科研进展
  • 广州健康院在代谢性脂肪肝病的研究中取得进展
    近日,中国科学院广州生物医药与健康研究院李尹雄研究员课题组在Life Science Alliance上发表了题为Hepatic DKK1 driven steatosis is CD36-dependent的研究论文。这项研究阐明了高脂饮食诱导肝内DKK1升高进而促进肝脂肪变性的病理基础。 DKK1通过ERK-PPARγ轴上调CD36增加脂肪酸摄取,通过上调JNK信号加剧肝胰岛素拮抗,两者的叠加是DKK1驱动脂肪肝的关键事件。
      近日,中国科学院广州生物医药与健康研究院李尹雄研究员课题组在Life Science Alliance上发表了题为Hepatic DKK1 driven steatosis is CD36-dependent的研究论文。这项研究阐明了高脂饮食诱导肝内DKK1升高进而促进肝脂肪变性的病理基础。 DKK1通过ERK-PPARγ轴上调CD36增加脂肪酸摄取,通过上调JNK信号加剧肝胰岛素拮抗,两者的叠加是DKK1驱动脂肪肝的关键事件。
      随着膳食结构和生活方式的改变,非酒精性脂肪肝(Non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)已成为全球最常见的可逆性代谢性紊乱,有25%的NAFLD进行性发展为脂性肝炎,1.8-12%发展成肝纤维化,甚至肝硬化和肝功能失代偿性肝功能衰竭,后两者占有全球肝器官移植的首位;还有2.7-3.24%的肝纤维化最终发展成肝细胞肝癌;NAFLD进行性发展的并发症包括II型糖尿病和心脑血管病等严重的代谢性疾病。以NAFLD为起点的进行性疾病谱严重威胁人群的健康和生命,给家庭和社会带来巨大的经济和精神负担。因此深入研究NAFLD进行性发展的病理机制,寻找潜在的治疗靶点有着重要的现实意义。课题组通过对临床NAFLD活检肝组织的表达分析,发现DKK1的表达与NAFLD存在正相关性,进一步利用体内体外肝脂肪变性模型确定这一相关性。然后,通过腺相关病毒、慢病毒和CRISPR/Cas9技术构建肝特异DKK1过表达与敲除小鼠以及人、鼠肝细胞系,从正反两方面确证了DKK1与NAFLD发生发展之间的因果关联,抑制DKK1的表达可缓解NALFD的进程。
      进一步利用生物信息学分析深度挖掘DKK1与肝细胞脂肪变性的分子网络关联,发现DKK1能够显著影响脂肪酸摄取通路和胰岛素敏感性相关信号通路的变化。然后通过检测体内体外相关基因的mRNA和蛋白表达,发现两个DKK1潜在靶基因CD36和JNK的表达与DKK1的表达存在正相关,即敲除DKK1导致CD36和JNK的下调,过表达DKK1导致两者的上调。进一步的机理分析揭示,DKK1调控CD36的转录依赖于ERK和PPARγ的信号传导,从而证明了DKK1通过ERK-PPARγ轴上调CD36的表达,以加剧肝细胞脂质堆积。另一方面,DKK1通过上调非经典Wnt通路下游的JNK信号通路加剧肝胰岛素抵抗,从而加剧肝脂肪变性。在NAFLD病理机制研究中,该发现具有一定的原创性,并且为预防和治疗非酒精性脂肪肝病的药物研发提供了新的潜在靶点。
      广州健康院博士研究生杨振为该研究论文的第一作者,李尹雄研究员为通讯作者。本项研究的合作单位为暨南大学第一附属医院。该研究获得了国家重点研发计划基金、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金等的支持。
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      肝细胞DKK1调节肝脏脂肪变性示意图
      
    2022-12-07
  • 广州地化所:榍石稀土元素活化迁移对华南离子吸附型稀土矿床重稀土富集矿化的指示

      稀土是我国优势矿产资源,其中华南地区的离子吸附型稀土矿床为全球提供了约80%的重稀土。该类型矿床的主要特点是矿体分布于花岗岩风化壳中,前人认为花岗岩母岩对该类矿床的形成有很大的控制作用。离子吸附型稀土矿床的花岗岩母岩通常具有演化程度高的特征,甚至很多花岗岩母岩在其结晶之后还受到了岩浆演化晚阶段形成的热液影响发生了自交代作用。伴随着自交代作用,母岩中一些富含稀土的原生矿物(榍石、褐帘石、磷灰石、锆石等)蚀变形成了次生的富含稀土的矿物(如氟碳钙铈矿、氟碳钇矿、磷钇矿、褐钇铌矿、硅铍钇矿等)。然而,前人对于这一蚀变过程中稀土元素的活化和迁移机制以及其对稀土矿化的影响关注较少。古城矿床是华南地区新发现的一个以重稀土矿化为主的矿床,其重稀土氧化物含量占稀土氧化物总量约为55%,矿体主要分布于粗粒黑云母花岗岩风化后形成的风化壳中。显微观察发现粗粒黑云母花岗岩中发育有较多的榍石,且榍石有被热液流体交代形成富重稀土矿物(褐钇铌矿和硅铍钇矿)的现象。因此,对古城矿床花岗岩母岩中的榍石及其蚀变形成的矿物开展系统的结构和化学成分研究有利于我们对离子吸附型稀土矿床重稀土元素活化和迁移机制及其对重稀土矿化的影响进行深入分析。
