋板块首先俯冲到上盘之下，但是俯冲极性在~2 Myr发生反转。(b) 每个模型中俯冲启动所需的时间。图3. 上地幔温度差异可以有效驱动200 Myr以来北半球多类代表性俯冲过程的发生论文中的正演数值模型基于刘亮主导开发与升级的热-动力学数值模拟程序LL_AM_TMM，该程序有自适应型网格（A2ML）、非线性粘-密度、熔-流体迁移、以及岩浆地化组成演化等算法。研究成果发表于国际学术期刊Geology（5-year IF 5.9）。本项研究受到国家自然基金委重大研究计划集成项目与国家自然基金委重大项目的共同资助。论文信息：Liu,L.*（刘亮）,Cao,Z.（曹泽斌）,Morgan,J.P.*,Li,H.Y.（李洪颜）,Yang,F.（杨帆）,and Xu,Y.G.（徐义刚）,2024,Geology,doi.org/10.1130/G51948.1.论文链接

2024-03-21

广州地化所：板块间横向挤压在小笠元-伊豆-马里亚纳俯冲起始中的关键作用

大洋板块俯冲是地球浅表最具代表性的地质过程之一。理论上来讲，大洋板块在形成之后的20-40 Myr内，就已经具备了发生俯冲的密度等自身属性条件。然而，50%以上的大西洋板块形成于40 Ma之前，至今却几乎没有发生俯冲；位于地中海东部的部分大洋块体甚至已在地表存在了3亿年之久。因此，除了大洋板块自身的属性外，新俯冲的开启往往还伴随某种外部因素的存在、以打破大洋板块与上盘之间的平衡状态，如：横向或纵向的外部驱动力（图1）。然而，两类驱动力在起始俯冲中的相对贡献却仍存在广泛争议。图1. 大洋俯冲体系孕育-成熟演化过程的示意图。(a)-(b) 纵向驱动。上盘减薄或弱化后，大洋板块的负浮力导致俯冲起始。(c)-(d) 横向驱动。板块间的横向挤压作用克服来自上盘的阻力，触发俯冲起始。(e) 成熟俯冲阶段。该阶段地幔楔内具有朝向俯冲板片的横向地幔流，俯冲带的岩浆活动变得稀疏，俯冲板块的主要脱水岩性转为蛇纹岩化的地幔岩类。针对以上科学问题，中国科学院广州地球化学研究所徐义刚院士团队的刘亮副研究员、李洪颜研究员与合作者，基于正演模拟与岩浆地球化学证据联合约束的研究思路，以小笠元-伊豆-马里亚纳俯冲带（IBM）为主要研究对象，系统模拟了两类起始俯冲模型孕育-成熟的演化过程（图1），归纳总结了108个数值模型的模拟结果，揭示出俯冲前的板块间横向挤压对解读起始俯冲阶段岩浆地球化学演化与时空分布规律的具有关键作用。根据研究结果，在横向驱动的起始俯冲模型中，1）板块间的横向挤压会导致俯冲板块浅部的物质被剐蹭掉（图2b、2i），致使俯冲起始后~2 Myr内发生脱水与熔融的板块物质主要为下洋壳（图2k），因此，该阶段的岩浆地球化学组成无法显示出俯冲沉积物、蚀变洋壳的地球化学贡献；2）伴随起始俯冲的板片回撤过程，会引起上盘岩石圈伸展减薄、发育裂谷（图2c-2g），并导致岩浆活动的中心向远离海沟的方向迁移约~100公里（图2j）；3）随着裂谷区域的持续冷却，俯冲板片中脱水与熔融的主体转为蛇纹岩化的地幔橄榄岩（图2k），该阶段俯冲带岩浆活动变得稀疏（图2j），模型进入到成熟俯冲带阶段（图1e）—以上时空演化特征与IBM的相关记录吻合。图2. 横向驱动起始俯冲的代表性模型。(a)-(h) 模型的关键时空演化节点。蓝色箭头标明了上盘的伸展中心。图中浅绿色物质为上-下盘间的解耦层、如转换断层等，紫色为沉积物，橙色为上洋壳，绿色为下洋壳，浅蓝色为大洋板块的岩石圈地幔，褐色为俯冲带的上盘岩石圈。(i) 弧前增生楔中沉积物与上洋壳体积随时间的演化。(j) 地幔熔体的时空分布规律。(k) 俯冲板块中脱水岩性随时空的演化规律。与此作为对比，在纵向驱动的起始俯冲模型中：1）早期>300公里的大洋板块前端部分会快速进入到深部地幔，在地表形成一个等宽的新生洋盆（图3a-3e）；2）与此同时，上涌的软流圈地幔会迅速熔融，形成较厚的新生岩石圈（图3f-3g），因此，起始俯冲阶段的岩浆活动只会发生在新生岩石圈形成之前（起始俯冲后3 Myr内）；3）随后模型进入到成熟俯冲带阶段（图3l-3m）（IBM则需要7-8 Myr）。在以上“短暂”的演化过程中，岩浆活动中心的迁移距离超过300公里，与IBM的观测不吻合。更为重要的是，由于板片的埋藏几乎与裂谷同时发生（图3c），在模型中起始俯冲早期阶段，所有板片物质均会发生脱水与熔融（图3k），这同样与IBM的岩浆地球化学记录不吻合。因此，本研究中的数值模拟结果与岩浆地球化学证据共同揭示，在起始俯冲之前或早期，IBM俯冲带存在有显著的板块间横向挤压作用（持续时间可以短至1-2 Myr）。该研究还阐明了，上盘岩石圈裂谷的冷却与固化速率在很大程度上控制了IBM俯冲带由“起始”转向“成熟”的演化进度。图3. 纵向驱动起始俯冲的代表性模型。(a)-(j) 模型的关键时空演化节点。 (k) 弧前增生楔中沉积物与上洋壳体积随时间的演化。(l) 地幔熔体的时空分布规律。(m) 俯冲板块中脱水岩性随时空的演化规律。论文中的正演数值模型基于刘亮主导开发与升级的热-动力学数值模拟程序LL_AM_TMM，该程序有自适应型网格（A2ML）、非线性粘-密度、熔-流体迁移、以及岩浆地化组成演化等算法。研究成果发表于国际学术期刊Communications Earth & Environment（5-year IF=7.9）。本项研究受到国家重点研发计划项目与国家自然科学基金委重大研究计划集成项目的共同资助。论文信息：Liu,L.*（刘亮）,Li,H.Y.*（李洪颜）,Liu,L.J. （刘丽军）,Ryan,J.G.,Morgan,J.P.,Ren,K.X.（任可心）,Xu,Y.G.（徐义刚）,2024,Communications Earth & Environment,5,91. 论文链接

