科研進展
  • 深圳先進院科研團隊發(fā)現(xiàn)“活”塑料：合成生物學(xué)助力塑料降解新解法（Nature Chemical Biology ）
    該工作通過對微生物進行基因編輯并產(chǎn)生具備極端環(huán)境耐受能力的孢子，使其可以在特定條件下分泌塑料降解酶；并通過塑料加工方法（高溫、高壓或有機溶劑）將孢子包埋在塑料基質(zhì)中。塑料的發(fā)明為我們的日常生活帶來了極大的便利。但是，大規(guī)模塑料垃圾的產(chǎn)生以及不當(dāng)?shù)奶幚矸绞?，使得塑料垃圾（白色污染）成為?dāng)下最為嚴(yán)峻的環(huán)境問題之一。8月21日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院戴卓君課題組在Nature子刊Nature Chemical Biology發(fā)表題為“Degradable living plastics programmed by engineered spores”的研究工作。該工作通過對微生物進行基因編輯并產(chǎn)生具備極端環(huán)境耐受能力的孢子，使其可以在特定條件下分泌塑料降解酶；并通過塑料加工方法（高溫、高壓或有機溶劑）將孢子包埋在塑料基質(zhì)中。文章上線截圖日常使用環(huán)境中，孢子保持休眠狀態(tài)，塑料也可保持穩(wěn)定的使用性能。在特定條件下（表面侵蝕、堆肥），塑料中的孢子被激活并啟動降解程序，完成塑料的完全降解（圖1）。圖1. 整體研究思路研究背景2016年，Yoshida等人報道了土壤細(xì)菌Ideonella sakaiensis，該菌株生長在日本一個塑料回收設(shè)施附近受PET污染的沉積物中（Science,2016）。這種革蘭氏陰性、需氧、桿狀的細(xì)菌具有非凡的能力，能夠通過表達兩個關(guān)鍵酶：PETase及MHETase，從而利用PET作為其生長所需要的主要碳源。在之后的一系列研究中，大量合成生物學(xué)領(lǐng)域的工作圍繞著塑料降解相關(guān)酶的挖掘、設(shè)計、進化及改造開展，但鮮有工作關(guān)注可降解塑料的合成方法創(chuàng)新。2018年及2021年，具有高分子物理背景的Ting Xu課題組（University of California,Berkeley）先后在Science和Nature發(fā)表文章，從另一個視角和維度推進了可降解塑料的研發(fā)。在2018年的Science中，研究團隊開發(fā)出一種由四種單體合成的聚合物(RHPs,random heteropolymers)，每種單體亞單位能與目標(biāo)蛋白表面上的化學(xué)片段相互作用。這些單體亞單位相互連接模擬天然蛋白，從而使得它們與蛋白表面之間的相互作用的靈活性實現(xiàn)最大化，這種基于相互作用的理性設(shè)計使蛋白質(zhì)在無細(xì)胞合成中進行正確折疊，并保持水溶性蛋白質(zhì)在有機溶劑中的活性。在這個工作的基礎(chǔ)上，Ting Xu的團隊將塑料降解酶，RHPs與塑料母粒（聚己內(nèi)酯，PCL）進行混合加工，RHPs保護了水解酶在苛刻的塑料加工環(huán)境中的生物學(xué)功能。在無水環(huán)境下塑料可以穩(wěn)定使用，而在有水環(huán)境或堆肥條件下可以迅速降解（Nature,2021）。將降解酶預(yù)置在塑料里需要平衡加工過程中的極端環(huán)境與酶的穩(wěn)定性。盡管Ting Xu團隊的精彩工作提出了通過RHPs調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性這一確定方案，但是該方法的推廣仍有諸多挑戰(zhàn)。首先RHPs的合成難度高，即使對于具有一般化學(xué)合成背景的實驗室也并非易事；其次，PCL加工溫度（80-120攝氏度）在塑料家族中幾乎是最低的，常見的塑料加工溫度大多大于200攝氏度，其中PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）的加工溫度更高達300攝氏度，RHPs的保護能力在這些體系中面臨巨大挑戰(zhàn)。沉睡的孢子與活塑料在自然億萬年的演化下，諸多微生物進化出了針對惡劣環(huán)境條件的抵抗力。