      针对上述科学问题,中国科学院广州地球化学研究所流体成矿作用学科组冯雨周博士后和陈华勇研究员及其合作者,对古城矿床成矿花岗岩母岩中的榍石开展BSE-CL-TIMA结构分析、电子探针和LA-ICP-MS成分分析、LA-ICP-MS U-Pb年龄分析以及MC-ICP-MS Nd同位素分析,获得以下结论:(1)古城矿床成矿花岗岩母岩中的榍石形成于岩浆演化晚阶段富H2O和高氧逸度环境中,其U-Pb年龄为102.6 ± 1.9 Ma。(2)古城矿床成矿花岗岩母岩结晶之后经历了三个期次热液流体的交代作用,第一次热液流体交代时母岩中的榍石蚀变形成了褐钇铌矿、金红石、石英和方解石,这个过程中榍石中的重稀土被淋滤出来后大部分进入到褐钇铌矿中发生了重稀土元素的富集;随后第二次热液流体交代时褐钇铌矿被完全交代,金红石被部分交代,同时伴随有硅铍钇矿和氟碳钙铈矿的形成,这个过程中重稀土元素在硅铍钇矿中发生了进一步富集;硅铍钇矿之后又被大气降水来源的热液流体交代释放出重稀土元素并在风化壳中富集成矿。(3)古城矿床成矿花岗岩母岩中含重稀土元素的榍石经历了热液流体的交代后蚀变形成了易风化分解的次级富稀土矿物硅铍钇矿,在这个过程中重稀土元素发生了活化、迁移和富集,该过程有利于重稀土元素在风化壳中富集成矿,同时该过程可能也是华南地区离子吸附型稀土矿床重稀土成矿的一种重要机制。
      古城矿床榍石及其蚀变形成的矿物结构特征
      Aln-褐帘石; Ap-磷灰石; Bt-黑云母; Cal-方解石; Chl-绿泥石; Fgs-褐钇铌矿; Gad-硅铍钇矿; Hbl-角闪石; Kfsp-钾长石; Mag-磁铁矿; Ms-白云母; Pl-斜长石; Qz-石英; Rt-金红石; Syn-氟碳钙铈矿; Ttn-榍石
      上述研究成果发表在American Mineralogist期刊上,得到了广东省基础与应用基础研究重大项目(2019B030302013)、国家自然科学基金(41725009、42103058、41921003和42173065)和广东省重点实验室项目(2020B1212060055)的联合资助。
      论文信息:Yuzhou Feng(冯雨周), Yuanming Pan(潘元明), Bing Xiao(肖兵), Gaobin Chu(初高彬), Huayong Chen(陈华勇)*. Hydrothermal alteration of magmatic titanite: Implications for REE remobilization and the formation of ion-adsorption HREE deposits, South China. American Mineralogist: 2022. DOI: 10.2138/am-2022-8644.
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    2022-12-06
  • 华南植物园揭示长期氮沉降调控热带森林土壤碳排放的格局及机制
    人类活动所导致的大气CO2增加已成为当前重要的科学话题并引起了广泛的政治和社会关注。土壤是陆地生态系统最大的碳库,至少有一半的土壤有机碳储存于森林中。热带和亚热带森林主导全球森林碳循环,它们占据全球森林78%总碳排放和55%总碳吸收。氮沉降通过影响植物生长和微生物活性改变森林土壤呼吸及碳排放,但目前学术界关于氮沉降如何影响森林土壤呼吸的认识主要源于短时间尺度的研究。由于氮沉降是个长期的生态环境过程,缺乏长期且连续的研究将无法准确认识氮沉降调控森林土壤碳排放的格局及机制。氮沉降背景下热带森林土壤呼吸的阶段性变化( Research Briefing )。
