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南海海洋所在海洋小单胞菌天然产物everninomicin的生物合成研究取得新进展
近日，中国科学院南海海洋研究所张长生团队在海洋微生物天然产物everninomicin的生物合成及工程菌株构建研究中取得新进展，相关成果以“Biosynthesis and Engineered Overproduction of Everninomicins with Promising Activity against Multidrug-Resistant Bacteria”为题，于2022年4月21日在线发表于ACS Synthetic Biology（《ACS合成生物学》）。
靶向细菌核糖体的正糖霉素类天然产物具有特殊的高度修饰的寡糖骨架，与目前商用的核糖体靶向抗生素如大环内酯类、四环素类和氨基糖苷类等抗生素靶点均不同，不易产生交叉耐药，具有进一步开发的潜力。具有八糖骨架的everninomicin D是小单胞菌产生的正糖霉素类天然产物，自上世纪60年代起由美国先灵葆雅公司（Schering-Plough）分离鉴定，该公司通过调研发现其具有良好的抑菌活性。然而everninomicin的生物合成及代谢工程研究一直受限于野生型菌株的产量低下，其生物合成研究及构效关系分析一直进展缓慢。
研究团队以生物活性为导向，发现南海来源的小单胞菌SCSIO 07395（田新朋研究员提供）具有产生微量everninomicin 类化合物的能力。由于该类化合物生物合成步骤较多，结构复杂且代谢关键节点未知，暂时难以开展理性的代谢工程研究，于是采取了直接增加整个生物合成基因簇的拷贝数的方法进行增产（图1）。通过活性检测及代谢物分析发现，与野生型菌株相比，工程菌株的everninomicin 类化合物1-4的产量显著提升，同时还产生了野生型不产的新类似物5和6（图1）。
将工程菌株发酵分离得到的everninomicin类似物与包括5种氨基糖苷类、3种大环内酯类、3种β-内酰胺类和3种四环素类在内的28种商用抗生素在体外对21株革兰氏阳性菌及7种革兰氏阴性菌进行了系统的活性比较。结果显示everninomicin对葡萄球菌、肠球菌和链球菌活性显著，整体活性优于除thiostrepton和rifamycin外其他抗生素；此外，everninomicins对阴性菌中的鲍曼不动杆菌、霍乱弧菌和溶藻弧菌也具有中等强度的活性(图1)。
然后进一步选择了抑菌谱相似的vancomycin、linezolid及avilamycin同化学性质稳定的everninomicin D、E和M进行了半抑制浓度（IC50）的比较。测试结果显示everninomicin D、E和M对葡萄球菌和肠球菌的IC50与vancomycin、linezolid及avilamycin相当；对于链球菌则显示出明显的优势，特别是everninomicin D和M在体外对肺炎链球菌及猪链球菌显示出纳摩尔级水平的抑制作用；此外，everninomicin E对三种革兰氏阴性病原体鲍曼菌、溶藻弧菌和霍乱弧菌活性较为显著（表1）。最后，进一步利用基因簇倍增技术构建了everninomicin M的高产菌株，目前最高产量可达98.6 mg/L，为后续动物实验提供了物质基础。
综上所述，本研究从南海来源的野生型小单胞菌出发，针对结构及合成途径均非常复杂的天然产物，克服了野生型菌株遗传操作上的困难，直接通过增加生物合成基因簇的拷贝数达成了初步的产量提升及化学多样化，成功制备出多种具有显著活性的everninomicin类似物，为快速提高微量且复杂的活性天然产物的产量供生物合成及构效关系研究提供了参考案例。
博士后朱梦奕和王利娟为本文共同第一作者，张长生研究员为本文通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金委项目、博士后创新人才支持计划、中国博士后科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、广东省海洋经济发展专项资金项目、王宽诚教育基金项目、海南省重大科技计划项目、广东省培养高层次人才特殊支持计划和广东省重点领域研发计划项目等资助。
相关论文信息：Mengyi Zhu#, Lijuan Wang#, Haibo Zhang, Liping Zhang, Bin Tan, Qi Huang, Yiguang Zhu, and Changsheng Zhang*. Biosynthesis and Engineered Overproduction of Everninomicins with Promising Activity against Multidrug-Resistant Bacteria. ACS Synthetic Biology 2023, DOI: 10.1021/acssynbio.3c00055.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.3c00055