當(dāng)極端環(huán)境到來，不再適合生存和繁殖的時候，細(xì)菌就會轉(zhuǎn)變成孢子的形式。這種轉(zhuǎn)變可以讓細(xì)菌獲得超強的抵御能力。孢子可以忍受極端的干燥、溫度和壓力，而這些極端環(huán)境恰好存在于塑料加工的環(huán)境中。由此，研究團隊提出通過合成生物學(xué)方法改造枯草芽孢桿菌，將可控分泌塑料降解酶（洋蔥霍爾德菌脂肪酶，Lipase BC）的基因線路導(dǎo)入枯草芽孢桿菌，并在二價錳離子的脅迫環(huán)境中，迫使枯草芽孢桿菌“休眠”，形成孢子形態(tài)。產(chǎn)生的孢子同樣帶有編輯的基因線路，并且相比于細(xì)菌還具備了針對高溫、高壓、有機溶劑和干燥的耐受性。研究團隊將工程化改造的孢子溶液與PCL塑料母粒直接混合，通過高溫熔融擠出或者有機溶劑方法制備了一系列含有孢子的塑料。在物理性能方面的各項測試中，研究團隊發(fā)現(xiàn)活塑料與PCL普通塑料，在屈服強度、應(yīng)力極限、最大形變量和熔點等參數(shù)上均沒有顯著區(qū)別。日常使用環(huán)境中,孢子保持休眠狀態(tài)，塑料也可保持穩(wěn)定的使用性能（圖2）。圖2. 普通PCL塑料和“活”塑料的宏觀、微觀照片孢子的釋放及降解過程的啟動塑料降解的第一步，是需要將活體塑料內(nèi)部的孢子成功釋放并重新復(fù)蘇生長。研究人員首先嘗試了兩種孢子釋放的方式。一種方法是利用南極假絲酵母脂肪酶B（Lipase?CA）對塑料表面進行侵蝕。Lipase CA對PCL塑料的水解作用是一種“剪刀”形式（圖3），在宏觀上表現(xiàn)為對PCL塑料的外部破碎作用。圖3.?兩種酶對PCL塑料的降解機理示意圖在Lipase CA的作用下，PCL表面被破壞，包埋在材料內(nèi)部的工程化孢子被釋放到外界環(huán)境中，并開始復(fù)蘇生長，啟動Lipase BC的表達。Lipase BC會與PCL高分子鏈末端結(jié)合，進而將PCL分子鏈一步步完全降解（最終降解分子量<500 g/mol）。結(jié)果表明，活體塑料可以在6-7天內(nèi)迅速降解，而只有表面破壞（Lipase CA）作用的普通PCL塑料即使在21天后，也有大量的塑料碎片存在（圖4）。圖4. 兩種酶對PCL塑料，降解前后的表面結(jié)構(gòu)和分子量變化。(a) CA酶處理普通PCL塑料（左）和活體功能塑料（右）的降解效果；(b)活PCL降解過程中分子量變化曲線；(c) 僅CA酶對普通PCL塑料降解過程中分子量變化曲線另一種孢子釋放的方法是堆肥，在不需要任何其他外源制劑的加入下，土壤環(huán)境中活塑料能夠在25-30天以內(nèi)就可被完全降解。而傳統(tǒng)PCL塑料則需要55天左右才能被降解至肉眼不可見（圖5）。圖5. “活”塑料在土壤條件下的堆埋降解。(a)?活體塑料在土壤環(huán)境中降解；(b) 普通PCL塑料在土壤環(huán)境中降解前面提到，在塑料家族中，PCL的加工條件實際較為“溫和”，本研究中選擇PCL體系更多是由于其高效的酶降解系統(tǒng)基礎(chǔ)：Lipase BC作為一種processive enzyme可以捕捉PCL鏈進行完全降解。因此為了驗證系統(tǒng)的普適性，研究團隊繼續(xù)嘗試了其他的塑料體系，將帶有綠色熒光質(zhì)粒的孢子分別與PBS（聚丁二酸丁二醇酯）、 PBAT（聚己二酸對苯二甲酸丁二醇酯）、 PLA（聚乳酸）、PHA（聚羥基脂肪酸酯）甚至PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）進行混合加工，其中PET的加工溫度高達300攝氏度，之后通過物理研磨的方法對孢子進行了釋放。有趣的是，即使從PET塑料中釋放出來的孢子依舊可以復(fù)蘇并重新表達綠色熒光。這也為制作其他基底的活塑料奠定了良好的基礎(chǔ)（圖6）。圖6. 其他基底“活”塑料。(a)?其他塑料種類及其加工溫度；(b) 熱熔制備多種基底的“活”塑料；(c) 物理破碎塑料，釋放并激活攜帶綠色熒光蛋白的孢子；(d) 研磨破碎“活”塑料；(e) 工程化孢子成功釋放并表達綠色熒光蛋白為了驗證系統(tǒng)的放大可能，研究團隊還使用單螺桿擠出機進行了小規(guī)模工業(yè)化測試，經(jīng)過上述方法得到的活體的PCL塑料，依然具有快速高效的降解效率（圖7）。