       人类活动所导致的大气CO2增加已成为当前重要的科学话题并引起了广泛的政治和社会关注。巴黎协议和IPCC报告均指出有效遏制大气CO2增加是缓和气候变化的有效措施之一,同时强调需要深入理解大气碳源和碳汇。土壤是陆地生态系统最大的碳库,至少有一半的土壤有机碳储存于森林中。热带和亚热带森林主导全球森林碳循环,它们占据全球森林78%总碳排放和55%总碳吸收。人类活动也导致大气氮沉降加剧。氮沉降通过影响植物生长和微生物活性改变森林土壤呼吸及碳排放,但目前学术界关于氮沉降如何影响森林土壤呼吸的认识主要源于短时间尺度的研究。由于氮沉降是个长期的生态环境过程,缺乏长期且连续的研究将无法准确认识氮沉降调控森林土壤碳排放的格局及机制。
      中国科学院华南植物园生态系统管理研究团队(PI:郑棉海副研究员)依托我国最早建立的模拟森林氮沉降研究平台,发现长期氮沉降对南亚热带森林土壤碳排放的影响呈现阶段性变化。研究平台位于广东省鼎湖山国家级自然保护区,包括3种典型森林类型:季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松针叶林。9-13年长期氮添加处理后,森林土壤呼吸呈现“无显著变化-显著降低-无显著变化”的三阶段格局(图1)。相比低、中氮处理,高氮处理缩短了三阶段格局的时间。在整个实验过程,氮添加累计减少土壤CO2排放总量为6.53-9.06 Mg CO2 ha-1,氮添加减少土壤CO2排放的效率为5.80-13.13 Mg CO2 Mg N-1。研究团队还基于鼎湖山模拟氮沉降样地测定的849项有关土壤、植物和微生物碳氮循环数据,构建了氮沉降调控热带森林土壤碳排放的机理框架(图2)。这些结果表明过去许多短期氮添加实验无法准确反映森林土壤呼吸响应氮沉降的格局。研究成果为氮沉降促进热带森林土壤碳固持现象提供了重要证据,也为全球气候变化的预测和生态系统碳中和目标的实现提供新的依据。
      研究结果于2022年12月1日发表在国际地球科学领域顶级期刊Nature Geosciences(《自然地球科学》)(IF=21.53)上。(链接:https://www.nature.com/articles/s41561-022-01080-4)文章发表之后,12月5日期刊再次以Research Briefing(研究简报)的形式进行了报道(链接:https://www.nature.com/articles/s41561-022-01083-1)。中科院华南植物园郑棉海副研究员为论文的第一作者,张炜副研究员和莫江明研究员为论文的共同通讯作者。此外,鲁显楷研究员、黄娟副研究员、毛庆功助理研究员、王森浩博士以及合作者美国康奈尔大学骆亦其教授、华南植物园叶清研究员和刘菊秀研究员、岭南师范大学张涛博士也参与了该项工作。研究成果得到了国家自然科学基金重点项目、面上项目、中科院青促会项目和中国生态学会青年人才托举工程项目等资助。
       
      图1. 长期氮添加对鼎湖山森林土壤碳排放的影响
      图2. 长期氮沉降调控热带森林土壤碳排放的机理框架
      图3. 氮沉降背景下热带森林土壤呼吸的阶段性变化(Research Briefing)
      
    2022-12-06
  • 华南植物园对植源抗真菌活性先导化合物发现和作用机制研究取得进展
    黄曲霉( Aspergillus flavus )是一种常见真菌,它能够侵染农副产品、中药材和加工食品等物品。黄曲霉能够产生强毒性的次级代谢物—黄曲霉毒素,后者被国际癌症研究机构( IARC )列为Ⅰ类致癌物,它引发肝癌的比例高达世界总肝癌数的28.2% 。据统计, 2006至2016年,非洲、美洲和欧洲谷物中黄曲霉平均发病率为55% ,亚洲发病率高达63% 。另外,黄曲霉还是一种机会性致病真菌,可使免疫力低下人群患曲霉病,是侵袭性曲霉病的第二大诱因,导致慢性肉芽肿性鼻窦炎、角膜炎、皮肤曲霉菌病、伤口感染和骨髓炎等临床综合征。图. PME抗黄曲霉机制及芪类化合物抗菌构效关系。
       
      黄曲霉(Aspergillus flavus)是一种常见真菌,它能够侵染农副产品、中药材和加工食品等物品。黄曲霉能够产生强毒性的次级代谢物—黄曲霉毒素,后者被国际癌症研究机构(IARC)列为Ⅰ类致癌物,它引发肝癌的比例高达世界总肝癌数的28.2%。黄曲霉侵染给农业经济造成重大损失,全球每年因黄曲霉毒素污染损失1600万吨玉米。据统计,2006至2016年,非洲、美洲和欧洲谷物中黄曲霉平均发病率为55%,亚洲发病率高达63%。另外,黄曲霉还是一种机会性致病真菌,可使免疫力低下人群患曲霉病,是侵袭性曲霉病的第二大诱因,导致慢性肉芽肿性鼻窦炎、角膜炎、皮肤曲霉菌病、伤口感染和骨髓炎等临床综合征。