2024-03-21

广州能源所在藻菌体系资源化处理奶牛场沼液方面取得进展

微藻和活性污泥（MAS）体系，构建简单，且能够有效去除污水中的氮、磷和COD等污染物而受到广泛关注。在污水处理中，水力停留时间（HRT）是一个至关重要的影响因素，直接影响污水处理性能、处理成本、微生物群落构建等。但迄今为止，对HRT在 MAS体系资源化处理实际污水中的作用鲜有研究。微藻和活性污泥（MAS）体系，构建简单，且能够有效去除污水中的氮、磷和COD等污染物而受到广泛关注。在污水处理中，水力停留时间（HRT）是一个至关重要的影响因素，直接影响污水处理性能、处理成本、微生物群落构建等。但迄今为止，对HRT在 MAS体系资源化处理实际污水中的作用鲜有研究。近期，广州能源研究所研究人员将小球藻和活性污泥组成的MAS体系应用于奶牛场沼液处理，分别在3个不同HRT（4 天、6天和8天）下培养4个周期，以探究HRT在MAS资源化处理奶牛场沼液中的作用。研究结果表明， HRT为4-8天时，MAS生物质的增长主要归因于微藻，较长的HRT有助于MAS生物质的积累和氮磷的去除，HRT为8天时达到最高生物质产量（2.20-2.52 g/L）和最高营养去除（总氮和总磷的去除率分别为87.68 ± 4.57 % 和 100 %）。生物群落分析结果表明，HRT显著影响了细菌群落的丰度和多样性，HRT为6天时细菌群落的丰度和多样性最高。微藻的生长会选择性富集特定的细菌，Proteobacteria 和 Bacteroidetes在3个处理体系中均为最主要的菌门。HRT影响MAS生物质的生化组成，但对MAS生物质的热值影响并不显著。较长的HRT由于营养缺乏导致生物质中油脂的积累；较短HRT中营养物质充足，MAS生长较快，可以积累更多的多糖。上述研究阐明了HRT对MAS体系资源化处理奶牛场沼液过程中生物质生产、污染物去除、细菌群落以及MAS生物质生化组成的影响，对MAS体系的实际应用以及在该连续处理过程中藻菌联合体的构建有重要意义。以上研究成果以Role of hydraulic retention time in integration of microalgae and activated sludge process for nutrient recycle from diluted dairy liquid digestate为题发表于Chemical Engineering Journal期刊，广州能源所生物质能生化转化研究室硕士毕业生冯思然为该论文第一作者，朱顺妮研究员和悉尼科技大学Huu Hao Ngo教授为共同通讯作者。该研究获得国家自然科学基金和国家重点研发项目的资助。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149538