图1 利用基因簇倍增的方法获得增加多种everninomicin类天然产物及其与商用抗生素的活性比较
表1 everninomicins与阿维拉霉素、万古霉素及利奈唑胺对多种病原菌的半抑制浓度比较
2023-04-27
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华南植物园发现土壤深度调控热带森林微生物残体碳对氮添加方式的响应
土壤微生物是土壤碳循环过程的关键驱动者，微生物残体作为土壤有机碳库的重要来源，在调控土壤碳循环过程对氮沉降的响应中发挥着重要作用。尽管已有研究认为氮沉降趋向于增加森林土壤中真菌残体碳对土壤有机碳的贡献，但多数是基于林下氮添加的模拟实验，而忽略了森林冠层对大气氮沉降的再分配过程及土壤深度的影响。研究发现，土壤微生物残体碳对氮添加方式和水平的响应受土壤深度的调控：氮添加提高了表层土壤真菌残体碳和总微生物残体碳的含量及其对土壤有机碳的贡献,但降低了底层土壤真残体碳和总微生物残体碳对土壤有机碳的贡献。图.热带森林微生物残体碳及其贡献对氮添加方式的响应。
土壤微生物是土壤碳循环过程的关键驱动者，微生物残体作为土壤有机碳库的重要来源，在调控土壤碳循环过程对氮沉降的响应中发挥着重要作用。尽管已有研究认为氮沉降趋向于增加森林土壤中真菌残体碳对土壤有机碳的贡献，但多数是基于林下氮添加的模拟实验，而忽略了森林冠层对大气氮沉降的再分配过程及土壤深度的影响。
中科院华南植物园恢复生态学任务团队基于林冠和林下氮添加野外控制实验平台，研究了氮添加方式（林冠vs.林下）、氮添加水平（25 kg N ha-1yr-1 vs. 50 kg N ha-1yr-1）和土壤深度（表土 vs. 底土）对微生物残体碳及其对土壤有机碳库贡献的影响。研究发现，土壤微生物残体碳对氮添加方式和水平的响应受土壤深度的调控：1）氮添加提高了表层土壤真菌残体碳和总微生物残体碳的含量及其对土壤有机碳的贡献，但降低了底层土壤真残体碳和总微生物残体碳对土壤有机碳的贡献，不同深度土壤差异性的差异主要受微生物残体来源（微生物生物量）的影响；2）林下氮添加对微生物残体碳积累的影响要显著高于林冠氮添加，表明森林冠层可以缓冲外源氮输入对土壤微生物残体的影响。该研究从土壤微生物的角度进一步证实了森林冠层在缓解大气氮沉降对热带森林土壤碳循环过程中的作用，并指出了未来对氮沉降的研究中亟需考虑不同土壤深度的潜在影响。
相关研究成果已近期发表在国际学术期刊Journal of Environmental Management（《环境管理杂志》）上。华南植物园博士后况露辉为论文第一作者，刘占锋研究员为论文通讯作者。该研究得到了广东省重点领域研发计划、国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会等项目的共同资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.118009
图. 热带森林微生物残体碳及其贡献对氮添加方式的响应
2023-04-27
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广州能源所联合荷兰乌特勒支大学在二氧化碳加氢双功能催化材料调控方面取得进展
近日，广州能源所联合荷兰乌特勒支大学在美国化学会旗舰期刊JACS Au上发表题为Silicalite-1 Layer Secures the Bifunctional Nature of a CO2 Hydrogenation Catalyst的研究成果，并选为封面文章。
近日，广州能源所联合荷兰乌特勒支大学在美国化学会旗舰期刊JACS Au上发表题为Silicalite-1 Layer Secures the Bifunctional Nature of a CO2 Hydrogenation Catalyst的研究成果，并选为封面文章。
通过非均相热催化，利用可再生绿氢对CO2进行转化，有望为温室气体去路提供新路径，同时可以为非化石来源的化学品和燃料合成提供全新方案。鉴于各行各业，特别是航空业，对碳氢燃料的需求与日俱增，通过CO2加氢直接实现碳碳偶联具有重大意义。已有的研究提出，利用双功能催化材料如In2O3/H-ZSM-5可实现高效碳碳偶联，即先在金属氧化物In2O3上将CO2转化为甲醇，所得的甲醇再转移至酸性分子筛上进行偶联转化为烃。该过程打破了费托合成过程中的Anderson–Schulz–Flory（ASF）限制，在调控烃类产物选择性方面展现出较大潜力。