      由于黄曲霉毒素的强毒性和强致病性,世界上已有100多个国家和地区对食品和饲料中黄曲霉毒素的最大允许含量作了限定。我国国家标准GB2761-2017《食品安全国家标准食品中真菌毒素限量》也对食品中黄曲霉毒素允许含量进行了严格规定。因此,深入研究并开发新型、高效、绿色抗菌化合物是目前人类防治黄曲霉的迫切需求。与化学合成的药物小分子相比,天然产物结构新颖、多样,生物活性更加独特,从天然产物中寻找新型抗真菌药物无疑是一条有效捷径。
      中国科学院华南植物园邱声祥研究组从木豆Cajanus cajan (L.) Millsp.叶中发现了强效的抑真菌化合物PME(Pinosylvin monomethyl ether)。抑菌谱显示,PME对农业真菌和人类三大致病真菌都有不同程度的抑制效果,特别是PME能够抑制黄曲霉孢子萌发和黄曲霉毒素B1累积。研究表明,PME能够结合细胞膜磷脂,导致细胞膜流动性降低、渗透性增大、内容物外渗。PME处理的黄曲霉孢子表现出细胞壁自溶状表型,代谢组分析发现PME结合细胞膜磷脂不仅导致膜流动性和渗透性改变,还能进一步造成膜溶解,孢子结构坍塌,从而产生自溶状表型。鉴于PME的强抑真菌功效与良好的安全性,其在农业、饲料和食品加工行业具有较大的应用潜力。
      相关研究结果以封面故事在线发表在国际学术期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry(《农业与食品化学杂志》)上。华南植物园李先彩助理研究员为论文第一作者,博士研究生姚李媛完成PME等化合物的提取分离和结构鉴定,邱声祥研究员为论文通讯作者。研究得到了国家自然科学基金和中科院STS项目的资助。
      论文链接:https://doi.org/10.1021/acs.jafc.2c07240
      杂志的封面故事
      图. PME抗黄曲霉机制及芪类化合物抗菌构效关系
      
    2022-12-06
  • 华南植物园揭示驱动北半球针叶林春季物候变化的关键热临界点
    植物春季物候提前是陆地生物受气候变化影响的重要特征之一,而次生生长(木质部物候)是其关键组成部分。该研究从北半球75个研究样地整合了1998-2016年间(非连续时间序列) 20个针叶树种木质部细胞壁增厚开始期的大数据集,覆盖北半球( 23-66 ° N )广泛的年均温( MAT )梯度( - 3.05至22.9 ℃ ) ,揭示了北方针叶林春季物候的提前存在温度临界点。高于温度临界点时春季物候中的木质部物候对气候变暖的响应程度显著下降。并揭示北方针叶林物候存在冷、暖两种热生态位分化,其中MAT和春季积温( Spring forcing )分别是触发细胞壁增厚开始的主要驱动因素(通过拟合线性混合效应模型和贝叶斯混合效应模型确定) 。
       
      植物春季物候提前是陆地生物受气候变化影响的重要特征之一,而次生生长(木质部物候)是其关键组成部分。尽管人们对预测植物物候的转变越来越感兴趣,但是全球变暖导致的春季物候提前仍存争议。不同时空尺度下全球变暖驱动的春季物候提前的各种证据暗示了这种响应可能存在温度临界点。该研究从北半球75个研究样地整合了1998-2016年间(非连续时间序列)20个针叶树种木质部细胞壁增厚开始期的大数据集,覆盖北半球(23-66°N)广泛的年均温(MAT)梯度(-3.05至22.9℃),揭示了北方针叶林春季物候的提前存在温度临界点,高于温度临界点时春季物候中的木质部物候对气候变暖的响应程度显著下降;并揭示北方针叶林物候存在冷、暖两种热生态位分化,其中MAT和春季积温(Spring forcing)分别是触发细胞壁增厚开始的主要驱动因素(通过拟合线性混合效应模型和贝叶斯混合效应模型确定)。
      热学临界点的存在表明森林春季物候对温度的敏感性差异可以划分为快~慢两个频谱,亦即寒冷地区反应较快,而温暖地区反应较慢。在未来持续变暖条件下,冷、暖两个生态系统之间的春季物候将会逐渐趋同。在物种层面上,由于对温度升高的反应不同,早期和晚期演替物种木质部春季物候期将在寒冷的生态系统中进一步分离,从而引起物候错配。相反,在温暖的生态系统中,由于早期和晚期演替物种的温度敏感性相似,未来全球变暖对它们的物候匹配影响较小。因此,寒冷地区将面临细胞壁增厚时间和不同演替阶段树种趋同的根本性变化。
      该研究为引入基于温度阈值的地球系统模型提供了重要证据,将帮助我们更准确、合理地预测全球变暖下的森林物候、碳-水和能源循环。