并且，研究人員還將活體塑料置于雪碧環(huán)境中浸泡2個月，在沒有外界作用的情況下，活體塑料能夠保持穩(wěn)定的外形，說明活體塑料能夠像傳統(tǒng)塑料一樣使用，只有在它們被破壞或被廢棄的條件下，才會啟動降解程序。這項研究為新型可生物降解塑料的開發(fā)，提供了新的視角和方法，有望助力解決當(dāng)下嚴(yán)重的塑料污染困境。圖7. 單螺桿擠出機制備“活”塑料，及其降解性能測試。(a)?單螺桿擠出機制備得到的活體功能塑料；(b) 單螺桿制備活體功能材料的降解測試戴卓君研究員為論文通訊作者，戴卓君課題組聯(lián)培博士唐琛望為論文第一作者，王林及孫靜在實驗設(shè)計、推進和文章修訂中做出了重要貢獻。該研究獲得國家重點研發(fā)計劃等多個項目的支持。參考文獻：[1] Yoshida S,Hiraga K,Takehana T,et al. A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate)[J]. Science,2016,?351:?1196-1199.[2]??Panganiban B,Qiao B,Jiang T,et al. Random heteropolymers preserve protein function in foreign environments[J]. Science,2018,359: 1239-1243.[3]??DelRe C,Jiang Y,Kang P,?et al. Near-complete depolymerization of polyesters with?nano-dispersed enzymes[J]. Nature,?2021,592:?558–563.<!--!doctype-->
    2024-08-26
  • 華南植物園在海岸帶土壤細(xì)菌群落構(gòu)建研究取得新進展
    ????資源匱乏在自然界中普遍存在，影響了土壤微生物的多樣性和共存。然而，目前資源可得性對土壤微生物群落組裝的復(fù)雜影響尚不清楚。生態(tài)中心碩士研究生吳賜豪在任海研究員指導(dǎo)下，以我國廣東、海南沿海的沙質(zhì)海岸為研究對象，研究了土壤細(xì)菌群落的組裝過程，重點關(guān)注了非生物和生物因素的相對重要性。????研究發(fā)現(xiàn)，隨著樣地地理距離增加，細(xì)菌群落相似性呈現(xiàn)輕微下降趨勢，土壤資源可利用性的空間變異（包括全氮（TN）、銨態(tài)氮（NH??）和全磷（TP））解釋了75%的細(xì)菌群落總變異。土壤氮是主要限制性因子，在塑造細(xì)菌群落組成方面起到了關(guān)鍵作用。值得注意的是，土壤氮增加并沒有緩解氮限制或促進微生物多樣性，相反，它通過增加對氮的整體需求，加劇了微生物物種間的負(fù)面相互作用，有利于選擇高競爭力的物種，從而導(dǎo)致了確定性群落組裝過程。本研究為土壤細(xì)菌群落的生物地理格局提供了新見解，為我國東南沿海海岸帶的土壤生態(tài)恢復(fù)提供了科學(xué)支撐。????相關(guān)研究成果已發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Global Ecology and Conservation（《全球生態(tài)與保護》），該研究得到科技部重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院華南植物園青年人才項目資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.gecco.2024.e03171
    2024-09-03
  • 南海所最新成果提升超慢洋中脊地幔動力學(xué)認(rèn)知在Nature發(fā)表