在该双功能催化过程中，缩短双功能组分距离可促进反应中间体转移，从而显著提高碳碳偶联性能。然而粉末混合的铟基材料容易丧失碳碳偶联活性，这可能是由于在反应过程铟物种迁移至沸石分子筛内，中和毒化了沸石B酸位点；同时铟物种的迁移导致氧化铟表面氧空位活性位点发生重构，导致失活；此外，长时间甲醇转化形成的沸石积碳是该双功能催化体系的另一个潜在失活因素。
为此，本文报道了一种简单的方法来克服上述3个难题，即在H-ZSM-5沸石晶体外原位生长一层硅沸石Silicalite-1（S-1）壳层，从而（1）抑制了铟的迁移，保持了H-ZSM-5的酸性；（2）阻止In2O3表面过度还原；以及（3）通过抑制甲醇-烃转化中的芳烃循环来提高催化剂寿命。因此，本方法可以恢复在纳米尺度（粉末混合）下C2+烃的合成活性。此外，在微米尺度（颗粒混合）下，与无S-1壳层的催化剂相比，含有S-1壳层催化剂的性能更高。该研究发展了一种有效的屏蔽策略，为提升CO2加氢双功能材料的催化性能及稳定性提供了创新方案。
该研究由广州能源研究所联合荷兰乌特勒支大学Bert Weckhuysen教授课题组完成，论文第一作者为广州能源所生物质能生化转化研究室特别研究助理邢世友。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacsau.2c00621
2023-04-26
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喀斯特关键带植物水分适应机制研究取得新进展
西南喀斯特关键带具有基岩广泛出露、土层浅薄且不连续的特点，与土层较厚的非喀斯特关键带相比，同等深度范围内的储水能力明显偏低，加之水分渗透性强，岩溶干旱风险高，严重制约该区植被的生长和可持续恢复。在此背景下，探明植物的水分利用来源是理解喀斯特关键带植物对“石多土少水缺”环境适应机制的关键。
西南喀斯特关键带具有基岩广泛出露、土层浅薄且不连续的特点，与土层较厚的非喀斯特关键带相比，同等深度范围内的储水能力明显偏低，加之水分渗透性强，岩溶干旱风险高，严重制约该区植被的生长和可持续恢复。在此背景下，探明植物的水分利用来源是理解喀斯特关键带植物对“石多土少水缺”环境适应机制的关键。
水分来源是植物水分适应机制的核心，涉及吸水深度来源（空间来源）和时间来源两方面。但目前关于植物水分来源的研究大多集中在空间来源方面，包括不同深度的土壤水源、地下水源、甚至是基岩裂隙水源。而植物水分的时间来源是表征植物利用何时的降水补给水源，能综合反映植物对降水变化的适应机制。然而，在喀斯特地区，因地下复杂岩土结构和取样困难的挑战，植物水分利用的空间来源难以精确量化。团队前期研究表明水分来源深度直接影响喀斯特石生植物的水势调节及干旱脆弱性（Ding et al. 2021）。此外，从植物水分利用的时间来源角度，前期研究提出了量化植物根区水分滞留时间模型（Luo et al. 2021），并对比分析了喀斯特与非喀斯特关键带典型植物根区水分补给动态的异同，发现在不同关键带和气候环境下，降水在植物根区的分流（Bypass）现象广泛存在（Luo et al. 2022）。这为理解降水变化如何影响植物水源及其在植物根区再分配过程奠定了基础。但在全球气候变化背景下，降水格局的变化如何耦合关键带结构影响植物的水分利用模式及其适应机制尚不清楚，喀斯特关键带植物水分适应策略有何独特之处并不明确。
针对以上问题，中国科学院亚热带农业生态研究所陈洪松课题组依托环江喀斯特站植物-水分关系研究平台，并综合文献数据，利用稳定同位素示踪技术，估算了植物根区水分被降水（新水）补给的比例，基于根区新旧水比例，采用分段线性混合式水龄（滞留时间）模型计算了植物蒸腾水龄的季节变化（反映植物水分利用的时间来源）。对比分析了不同气候类型（温带大陆性气候、温带海洋性气候、温带季风气候、地中海气候和亚热带季风性湿润气候）下典型植物蒸腾水龄的季节动态及其影响机制。
研究结果发现，不同气候区植物蒸腾水龄季节变化明显，变化范围约为1~229天。在相对湿润气候区，植物蒸腾主要依赖当月降水补给的水源（约占全年水源的60%）；而在相对干旱的气候区，植物蒸腾很大程度上依赖来自前几个月/季节的降水补给的水源。这表明气候类型是影响植物蒸腾平均水龄的主要因素，但同时受根系深度的调控。研究揭示了不同的关键带结构通过影响植物根系深度分布和根区储水能力来调控降水的入渗、补给和滞留时间，进而影响植物的蒸腾水龄及水分适应机制。此外，研究考虑了蒸发对根区水源稳定同位素的影响，解决了稳定同位素示踪植物水分来源研究中蒸发效应的校正问题。
更为重要的是，与其他非喀斯特地区植物相比，喀斯特石生环境植物蒸腾平均水龄最短（<30天），主要是由该区植物根区储水能力低以及频繁地被降水补给所致，表明在降雨充沛的喀斯特地区降水频率对多石少土生境植物生长更为重要。揭示了喀斯特关键带植物对复杂岩土结构主控的快速水文过程的独特水分适应机制。但这种适应策略的植物在较长时间无降水补给条件下可能面临严重干旱胁迫。