      中科院华南植物园张亚玲副研究员、浙江大学生命科学学院黄建国教授为论文的共同第一作者,中国科学院地理环境研究所刘禹研究员为论文的通讯作者。该项目主要受到上海合作组织国际合作项目新疆地区合作创新项目、国家自然科学基金、浙江大学等项目的资助。
       
      图. 所有观察记录(a)和早期、晚期演替阶段(b)的细胞壁增厚开始日期的变化沿MAT梯度存在热量临界点。
      
    2022-12-06
  • 广州地化所:喜马拉雅地块岩石圈向下挠曲、伸展破裂诱发同碰撞早期岩浆作用

      地球上的岩浆活动受控于地球深部过程,全球主要的岩浆形成于洋中脊或俯冲带上盘等较为活跃的构造环境,反之俯冲带或碰撞造山带下盘被动一侧的板片通常被认为是较为稳定且不利于岩浆形成的,因此对此类地区的岩浆形成机制与深部过程缺乏约束和认识。青藏高原-喜马拉雅造山带形成于早新生代雅鲁藏布江新特提斯洋闭合、印度与欧亚大陆的碰撞及相关过程,但碰撞前被动陆缘或碰撞过程中俯冲下盘深部过程并不清楚。事实上,新特提斯洋闭合、印度与欧亚大陆碰撞形成的雅鲁藏布江缝合带两侧都发育有显著的始新世岩浆活动与变质作用,这为理解俯冲下盘或被动大陆陆内岩浆作用与深部过程提供了重要窗口。
      图1 (a) 喜马拉雅地质图,指示新生代岩浆-变质作用分布情况;(b) 研究区地质简图;(c) 喜马拉雅始新世岩浆岩分布柱状图;(d) 喜马拉雅新生代变质作用统计图。
      针对上述问题,马林、王强研究员与英国卡迪夫大学Andrew Kerr教授和澳大利亚科廷大学李正祥教授等合作者选择了喜马拉雅地块作为研究对象,对地块中出现的东西向展布的始新世同碰撞辉绿岩脉开展了详细岩石学和地球化学研究。喜马拉雅地区属于印度大陆克拉通的北缘,在大陆碰撞前后分别为被动陆缘与汇聚下盘板片。其作为被动陆缘,在新特提斯洋俯冲阶段岩浆活动记录较为缺乏。本次研究并结合前人的研究显示,新生代既大陆碰撞以来,喜马拉雅地区发育了至少两期重要的岩浆-变质事件(图1)。其中始新世岩浆作用始于约48 Ma,略晚于雅江缝合带北侧拉萨地块的始新世岩浆作用峰期(51±3 Ma),岩浆作用以角闪石岩类下地壳熔融和少量幔源侵入岩为特征,伴随同期高压中温变质作用。更值得注意的是,这一时期的岩浆活动分布与著名的喜马拉雅穹隆带重叠,呈平行碰撞带展布特征。这些观察和特征指示该期岩浆-变质与大陆碰撞早期的岩石圈变形等深部过程密切相关,但难以被现有机制完全解释。
      本次研究揭示:(1)该期幔源岩浆岩在时空上与始新世花岗岩呈叠合分布,指示潜在的成因联系;(2)幔源岩浆岩多以亏损Sr-Nd同位素和高Nb含量为特征,部分样品显示相对富集的Sr-Nd同位素和轻微的Nb-Ta负异常,指示岩浆可能源自软流圈顶部与岩石圈地幔的边界层,并在向浅表运移的过程中与岩石圈地幔发生了相互作用。综合考虑喜马拉雅与拉萨同碰撞早期的岩浆变质作用特征,提出印度大陆岩石圈在与亚洲大陆碰撞的早期,由于印度岩石圈起始俯冲、碰撞减速和上覆增厚陆壳的载荷等因素导致了岩石圈向下挠曲与岩石圈下部的伸展、破裂,软流圈与岩石圈边界熔体沿伸展断裂上移至下地壳底部侵位,这些幔源岩浆的侵位可能进一步导致同碰撞岩石圈地幔的弱化和地壳的加厚增强,并诱发了下地壳平行缝合带的广泛深熔与壳幔变形的解耦(图2)。这一新模型为理解雅江缝合带两侧始新世同碰撞岩浆成因机制与岩石圈热状态提供了新思路,有助于理解和探讨同碰撞喜马拉雅造山带岩石圈的变质-变形作用。在全球其他碰撞造山带被动陆缘一侧或俯冲下盘的陆内地区可能存在类似的岩浆形成与侵位机制,未来更多的相关研究将为板块构造理论的发展完善提供新的信息与认识。相关成果近期已在线发表在国际重要地学期刊《Geology》上。
      图2 喜马拉雅造山带始新世岩石圈挠曲与岩浆形成侵位机制模型示意图
      论文信息:Ma, L. (马林), Wang, Q. (王强), Kerr, A.C., Li, Z.X. (李正祥), Dan, W. (但卫), Yang, Y.N. (杨亚楠), Zhou, J.S. (周金胜), Wang, J. (王军), Li, C. (李成), Eocene magmatism in the Himalaya: Response to lithospheric flexure during early Indian collision?. Geology 2022; doi: https://doi.org/10.1130/G50438.1. 