    近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所（簡稱“南海海洋所”）林間院士團隊和自然資源部第二海洋研究所（簡稱“海洋二所”）李家彪院士團隊、南方科技大學(xué)、法國巴黎地球物理研究所（IPGP）等單位中外科學(xué)家，首次在極端的北極環(huán)境中，成功實施破冰并放置海底地震探測儀器，揭示了超慢速擴張洋中脊的巖漿活動的超強變化特征，提出主動和被動地幔上涌雙機制控制了全球洋中脊系統(tǒng)。研究成果以“Highly variable magmatic accretion at the ultraslow-spreading Gakkel Ridge”為題發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊Nature上。海洋二所研究員張濤為論文第一作者，李家彪院士為論文通訊作者。林間院士與南海海洋所助理研究員查財財為共同作者。洋中脊是地球表面最長的海底山脈，是洋殼與大洋板塊誕生的地方，孕育了大量礦產(chǎn)資源。地球上的超慢速擴張洋脊山脈，分別位于偏遠(yuǎn)的西南印度洋與北極之下，林間院士與國際科學(xué)家團隊首先對西南印度洋中脊進行探測，提出超慢洋中脊地幔動力學(xué)經(jīng)典模型。冰封的北極發(fā)育著全球擴張速率最慢的洋中脊，但國際科學(xué)家一直無法到冰層下的加克洋中脊進行高精度海底地震實驗驗證。2021年，李家彪院士發(fā)起JASMInE國際科學(xué)合作計劃，國際上首次開展了大規(guī)模北極冰下海底地震探測，打破了國際上北極高緯密集冰區(qū)無法開展海底地震儀探測的斷言。基于這項海底深部探測和綜合調(diào)查，研究團隊驚奇地發(fā)現(xiàn)北極超慢速擴張洋中脊極端豐富和高變化的巖漿供給特征，提出了全球洋中脊系統(tǒng)均受主動和被動地幔上涌雙機制控制的新理論，改變了一直認(rèn)為的超慢速擴張洋中脊巖漿極度貧瘠的觀點。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07831-0
    2024-08-31
  • 華南植物園對固氮植物改造桉樹人工林研究獲新進展
    ????混交林具有提高土壤質(zhì)量、增加微生物群落等特征，并優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)的碳氮磷化學(xué)計量比，促進森林的可持續(xù)發(fā)展。然而，在含有固氮植物的混交林中是否有相同的結(jié)果并未被證實。引入固氮樹種與桉樹混交具有與施氮的相似的效應(yīng)，可能破壞生態(tài)系統(tǒng)C:N:P的化學(xué)計量平衡。????因此，中國科學(xué)院華南植物園鼎湖山站分析施氮和引入固氮樹種混交處理對桉樹人工林土壤、微生物、酶、葉和根的C:N:P化學(xué)計量的影響。研究結(jié)果顯示，除微生物生物量C:N比外，施氮導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)C:N:P化學(xué)計量失衡。引入固氮植物混交降低土壤C:N比，提高C:P和N:P比，但未改變其他C:N:P化學(xué)計量特征（如圖），且該結(jié)果得到兩項數(shù)據(jù)整合的證實。該研究強調(diào)利用固氮植物改造桉樹人工林，有助于維持其生態(tài)系統(tǒng)C:N:P化學(xué)計量，支持了桉樹人工林可持續(xù)生產(chǎn)的理念。????相關(guān)研究成果已近期發(fā)表在Soil Biology and Biochemistry（《土壤生物學(xué)與生物化學(xué)》）（IF=9.8）上。中國科學(xué)院華南植物園姚賢宇為論文第一作者，鄧琦為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金、和廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新項目等項目資助。文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109356圖. 施氮和混交固氮植物對桉樹人工林生態(tài)系統(tǒng)碳氮磷化學(xué)計量比的影響差異
    2024-09-01
  • 南海所研究發(fā)現(xiàn)新穎毒素-抗毒素系統(tǒng)具有控制溫和噬菌體激活和防御噬菌體的雙重功能