该研究成果近期以Water age dynamics in plant transpiration: the effects of climate patterns and rooting depth为题,发表在水文领域著名期刊Water Resources Research上。研究得到国家自然科学基金重点基金（41930866）、青年基金（42107103）等项目的支持。
植物蒸腾水龄估算模型概念图
不同气候区植物蒸腾水龄的季节变化
不同气候区植物蒸腾水龄的累积分布
论文链接：1 2 3 4（ESI高被引论文）
2023-04-25
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我国科研人员破解海参“吐丝”之谜
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胡超群研究员带领的研究团队，在海参敌害防御机制研究方面取得了突破性进展，成功破解了海参“吐丝”之谜。该研究揭示了玉足海参居维氏器防御敌害的物质基础、感知过程与喷射机制，相关研究成果 “The Holothuria leucospilota genome elucidates sacrificial organ expulsion and bioadhesive trap enriched with amyloid-patterned proteins”于2023年4月10日发表在国际著名期刊《美国科学院院报》（PNAS）。
“吐丝”是许多热带海参遭到敌害威胁时，从肛门处喷出丝状小管并黏附缠绕捕食者的一种防御机制（图1）。海参喷出的小管被称为“居维氏器”，最早由法国古生物学家乔治·居维叶在1831年首次描述并以其名字命名。然而，190多年以来，居维氏器的成分及其黏性产生的机制一直是未解之迷。
图1 玉足海参对梭子蟹喷射居维氏器（“吐丝”）
胡超群研究团队以广泛分布于印度-西太平洋热带海域的一种居维氏器发达的玉足海参（Holothuria leucospilota）为研究对象，发现玉足海参的居维氏器在粘附和缠绕敌害时，其外层间皮层和中层结缔组织层分别提供粘性和韧性的作用。通过染色体级的高精度基因组测序，发现居维氏器外层的黏性蛋白具有长串联重复序列，与蜘蛛和家蚕的丝蛋白类似；该类蛋白的结构为交叉-β结构，与人类阿尔茨海默症、帕金森症等疾病的致病性淀粉样蛋白相似（图2）。
图2 海参居维氏器淀粉样模式蛋白的序列与结构特征
研究结果表明，玉足海参利用瞬时受体电位通道（TRPC）感受捕食者施加的机械压力，并通过释放乙酰胆碱信号刺激居维氏器排出（图3）。在进化过程中，玉足海参基因组的3号和12号染色体集中形成了多个新基因，这些新基因使得居维氏器能够接收乙酰胆碱信号，并生成淀粉样黏性蛋白。
图3：乙酰胆碱刺激玉足海参居维氏器喷射
该科学发现阐释了海参“吐丝”的御敌行为机制，在研发提高人工增养殖海参适应能力的技术方面具有重大潜在应用价值，也为新型仿生水下黏合材料的研发提供了新思路。
中国科学院南海海洋研究所陈廷副研究员和任春华研究员等为论文共同第一作者，陈廷副研究员和胡超群研究员为本文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项等项目的联合资助。
相关论文信息：
https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2213512120。
2023-04-23
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广州地化所：太古代陆地表面的地球动力学氧化
地球大气的自由氧浓度在第一次大氧化事件（GOE，大约25亿年前）期间永久性地上升至10-5倍现代大气水平。但地质记录表明，在大氧化事件之前，太古代大陆地表已经发生了局部的氧化风化，这究竟是如何发生的？氧化剂从何而来？迄今为止，这仍是一个未解之谜。
为了寻找太古代具有重要地质意义的氧化剂来源，中国科学院广州地球化学研究所何宏平研究员团队基于前期发现的石英表面自由基与水反应产生氧气(O2)和过氧化氢(H2O2)等活性氧(ROS)的机制，选取了岛状、环状、链状、层状和架状结构的硅酸盐矿物，开展了太古代物理风化环境下矿物–水界面作用的模拟研究。研究发现，大多数硅酸盐矿物经机械磨蚀后均可产生ROS，架状结构矿物（长石和石英）中Si–O键均裂更容易形成自由基(SiO·和SiOO·)，其ROS产量显著高于橄榄石、辉石等具低聚合度硅氧骨架的矿物（图1）。通过大数据汇编分析发现，在太古代时期，大陆地壳物理风化导致的ROS产量随地壳SiO2含量的升高和构造运动的增强而显著增加（图2）。