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    2022-12-05
  • 亚热带生态所培育出我国第一个“三抗”优质水稻品种
    11月30日,农业农村部发布第625号公告,中国科学院亚热带农业生态研究所申报的杂交稻新品种科贵优4302通过国家农作物品种审定委员会审定。
      11月30日,农业农村部发布第625号公告,中国科学院亚热带农业生态研究所申报的杂交稻新品种科贵优4302通过国家农作物品种审定委员会审定。
      科贵优4302(国审稻20220226)由亚热带生态所为主,与广东省农业科学院水稻研究所和中国种子集团有限公司合作选育。它在长江中下游稻区晚稻区试中表现为中抗稻瘟病,中抗白叶枯病,中抗褐飞虱,品质达到部标优质三级,产量比对照增产1.9%,是我国通过审定的第一个抗这三种病虫害的优质水稻品种。据统计,在2019~2021年国审的1623个水稻品种中,抗稻瘟病品种288个、占17.74%,抗白叶枯病品种50个、占3.08%,抗褐飞虱品种7个、占0.43%,抗稻瘟病且抗白叶枯病品种5个、占0.31%,没有抗稻瘟病且抗褐飞虱品种,也没有抗白叶枯病且抗褐飞虱品种,更没有抗稻瘟病、抗白叶枯病和抗褐飞虱的“三抗”品种。而且,优质稻中抗性品种所占比例更低。
      亚热带生态所水稻分子育种团队一直致力于水稻多抗性状的分子设计育种研究,采用常规育种与分子育种技术紧密结合的育种方法,充分发挥分子育种技术在改良抗性等质量性状中的突出作用,在一个品种中聚集至少三种具有重要生产应用价值的抗性,为世界水稻育种树立了新的技术标杆。
      同时,中国种子集团有限公司还利用亚热带生态所培育的“三抗”恢复系R4312,选育出了“双抗”、优质、高产杂交中稻新品种呈两优4312通过国审(国审稻20220111)。它在长江中下游稻区中稻区试中表现为中抗稻瘟病,中抗褐飞虱,米质达到部标优质2级,产量比对照增产4.1%。
      团队负责人肖国樱研究员表示,要继续加强与全国各地研究院所和企业的交流与合作,将团队培育的“三抗”亲本授权给大家配组,提高我国多抗、优质、高产杂交稻的育种技术水平,为我国继续占据杂交水稻育种技术制高点贡献力量。
      科贵优4302区试点照片(李望君摄影)
    2022-12-04
  • 广州健康院在对映体选择性平行动力学拆分取得新进展
    近日,中国科学院广州生物医药与健康研究院朱强/罗爽课题组利用平行动力学拆分的策略,通过钯催化的对映体选择性环酰亚胺化反应,“一锅法”合成了两种不同骨架类型的含有季碳手性中心的杂环化合物。相关研究成果以“Parallel Kinetic Resolution through Palladium-Catalyzed Enantioselective Cycloimidoylation: En Route to Divergent NHeterocycles Bearing a Quaternary Stereogenic Center”为题发表在ACS Catal.上。
      近日,中国科学院广州生物医药与健康研究院朱强/罗爽课题组利用平行动力学拆分的策略,通过钯催化的对映体选择性环酰亚胺化反应,“一锅法”合成了两种不同骨架类型的含有季碳手性中心的杂环化合物。相关研究成果以“Parallel Kinetic Resolution through Palladium-Catalyzed Enantioselective Cycloimidoylation: En Route to Divergent N-Heterocycles Bearing a Quaternary Stereogenic Center”为题发表在ACS Catal.上。
      获得手性化合物的单一对映异构体最常见的途径是对非手性底物的不对称催化转化,对映选择性地产生手性因素。另一种主要途径是把已经含有手性因素的外消旋体混合物转化为单一的对映异构体产物。这一途径可以通过以下三种策略实现:动力学拆分(KR);动态动力学拆分(DKR);和平行动力学拆分(PKR)。KR是利用两种对映异构体底物在同一个不对称催化条件下转化为产物的速率不同(k1 >> k2 或 k2 >> k1),最理想的情况是50%的一种构型的底物完全转化为单一构型的产物,而50%的另一种构型的底物完全不反应且能被回收。事实上随着反应的进行,“劣势”构型反应底物的相对浓度不断增加,它也会参与反应,导致“有害”构型的产物生成,从而降低产物的对映选择性。而DKR策略有效克服了KR的缺点,即不断富集的“劣势”构型反应底物可以不断地发生消旋化,部分转化为“优势”底物,进而不断地生成目标构型的产物。理想情况下,外消旋体底物可以通过DKR可以100%转化为单一构型的产物,但是前提是两种构型的底物在反应条件下可以快速互变(k1 >> k2 且 k3 >> k2)。为了克服KR和DKR的固有限制, Vedejs和Chen于1997年引入了另一种叫做平行动力学拆分(PKR)的策略,即两种对映体底物分别沿两条不同的反应路径,以相同或接近的速率转化 (k1≈k3且k1 >> k4 且 k3>> k2),得到单一对映异构体的两种产物。在一种不对称反应条件下,既要实现化学选择性又要实现对映选择性调控,即两种底物两种产物四条反应路线的调控是一个巨大的挑战。PKR策略的另一个挑战是,所得到的两种产物一般结构类似,从而造成产物分离非常困难,因此实用性好的PKR反应并不多见(图1)。