2024-03-20

海洋药物递送系统靶向治疗肾脏疾病获得重要进展

近日，中国科学院南海海洋研究所刘永宏、周雪峰团队和南方医科大学唐斓团队在海洋药物靶向治疗肾脏疾病研究中获得重要进展，相关成果“A novel marine-derived anti-acute kidney injury agent targeting peroxiredoxin 1 and its nanodelivery strategy based on ADME optimization” 在线发表在中国科技期刊卓越行动计划领军期刊《药学学报》英文刊（Acta Pharmaceutica Sinica B）（IF14.5）上，研究员周雪峰和南方医科大学药学院教授唐斓、教授涂盈锋为本文共同通讯作者。海洋蕴藏着丰富的生物资源，海洋生物活性物质不仅包含具有药用潜力的天然产物，还包括广泛用于轻工、食品和医疗等行业的生物功能材料。海洋多糖在药物载体，特别是靶向药物递送中的优势越来越明显。合作团队多年来从海洋微生物中筛选发现了一系列具有肾癌肾病治疗潜力的粉蝶霉素糖苷类新颖药物先导化合物（J Org Chem 2019 ，84 ，12626；J Med Chem 2019 ， 62 ，7058；J Med Chem 2021 ， 64 ，9943），特别是粉蝶霉素糖苷S14在治疗急性肾损伤中显示了良好的开发前景（Theranostics 2022 ， 12 ，7158）。然而，由于靶向氧化应激的机制尚不清晰，且由于生物利用度原因，药物在肾脏分布不足，限制了粉蝶霉素糖苷作为治疗肾脏疾病的新药研发。团队前期通过化学基因组学等手段，发现过氧化还原酶1（PRDX1）是调节受损肾脏氧化应激中的关键靶标。本研究进一步揭示了S14通过与PRDX1的Cys83结合增加过氧化物酶活性，并通过增加PRDX1核转位激活Nrf2/HO-1/NQO1通路来抑制氧自由基产生，从而在急性肾损伤中发挥保护作用。基于药物先导物的药代动力学和ADME/T成药特性分析，设计一种靶向肾脏受损部位的药物递送系统是肾脏疾病精准治疗的有效策略。本研究对海洋甲壳类动物来源的壳聚糖进行丝氨酸修饰和改造，构建了一种pH敏感的靶向肾脏损伤分子 (KIM-1)的自组装结构的聚合物胶体，包裹具有疏水链的粉蝶霉素糖苷S14，“精准投递”到肾脏受损部位，并在酸性的溶酶体环境中“定点释放”。该系统通过延长S14的血浆半衰期、改善药-时曲线、增加药物肾脏分布，减缓经药物代谢酶UGTs的生物转化，显著改善了S14的ADME和药代动力学性质，优化了粉蝶霉素糖苷作为治疗肾脏疾病先导药物的成药性。综上，本研究利用修饰改造的海洋多糖大分子，构建海洋微生物来源药物小分子的靶向递送系统，阐明这个“高内涵”的海洋药物靶向治疗肾脏疾病的新机制并优化成药性，从而为肾脏疾病治疗提出新策略和特有的海洋智慧。本研究依托中国科学院海洋生物资源与生态重点实验室、广东省海洋药物重点实验室、广东省新药筛选重点实验室、国家药监局药物代谢研究与评价重点实验室和广东菜恩医药研究院有限公司等平台，得到了广东特支计划 “海洋药物研究开发创新团队”、国家自然科学基金、广东省重点研发计划等项目资助。相关论文信息：Ping Yu† ，Tanwei Gu† ，Yueyang Rao ，Weimin Liang ，Xi Zhang ，Huanguo Jiang ，Jindi Lu ，Jianglian She ，Jianmin Guo ，Wei Yang ，Yonghong Liu ，Yingfeng Tu* ，Lan Tang* ，Xuefeng Zhou*. A novel marine-derived anti-acute kidney injury agent targeting peroxiredoxin 1 and its nanodelivery strategy based on ADME optimization. 2024. doi:10.1016/j.apsb.2024.03.005.文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S22168