图1 硅酸盐矿物ROS产量与结构关系
图2 地球大陆演化过程中大陆地壳产生ROS能力的变化
研究团队提出，超级山脉的物理风化可构成中太古代的“产氧工厂”（图3）。当时大陆上的矿物机械化学产氧通量达到1.73×108~1.17×109 mol yr-1，并随着大陆地壳的生长和长英质化而渐进增加，这足以引发太古代局部氧化风化事件。值得注意的是，矿物机械化学氧化剂产量的时空变化本质上是地表环境对地球深部过程的响应，活性氧的氧化作用驱使大量营养元素迁移至太古代海洋，促进早期海洋生产力的兴盛，这种过程驱动了岩石圈–生物圈的协同演化。
图3 太古代造山侵蚀过程产生ROS的示意图
该研究得到了国家杰出青年基金（No. 41825003），国家自然基金（No. 41921003，42202037，42202037）和中国博士后科学基金资助项目（2022M713164）的联合资助。研究成果于4月21日发表于《通讯-地球与环境》（Communications Earth & Environments）。
论文信息：Xiao Wu（吴逍），Jianxi Zhu（朱建喜），Hongping He（何宏平）*，Haiyang Xian（鲜海洋），Yiping Yang（杨宜坪），Lingya Ma（马灵涯），Xiaoliang Liang（梁晓亮），Xiaoju Lin（林枭举），Shan Li（李珊），Kurt O. Konhauser*，Yiliang Li（李一良）*, 2023. Geodynamic oxidation of Archean terrestrial surfaces. Communications Earth & Environments. DOI: 10.1038/s43247-023-00789-3.
论文链接
2023-04-23
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深圳先进院在面向机器人通用应用的超可调双稳态结构研究取得进展
该工作所展示的双稳态结构具有优越的可调特性与广泛的应用潜力，可以拓展双稳态结构设计的前沿，并为机器人、生物医学工程、建筑和动态艺术等领域的未来设计开辟新的道路。
近日，中科院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所微创中心李英田副研究员课题组，与北京大学、北京航空航天大学、新加坡国立大学和瑞士洛桑联邦理工学院，在Cell子刊Cell Reports Physical Science上合作发表了题为“Ultra-tunable bistable structures for universal robotic applications”的文章。深圳先进院蒋永康博士后为第一作者，李英田副研究员为唯一通讯作者，深圳先进院为本文的第一单位与通讯单位。
文章上线截图
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双稳态结构具有快速响应和力放大能力。利用稳态特性和不稳定性来快速释放双稳态结构中存储的能量可以提升机器人的诸多性能，例如高速运动、自适应传感和快速抓取等。然而，目前关于双稳态结构的研究主要集中在它们的稳定状态，却缺少对于他们中间状态的研究。
为此，研究团队提出了一种能量壁垒可编程和触发力跨数量级可变的超可调双稳态结构，并可以根据不同应用场景而进行几何构型、尺寸、材料和驱动方法的定制化设计。该双稳态结构通过将片状材料折叠成为特定的折痕图案，具有一个稳定状态、一个亚稳定状态和数量诸多的中间状态。当双稳态结构从亚稳态转变为稳态时，存在一个临界点，此时存储的应变能达到最大值，同时结构会发生失稳，快速跃变至稳态。而这项工作，主要研究的是在双稳态结构达到其临界点之前的能量壁垒可编程的诸多中间状态。
为了证明所提出结构的可调性，研究人员进行了一系列实验，实现了单体双稳态结构的触发力可调整为最大值的 0.1%，同时，使用不同设计参数制成的机械抓手能夹持的重量差别可达107倍。此外，为了验证该结构在机器人应用上的潜力，研究团队开发了不同的原型样机，包括机械捕蝇草、机器抓手，弹跳和游泳机器人、温敏开关和分拣系统等。通过对于原型样机的测试，团队发现：具有超灵敏“花蕊”的机器人捕蝇器可以在 10 ms内完成蜜蜂的捕捉、双稳态抓手可以牢牢抓住到高速射来的乒乓球（10m/s）、弹跳机器人的跳跃高度可达机器人身高的24倍以上，等等。
该工作所展示的双稳态结构具有优越的可调特性与广泛的应用潜力，可以拓展双稳态结构设计的前沿，并为机器人、生物医学工程、建筑和动态艺术等领域的未来设计开辟新的道路。
超可调双稳态结构的示意图
2023-04-21
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深圳先进院杨帆团队首次揭示大脑调控甲状旁腺素分泌干预骨代谢的机制