      尽管已经有一些成功的PKR的例子,但是产物结构不同并可以通过柱层析分离的报道并不多见。2003年,Fu报道了一种新的铑催化的C-H活化炔链上的醛,然后与炔进环化,以良好产率和对映选择性合成了底物范围有限的环丁烷酮和环戊烯酮。Tanaka等人使用类似的底物和异氰酸酯发生分子间[4+2]环加成,得到了庚酰胺和环戊烯酮的对映选择性衍生物。2017年,Cramer通过PKR反应合成两种独特的氮杂环骨架,3-氮杂双环[3.1.0]己烷和含季立体生成中心的1H-异吲哚。但是,在这些反应中,底物的适用范围比较窄。此外,含有季碳立体中心的杂环广泛存在于天然产物、药物和农药中,然而,对它们的对映选择性合成是一项具有挑战性的任务(图2)。
      朱强/罗爽课题组在前期工作的基础上开发了第一例钯催化对映选择性C(sp2)-H酰亚胺化的平行动力学拆分反应。研究以外消旋的异腈为起始原料,同时生成具有季碳立体中心的二氢异喹啉和1H异吲哚。该反应可以耐受多种类型的底物,可在温和条件下顺利进行反应。由这种PKR的策略构建的五元环和六元环两种产物可以很容易地通过柱色谱分离,这使得该平行动力学拆分变得非常实用。作者还进行了DFT计算,以探索反应机理和对映选择性的来源(图3)。
      该论文的第一作者是博士研究生王希龙,通讯作者是朱强研究员、罗爽副研究员。该研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金等项目的支持。
      图1. 动力学拆分、动态动力学拆分和平行动力学拆分
      图2. 对映体选择性PKR构建不同环的骨架
      图3. 钯催化的对映选择性C(sp2)-H酰亚胺化能量分布图 (简化版)
      论文链接
      
    2022-12-01
  • 华南植物园揭示增温下森林生态系统土壤微生物组装过程差异
    气候变化会影响热带森林生态系统土壤微生物群落组装的过程。然而土壤微生物群落对增温的响应及适应过程与机理尚不明确,对未来气候变暖下土壤微生物群落结构的预测带来新的挑战。该研究依托鼎湖山森林生态系统国家野外科学观测研究站的野外模拟增温实验平台( 2012年开始运行) ,分析了2018-2020连续三年增温下土壤细菌与真菌群落结构与组装过程。因此,研究增温下森林生态系统土壤微生物群落的演替过程,将有助于利用微生物预测气候变暖各阶段以及预测微生物生态功能的演变方向,为完善微生物参与生态系统养分循环过程提供理论依据。
       
      气候变化会影响热带森林生态系统土壤微生物群落组装的过程。然而土壤微生物群落对增温的响应及适应过程与机理尚不明确,对未来气候变暖下土壤微生物群落结构的预测带来新的挑战。
      该研究依托鼎湖山森林生态系统国家野外科学观测研究站的野外模拟增温实验平台(2012年开始运行),分析了2018-2020连续三年增温下土壤细菌与真菌群落结构与组装过程。结果表明,在增温6年后,土壤微生物网络结构更为复杂、网络关键节点的数量随温度升高而增加;土壤细菌与真菌群落结构在干季与湿季均发生显著变化;与真菌不同,相同增温处理下细菌群落结构在连续三年采样中仍有显著变化;随机森林结果表明,真菌群落对增温的预测准确度比细菌更高,这些差异可能是由于细菌与真菌不同的群落组装过程有关。进一步研究表明,细菌与真菌群落组装分别由随机过程及确定性过程主导(图1)。尽管随机过程是细菌群落组成的驱动因素,增温2.1℃导致细菌的组成受到确定性过程的影响。通过构建结构方程模型,评估了温度、土壤养分及土壤含水率对细菌与真菌群落结构组成的影响(图2)。结果表明,增温是影响土壤微生物群落结构的主要因素。在干季中,增温对微生物群落结构有显著正影响(发散)。而湿季增温则导致微生物群落结构收敛。尽管在发散和收敛的过程中,土壤微生物组合可能存在季节性变化。然而我们发现,总体而言,微生物群落结构趋于发散,即与空白对照有显著差异。因此,研究增温下森林生态系统土壤微生物群落的演替过程,将有助于利用微生物预测气候变暖各阶段以及预测微生物生态功能的演变方向,为完善微生物参与生态系统养分循环过程提供理论依据。