    8月23日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點實驗室研究員王曉雪團隊聯(lián)合哈佛醫(yī)學(xué)院Matthew K. Waldor團隊，發(fā)現(xiàn)了溫和噬菌體編碼的新穎的三組分的毒素-抗毒素系統(tǒng)，并解析了這一新系統(tǒng)在溫和噬菌體溶原裂解轉(zhuǎn)化和噬菌體防御方面的雙重功能，相關(guān)研究成果以“Control of lysogeny and antiphage defense by a prophage-encoded kinase-phosphatase module”為題，在線發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications）。南海海洋所研究員郭云學(xué)、副研究員湯開浩，哈佛醫(yī)學(xué)院Brandon Sit和南海海洋所2022級博士研究生古嘉瑜為該論文共同第一作者，南海海洋所研究員王曉雪和哈佛醫(yī)學(xué)院教授Matthew K. Waldor為該論文的共同通訊作者。合作者還包括哈佛大學(xué)Hongbo R. Luo團隊。在微生物世界中，噬菌體（感染細(xì)菌的病毒）與宿主之間的相互作用一直是生物學(xué)研究的熱點。絲狀噬菌體廣泛存在于自然界中，可以侵染細(xì)菌和古菌宿主。假單胞菌屬的Pf絲狀噬菌體在生物膜形成和毒力中扮演重要角色。然而，關(guān)于Pf原噬菌體在生物膜中激活的機制仍是一個謎。揭示這些復(fù)雜的生物學(xué)過程對于尋找新的治療策略，發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識絲狀噬菌體的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)功能具有重要的意義。在這項研究中，研究人員報道了銅綠假單胞菌中的絲狀溫和噬菌體攜帶的三組分毒素-抗毒素系統(tǒng)KKP（kinase-kinase-phosphatase）的雙重功能。原噬菌體誘導(dǎo)通常通過控制噬菌體阻遏蛋白活性進行調(diào)節(jié)，例如宿主因子對阻遏蛋白的特異性切割使其失活來激活噬菌體的裂解途徑。毒素KK的其中一個靶標(biāo)是宿主的擬核結(jié)合蛋白MvaU。KKP通過激酶和磷酸酶活性之間的平衡控制MvaU的磷酸化水平，從而調(diào)控絲狀噬菌體的溶原-裂解轉(zhuǎn)化及噬菌體顆粒的產(chǎn)生。此外，研究發(fā)現(xiàn)抗毒素活性被烈性噬菌體的復(fù)制蛋白抑制，激活毒素KK活性，抑制了烈性噬菌體的繁殖。KKP的發(fā)現(xiàn)將毒素-抗毒素系統(tǒng)引入了宿主-噬菌體相互作用的模型，作為控制溫和噬菌體裂解的開關(guān)和烈性噬菌體入侵的盾牌，通過可逆翻譯后修飾發(fā)揮功能，位于環(huán)境信號、噬菌體復(fù)制和宿主生理狀態(tài)的交匯中心。 KKP基因簇在超過1000種不同的溫和原噬菌體存在。KKP代表了一種基于磷酸化的溫和噬體激活和防御噬菌體的機制（圖1），揭示了毒素-抗毒素系統(tǒng)是自然界溫和噬菌體和烈性噬菌體兩大類噬菌體之間博弈的籌碼。圖1. KKP控制溫和噬菌體的溶原裂解轉(zhuǎn)化和抵抗烈性噬菌體入侵的機制本研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家科技部重點研發(fā)計劃、廣東省本土創(chuàng)新團隊等項目的資助。相關(guān)論文信息：Yunxue Guo#,Kaihao Tang#,Brandon Sit#,Jiayu Gu#,Ran Chen,Xinqi Shao,Shituan Lin,Zixian Huang,Zhaolong Nie,Jianzhong Lin,Xiaoxiao Liu,Weiquan Wang,Xinyu Gao,Tianlang Liu,Fei Liu,Hongbo R. Luo,Matthew K. Waldor*,Xiaoxue Wang*. Control of lysogeny and antiphage defense by a prophage-encoded kinase-phosphatase module.?2024,15(1):7244.?doi: 10.1038/s41467-024-51617-x.