文章详细描述了小鼠的中枢神经系统穹窿下器官感受外周甲状旁腺激素，并通过下丘脑室旁核以及交感神经反馈调节外周PTH变化进而干预骨代谢的机制。
4月20日，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知及脑疾病研究所杨帆团队在神经科学著名刊物Neuron杂志在线发表了题为“Bidirectional Control of Parathyroid Hormone and Bone Mass by Subfornical Organ (大脑穹窿下器官双向调节甲状旁腺素分泌及骨量)”的研究论文，详细描述了小鼠的中枢神经系统穹窿下器官（subfornical organ, SFO）感受外周甲状旁腺激素（parathyroid hormone, PTH），并通过下丘脑室旁核（paraventricular nucleus, PVN）以及交感神经反馈调节外周PTH变化进而干预骨代谢的机制。深圳先进院杨帆研究员，深圳理工大学（筹）吕维加教授为共同通讯作者，张路博士与刘念博士为论文的共同第一作者。
文章上线截图
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骨骼是人体的重要器官，其功能包括支撑、保护、运动和内分泌代谢等，近年来研究表明大脑的神经网络对骨本体感觉、骨代谢的神经调节、骨的内分泌调节均发挥着极其重要的调控作用，但背后的生物学机制尚不完全清楚。杨帆研究团队的前期研究已经发现大脑的中枢神经环路可以直接调节外周交感神经活动，进而来干预外周骨骼代谢和功能(Journal of Clinical Investigation. 2020；Molecular Psychiatry. 2022)。大脑作为机体的最高神经中枢也可以通过精确调控内分泌激素来对骨代谢重塑产生重要的调节作用。甲状旁腺激素（PTH）是机体至关重要的钙磷代谢调节激素，对骨的形成和吸收过程发挥关键调控作用。在鱼类等海洋动物，PTH多肽在中枢神经系统表达；在人类和其它哺乳动物PTH主要由外周甲状旁腺分泌来维持钙磷平衡；然而迄今为止，中枢神经系统如何感受并调控PTH分泌，进而影响骨代谢重塑进程的生物学机制尚不清楚。
为了深入研究中枢神经通过甲状旁腺调节骨代谢的过程，杨帆团队首先对甲状旁腺与中枢神经系统的解剖学及功能性连接做出了深入解析。团队首先通过解剖以及神经环路逆向示踪技术发现外周甲状旁腺与中枢神经系统的中间网状核(intermediate reticular nucleus, IRt)，室旁核（PVN）以及穹窿下器官（SFO）存在神经连接。外周注射用生物素标记的PTH，通过在大脑中对生物素进行染色可以发现外周注射的PTH可与SFO脑区结合。进一步通过脑片电生理及在体钙荧光实验发现，外周来源的PTH可以激活SFO神经元的活动，这一功能由SFO神经元所表达的PTH受体介导完成。通过CRISPR-Cas9技术敲低SFO中的PTH受体表达可发现小鼠外周PTH水平降低，对外源钙刺激的响应改变，松质骨结构发生改变。进一步对SFO的神经元解析中发现，PTH受体在SFO中的GABA能 (gamma-aminobutyric acid, γ-氨基丁酸)及Glut能(glutamate, 谷氨酸) 神经元中都有表达。利用化学遗传学特异性激活SFO中的GABA能及Glut能神经元分别造成外周PTH降低/升高以及外周骨密度的减少/增加。利用化学遗传学特异性激活SFO下游的PVN脑区可以使PTH升高，而激活SFO中GABA能神经元到PVN的投射环路则可以抑制外周PTH水平，同时使外周骨松质密度降低。最后，研究还发现甲状旁腺内交感神经末梢缺失可以导致外周PTH水平降低，并对血液中钙刺激响应发生改变。
综上所述，这一研究揭示了中枢SFO脑区感知外周PTH，分别通过GABA能及Glut能神经元以及交感神经对PTH水平进行调节，并进一步调节骨代谢的神经机制。该机制的发现首次揭示了大脑-甲状旁腺-骨轴在维持骨代谢稳态中的关键作用，进一步完善了大脑-内分泌-骨骼系统互作调控的学术理论体系，也拓展了精准调控中枢神经干预内分泌激素水平的新技术和方法手段，为我们深入理解机体维持骨稳态的机理提供了新的研究思路。
杨帆团队聚焦于中枢神经调控骨代谢的机制研究，前期团队成员解析了慢性压力应激引发焦虑及骨丢失的神经机制 (Journal of Clinical Investigation. 2020；Molecular Psychiatry. 2022)、光遗传学调控甲状旁腺素分泌干预骨丢失(Nature Communications. 2022)；目前最新的大脑调控甲状旁腺素的Neuron文章是基于前期研究继续深入探索“中枢神经系统调控骨代谢”领域的又一重要成果。