      相关研究成果已于2022年12月发表在全球变化生态学领域期刊Global Change Biology(《全球变化生物学》)(IF2021=13.211)。华南植物园鼎湖山站博士后周曙仡聃为论文第一作者,刘菊秀研究员为论文通讯作者。研究得到国家自然科学基金、广东省重点研发计划及博士后基金的资助。论文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.16541
      图1. 气候变暖对微生物群落组装过程的影响。(a-f)中性群落模型(neutral community model, NCM)。(g)归一化随机率(normalized stochasticity ratio, NST)。
      图2. 气候变暖下微生物群落组成的环境驱动因素。(a-b)干、湿季中环境驱动因素影响微生物群落结构的路径分析。(c-f)各驱动因素对微生物群落结构的直接、间接及总影响。
      
    2022-12-01
  • 广州健康院探索艾滋病毒感染对新冠疫苗免疫效果的影响取得新进展
    新冠病毒感染引起的新冠肺炎给全球造成了沉重而又深远的影响。新冠疫苗在预防新冠病毒感染,降低传播、重症率和死亡率中发挥重要的作用。艾滋病人群,特别是艾滋病毒未完全抑制人群或艾滋病晚期人群,他们的免疫系统严重受损,抵抗新冠病毒能力大大降低,增加新冠病毒感染风险和感染后的引起疾病严重程度。而且,艾滋病人群的内环境也导致新冠病毒在体内的清除时间延迟,增加了新冠病毒感染传播的机会,同时促进了新冠病毒的突变和进化。在艾滋病人群中接种新冠疫苗建立免疫障碍,对降低新冠病毒的传播及突变株的出现,至关重要。然而,在艾滋病人群中接种新冠疫苗的策略仍缺乏安全性及有效性数据支持。
      新冠病毒感染引起的新冠肺炎给全球造成了沉重而又深远的影响。新冠疫苗在预防新冠病毒感染,降低传播、重症率和死亡率中发挥重要的作用。艾滋病人群,特别是艾滋病毒未完全抑制人群或艾滋病晚期人群,他们的免疫系统严重受损,抵抗新冠病毒能力大大降低,增加新冠病毒感染风险和感染后的引起疾病严重程度。而且,艾滋病人群的内环境也导致新冠病毒在体内的清除时间延迟,增加了新冠病毒感染传播的机会,同时促进了新冠病毒的突变和进化。在艾滋病人群中接种新冠疫苗建立免疫障碍,对降低新冠病毒的传播及突变株的出现,至关重要。然而,在艾滋病人群中接种新冠疫苗的策略仍缺乏安全性及有效性数据支持。
      在世界艾滋病日前夕(12月1日),中国科学院广州生物医药与健康研究院、广州实验室、广州医科大学/呼吸疾病国家重点实验室、广州恩宝生物医药科技有限公司等合作,在该领域中取得了新进展,相关研究成果以“Booster vaccination is required to elicit and maintain COVID-19 vaccine-induced immunity in SIV-infected macaques”为题发表于国际学术期刊Emerging Microbes & Infections。
      研究者基于2020年研制的腺病毒载体新冠疫苗,可在健康猕猴中诱导保护性免疫反应(Nature Communications. 2020),利用感染猴艾滋病毒的猕猴模型来模拟轻度及重度免疫缺陷的艾滋病人群,研究该腺病毒载体新冠疫苗在艾滋猕猴体内的免疫效果。研究发现,单针接种新冠疫苗后,新冠疫苗在轻度免疫缺陷艾滋猕猴(病毒载量小于105 拷贝/毫升血浆)体内诱导与健康猕猴相当的抗体和细胞应答,而重度免疫缺陷艾滋猕猴(病毒载量大于105 拷贝/毫升血浆)的抗体和细胞应答的强度和持续时间则严重受损。两针加强接种后,轻度免疫缺陷艾滋猕猴与健康猕猴的免疫应答水平均迅速升高;同时,70%的重度免疫缺陷艾滋猕猴的免疫应答水平也迅速提升,但应答水平持续较短。
      研究者进一步分析了艾滋猕猴中影响新冠疫苗免疫效果的因素,发现受损的抗体和细胞应答分别与艾滋病毒感染引起的辅助性T(TFH)细胞和CD4/CD8比值减少相关。同时,研究者也发现,腺病毒载体新冠疫苗接种不影响艾滋猕猴的健康状况,包括艾滋病毒载量和艾滋特异性免疫应答等。该研究提示在艾滋病人群及时进行抗艾滋病毒治疗、促进免疫重建的重要性。同时也提示在艾滋病人群中,特别是艾滋病毒未完全抑制人群或艾滋病晚期人群,需要加强接种新冠疫苗、缩短接种新冠疫苗的剂次间隔,以维持保护性免疫应答水平。
      广州健康院副研究员李平超、广州医科大学/呼吸疾病国家重点实验室博士后汪乾、广州健康院博士后何依籽、广州恩宝生物医药科技有限公司杨臣臣为共同第一作者。广州健康院陈凌研究员、冯立强研究员及李平超副研究员为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、广州实验室应急攻关项目、中国科学院青促会等的资助。
      艾滋病毒感染对新冠疫苗免疫效果的影响
      论文链接
      
    2022-11-28