2024-03-19

广州健康院在人多能干细胞来源基因工程化巨噬细胞抗肿瘤研发中取得新进展

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院潘光锦课题组在Molecular Therapy-Methods&Clinical Development期刊发表了题为Large-scale generation of IL-12 secreting macrophages from human pluripotent stem cells for cancer therapy的文章。近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院潘光锦课题组在Molecular Therapy- Methods & Clinical Development期刊发表了题为“Large-scale generation of IL-12 secreting macrophages from human pluripotent stem cells for cancer therapy”的文章。该研究提供了一种大规模生产用于实体瘤治疗的基因工程化巨噬细胞（GEMs）策略，并开发了一种功能增强型抗肿瘤GEMs，为GEMs的研发和应用提供了新的思路。巨噬细胞可以被募集并驻留在肿瘤微环境(TME)中，在肿瘤发生过程中发挥重要作用。与T细胞、NK细胞等其他免疫细胞相比，巨噬细胞具有更好的肿瘤浸润能力，近年来其在实体瘤治疗中引起广泛的关注。TME存在多种免疫抑制机制，因此，GEMs已成为调节TME，治疗癌症的一种新型策略，旨在改善TME免疫环境。然而，巨噬细胞来源受限和基因修饰操作难等问题限制了巨噬细胞疗法广泛应用。因此，开发更有效的方法来克服这些限制对于GEMs治疗实体瘤至关重要。该研究利用人多能干细胞（hPSCs）定向体外诱导分化产生成熟巨噬细胞（iMacs），从1个T150培养瓶106个hPSCs开始，1个月内可产生109个以上的成熟巨噬细胞，从而克服细胞来源的局限性。研究者利用hPSCs无限自我更新的特性，通过基因编辑将IL12的基因靶向整合到hPSCs的特异性安全位点上，随后通过上述分化体系产生稳定分泌IL12的GEMs（iMac_IL12)。iMacs及iMacs_IL12表达巨噬细胞相关标识物，具有典型的巨噬细胞特性，如吞噬和极化，在转录组水平与人外周血单核细胞来源的巨噬细胞相似。白细胞介素12（IL12）通过刺激NK细胞和T细胞来促进免疫，具有改善TME的极大潜力。但是IL12的半衰期短，且系统给药副作用较大。研究者发现通过静脉移植，iMacs_IL12可以在小鼠体内被招募并稳定驻留在实体瘤组织中，降低其副作用。接下来，研究者发现iMacs_IL12可以诱导PBMCs产生大量IFN-γ以增强免疫。在体外及体内实验中，iMacs_IL12对CD8+T细胞的维持、增殖和激活均具有积极作用，并且可以抑制T细胞的耗竭。除此之外，iMac_IL12显著促进T细胞对宫颈癌、神经胶质瘤和肺癌等肿瘤细胞系的杀伤。在小鼠CDX模型中，iMac_IL12联合T细胞可以显著抑制小鼠的肿瘤生长并延长生存周期，并在小鼠肿瘤转移模型中同样可以显著降低肿瘤负荷，延长生存周期，并减少肿瘤细胞向主要脏器转移。综上，本研究分化的iMacs可以克服巨噬细胞产品临床应用面临的来源障碍，避免了巨噬细胞在基因编辑和病毒整合中的安全性和低效性等问题。该GEMs显示出T细胞依赖的强抗肿瘤作用，可以显著抑制肿瘤生长和系统性转移，提高癌症存活率。中国科学院广州生物医药与健康研究院博士后康保强为该论文的第一作者，中国科学院广州生物医药与健康研究院潘光锦研究员、朱艳玲副研究员为该论文的通讯作者。该研究成果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、广州市重点研发计划等项目的资助。论文链接人多能干细胞来源的分泌IL12巨噬细胞抗肿瘤示意图

2024-03-18