该项目获得科技创新基金，国家自然基金，中国科学院，广东省及深圳市地方项目的支持。
穹窿下器官（SFO）感受外周甲状旁腺激素（PTH）进而通过下丘脑室旁核（PVN）及交感神经系统调控PTH及骨代谢
2023-04-21
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广州地化所：五硫同位素示踪非质量依赖分馏效应的来源和行星化学启示
近二十余年，同位素地球化学家陆续在陨石、沉积物、冰芯等多种记录了太阳系和地球演化历史的天然载体中观测到多硫同位素（32S、33S、34S、36S）非质量依赖分馏效应（Sulfur Isotope Mass-independent Fractionation; S-MIF）。学界普遍认为，S-MIF导致的硫同位素33S和36S异常主要通过含硫分子（如二氧化硫）的短波紫外线光化学反应产生，是示踪大氧化事件、板块运动、平流层火山喷发、火星硫循环、太阳系原行星盘演化等过程的重要工具。然而，该同位素效应理论和地学应用领域的头上存在一朵“乌云”：在现代地球大气臭氧层阻隔了短波紫外线到达地面的情况下，为何我们在现代近地面大气中仍能广泛观测到S-MIF现象？
为回答该问题，中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室（下称“广州地化所”）林莽研究员在早年引入了第五个硫同位素（宇生放射性同位素35S；半衰期约87.4天）作为高层大气的示踪物（Lin et al., PNAS 2016），率先开展了五硫同位素综合研究（Lin et al., PNAS 2018）。初步的五硫同位素分析结果显示，近地面大气的33S异常与35S相关，表明其产生机制可能与臭氧层上的光化学过程相关；而36S异常则与燃烧示踪物相关，说明其产生机制可能涉及燃烧这一非光化学过程。为深入探讨S-MIF的来源和化学机制，更合理地解读天然样品数据，提高35S和36S这两种丰度极低的硫同位素的分析精度和开展后续分析尤为关键。
近年，广州地化所博士后于晓晓和研究助理林晓敏在林莽研究员的指导下，筛查了影响35S和36S分析精度的潜在因素，提出了较为简易的解决方案，自主建立了五硫同位素高精度分析测试平台。最近，硕士生殷彬晏在林莽研究员指导下，在该测试平台开展了大气硫酸盐S-MIF后续研究。研究结果进一步支持36S异常与燃烧过程相关，其化学机制可能与高温气态硫重组反应中由分子对称性差异引起的同位素效应有关；但33S异常与高层大气并无关联，表明其来源和化学机制比想象中更为复杂，需要在未来的研究进一步深入探讨。鉴于类似幅度的S-MIF在火星陨石样品中广泛存在，研究团队从比较行星学角度思考，进一步提出，在解读地外样品多硫同位素数据时，必须慎重考虑S-MIF来源和同位素行星化学的复杂性。若简单地以“S-MIF只与光化学反应有关”作为数据解读的基本假设，在通过火星样品多硫同位素反演火星古大气过程的研究中可能会得到错误结论。
这一系列研究得到了中科院“从0到1”原始创新项目（ZDBS-LY-DQC035）、基金委专项项目（42241125）、南方海洋科学与工程广东省实验室重大专项团队项目（GML2019ZD0308）、国家高层次人才计划青年项目、珠江人才计划青年拔尖人才项目的联合资助。研究成果分别发表于化学期刊《美国化学会地球和空间化学》（ACS Earth and Space Chemistry）和《质谱学快报》（Rapid Communications in Mass Spectrometry），其中，关于S-MIF化学机制及其对行星大气启示的工作，于4月20日以主封面（Front Cover）文章发表在2023年第4期ACS Earth and Space Chemistry。
论文信息：
Xiaomin Lin (林晓敏)#, Xiaomin Yu (于晓晓)#, Mang Lin (林莽)* (2022). Analysis of Atmospheric Radiosulfur at Natural Abundance by a New-type Liquid Scintillation Counter Equipped with Guard Compensation Technology. ACS Earth and Space Chemistry. 6, 7, 1868–1875. (#共同一作)
论文链接
Xiaoxiao Yu (于晓晓)*, Binyan Yin (殷彬晏), Mang Lin (林莽)* (2022). Removal of contamination in helium for precise SF6-based Δ36S measurements. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 36(24), e9404.