    2024-08-30
  • 華南植物園發(fā)現(xiàn)飛機草通過改變氨氧化微生物來影響土壤氮轉(zhuǎn)化和競爭
    ????外來植物入侵機制是防控和評估入侵的關(guān)鍵依據(jù)。入侵植物可以通過改變土壤微生物組成來提高土壤養(yǎng)分的可用水平，并創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境，從而利于入侵。因此，了解入侵植物如何影響特定微生物功能群及改變土壤養(yǎng)分循環(huán)的能力有重要意義。近年來，飛機草已成為西沙群島危害最大的入侵植物之一，造成較嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題。以土壤氮轉(zhuǎn)化為切入點，開展飛機草在熱帶珊瑚島的入侵機制，為其防控提供理論依據(jù)有重要意義。????該研究以熱帶珊瑚島入侵植物飛機草和本地優(yōu)勢物種草海桐和抗風(fēng)桐為研究對象，探究氨氧化微生物在入侵植物與本地植物競爭中的作用。研究發(fā)現(xiàn)，在面對種間競爭時，飛機草地上部分的生物量分配比例高于兩種本土植物。當(dāng)與本地植物種植時，飛機草根際富集更多的氨氧化細(xì)菌，根際土壤的有效氮含量和凈礦化率高于本地植物根際土壤。飛機草比本地植物具有更高的N利用效率，有利于競爭光照和土壤營養(yǎng)；同時抑制本地植物的氮轉(zhuǎn)化，從而獲取競爭優(yōu)勢。研究結(jié)果為基于植物-土壤相互作用成功入侵植物提供了新的視角，有助于了解飛機草對土壤氮的獲取和競爭策略，為熱帶珊瑚島植物入侵的防控提供了重要依據(jù)。????相關(guān)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Science of the Total Environment（《總環(huán)境科學(xué)》）上，中國科學(xué)院華南植物園植被與景觀生態(tài)學(xué)研究組博士研究生袁承志和碩士畢業(yè)生高嘉為共同第一作者，簡曙光研究員為通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)項目和廣東省科學(xué)技術(shù)項目的資助。論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.175196圖1. 飛機草、草海桐和抗風(fēng)桐的根際土壤的氮轉(zhuǎn)化速率圖2. 飛機草、草海桐和抗風(fēng)桐的根際土壤的氨氧化古菌（a、c）和細(xì)菌（b、d）的amoA基因拷貝數(shù)
    2024-08-29
  • 華南植物園揭示土壤碳分解酶對氮添加響應(yīng)的菌根調(diào)控機制
    ????近幾十年來，人類活動導(dǎo)致的大氣氮沉降將極大的改變土壤有機碳儲量，從而影響碳循環(huán)-氣候反饋。土壤微生物通過分泌碳降解胞外酶獲取養(yǎng)分并催化土壤碳的分解，因此其活性可能在很大程度上揭示了微生物介導(dǎo)的土壤碳動態(tài)。然而，目前土壤碳降解胞外酶活性（C-EEAs）對氮沉降的響應(yīng)及其潛在機制尚不清楚。????基于此，中國科學(xué)院華南植物園鼎湖山站通過全球尺度的整合分析，揭示了生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)勢樹種的菌根關(guān)聯(lián)在預(yù)測氮沉降下C-EEAs和土壤碳儲量中的重要作用（圖1）。具體而言，在以外生菌根植物為主的生態(tài)系統(tǒng)中，氮添加顯著刺激了纖維素酶活性，但抑制了木質(zhì)素酶活性，從而導(dǎo)致土壤碳儲量的顯著增加。在以叢枝菌根植物為主的生態(tài)系統(tǒng)中，氮添加對C-EEAs和土壤碳儲量的影響均不顯著。此外，兩類生態(tài)系統(tǒng)中，C-EEAs和土壤碳儲量對氮添加響應(yīng)的差異可能主要與外生菌根和叢枝菌根樹種特定的氮獲取策略有關(guān)。這些結(jié)果表明，在以外生菌根植物為主的生態(tài)系統(tǒng)中，氮沉降對土壤碳儲量的刺激作用可能被低估。????相關(guān)研究成果已近期在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Science of the Total Environment（《總環(huán)境科學(xué)》）（IF=8.2）上。中國科學(xué)院華南植物園博士后胡苑柳為該文第一作者，華南植物園鄧琦研究員和地球環(huán)境研究所陳驥研究員為通訊作者。文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.175008.圖1. 氮沉降下土壤碳降解胞外酶和碳儲量響應(yīng)的菌根調(diào)控機制。
    2024-08-29
  • 廣州地化所張萬峰研究員等-JAAS：前寒武紀(jì)40Ar/39Ar定年標(biāo)樣ZMT04白云母推薦值重新厘定