论文链接
Binyan Yin (殷彬晏), Xiaoxiao Yu (于晓晓), Xiaomin Lin (林晓敏), Zhisheng Zhang (张智胜), Yanli Zhang (张艳利), Mang Lin (林莽)* (2023). Toward the origins of quadruple sulfur isotope anomalies in modern sulfate: A multitracer approach and implications for paleo- and planetary atmospheres. ACS Earth and Space Chemistry. 7(4), 800-811.
论文链接
图1 ：（左）多硫稳定同位素 S-MIF 与燃烧示踪物的相关性；（右）当期 ACS Earth Space Chem 主封面（Front Cover）。
2023-04-23
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华南植物园揭示陆生植物气孔导度对全球变化的响应
气孔导度是重要的植物生理生态性状。已有的研究表明气孔导度对环境变化十分敏感，但多个全球变化因子共同作用下，气孔导度的响应尚不清楚，因而限制了人们对陆地生态系统碳水循环的理解和预测。中科院华南植物园生态研究中心梁星云副研究员，利用全球实验数据，整合分析了CO2浓度升高、增温等全球变化因子及其交互作用对陆生植物气孔导度的影响。基于气孔导度对全球变化因子的响应，发现CO2浓度升高、增温、降水减少、地表臭氧浓度增加等因子显著降低气孔导度，降水增加和大气氮沉降则显著增加气孔导度。Bor . F ：寒带森林， Tem . F ：温带森林， Sub . F ：亚热带森林， Trop . F ：热带森林， Tem . G ：温带草地， Med . W ：地中海灌木林。
气孔导度是重要的植物生理生态性状。已有的研究表明气孔导度对环境变化十分敏感，但多个全球变化因子共同作用下，气孔导度的响应尚不清楚，因而限制了人们对陆地生态系统碳水循环的理解和预测。
中科院华南植物园生态研究中心梁星云副研究员，利用全球实验数据，整合分析了CO2浓度升高、增温等全球变化因子及其交互作用对陆生植物气孔导度的影响。基于气孔导度对全球变化因子的响应，发现CO2浓度升高、增温、降水减少、地表臭氧浓度增加等因子显著降低气孔导度，降水增加和大气氮沉降则显著增加气孔导度。但气孔导度的响应因实验强度、植物属性（包括自身气孔导度、生物群系、植物功能型）以及气候而异。基于气孔导度对全球变化因子交互作用的响应，发现除增温+氮沉降对气孔导度没有显著影响外，所有双因子的交互作用均显著降低了植物的气孔导度，且各因子的单独效应总体上是可加和的，但随着效应值的增加，倾向于拮抗（即双因子的共同效应小于单因子效应之和）。基于气孔导度对全球变化因子的敏感性及其变化程度，发现大气CO2浓度升高和增温对气孔导度的影响最大，而降水格局改变、氮沉降以及臭氧浓度增加的影响较小，进而预测了陆生植物气孔导度的未来变化趋势（图1）。
该研究为深入理解和精准预测全球变化背景下植物气孔导度的响应奠定了基础。相关研究结果已近期在线发表在Nature Communications（《自然通讯》）上。该研究得到了国家杰出青年科学基金、面上项目和广东省自然科学基金等项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-37934-7
图1. 陆生植物气孔导度（gs）未来变化趋势的预测。a：大气CO2浓度升高导致的变化，b：气温上升导致的变化，
c：降水改变导致的变化，d：大气氮沉降导致的变化，e：地表臭氧浓度增加导致的变化。
Bor.F：寒带森林，Tem.F：温带森林，Sub.F：亚热带森林，Trop.F：热带森林，Tem.G：温带草地，Med.W：地中海灌木林。
2023-04-20