    國際上已報道40Ar/39Ar定年標(biāo)樣超過30個，但絕大多數(shù)樣品的形成時代為新生代到中生代。前寒武紀(jì)的標(biāo)樣相對比較缺乏。隨著深空探測計劃的持續(xù)推進，前寒武紀(jì)樣品的高精度分析再次得到廣泛關(guān)注。目前國際上已發(fā)表的前寒武紀(jì)40Ar/39Ar定年標(biāo)樣包括NL-25角閃石（2649 ± 15 Ma），WA1ms白云母（2613 ± 2.4 Ma），ZMT04白云母（1804 ± 21 Ma），Hb3gr角閃石（1081.4 ± 1.1 Ma）和BSP-1角閃石（2060 ± 8 Ma）。ZMT04是當(dāng)前國內(nèi)開展前寒武紀(jì)樣品分析的最佳中子通量監(jiān)測標(biāo)樣，經(jīng)過數(shù)十年的連續(xù)測定與檢驗，于2009年3月4日獲批為國家二級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，國家質(zhì)檢總局認(rèn)定的ZMT04白云母制造計量器具許可證編號為GBW（E）040019。2021年李獻華院士向國內(nèi)40Ar/39Ar實驗室分發(fā)ZMT04白云母，并推動國內(nèi)40Ar/39Ar實驗室間校準(zhǔn)，以期提升國內(nèi)40Ar/39Ar實驗室的分析能力。張萬峰、鄭德文研究員、徐義剛院士等聯(lián)合賀懷宇研究員（地質(zhì)與地球物理研究所）、李軍杰高級工程師（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院）、Fred Jourdan教授（科廷大學(xué)）等團隊對該樣品進行詳細(xì)研究。該樣品在3個反應(yīng)堆進行照射（岷江試驗堆、西安脈沖堆和俄勒岡州立大學(xué)反應(yīng)堆），并在2個獨立實驗室進行分析（廣州地球化學(xué)研究所和科廷大學(xué)），通過不同的分析方法（單顆粒全熔、單顆粒階段升溫及多顆粒階段升溫（0.5-5mg）分析）均獲得了誤差范圍內(nèi)一致的結(jié)果。該一致的結(jié)果有力的排除樣品均勻性、副反應(yīng)校正、核反沖、中子通量監(jiān)測及測試等影響結(jié)果準(zhǔn)確性的因素，獲得了高精度定年結(jié)果（1772.2 ± 2.7 Ma, 2σ，圖1）。該工作不僅完成了廣州地球化學(xué)研究所40Ar/39Ar實驗室分析能力的建設(shè)及評價（建立前寒武紀(jì)樣品的高精度定年分析方法，且本實驗室分析能力達國際EARTHTIME核心實驗室水平）；還重新厘定了ZMT04白云母的40Ar/39Ar推薦年齡，獲得該樣品的高精度年齡。該成果近期以封面文章（圖2）發(fā)表在分析化學(xué)權(quán)威期刊《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》上。圖1 全部測試結(jié)果匯總圖2 JAAS期刊封面。封面圖片設(shè)計思想：該樣品在兩個獨立實驗室開展了多批次、多種方法分析均得到一致的結(jié)果，正如射箭賽場上，萬箭齊發(fā)，發(fā)發(fā)10環(huán)。本研究受國家自然科學(xué)基金項目和中國科學(xué)院先導(dǎo)B項目的資助，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所所長基金，南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室(廣州)和中國科學(xué)院技術(shù)人才項目資助。?論文信息：Wanfeng Zhang (張萬峰), Dewen Zheng (鄭德文), Fred Jourdan, Adam Frew, Celia Mayers, Yigang Xu (徐義剛), Huaiyu He (賀懷宇), Yanqiang Zhang (張彥強), Jun-jie Wang (汪俊杰), Yingde Jiang (蔣映德), Ming Xiao (肖明), Junjie Li (李軍杰) and Jia Zhang (張佳), ZMT04 Muscovite: A Potential Paleoproterozoic Reference Material for 40Ar/39Ar dating. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2024; 39(9), 2173-2182. DOI: https://doi.org/10.1039/D4JA00172A.?
    2024-08-29
  • 南海海洋所在珊瑚有性繁殖模式研究取得新進展
    中國科學(xué)院南海海洋研究所珊瑚生物學(xué)和珊瑚礁生態(tài)學(xué)學(xué)科組與香港中文大學(xué)Put Ang教授合作，在南海珊瑚有性繁殖模式研究領(lǐng)域取得新進展，研究成果分別以“Coral spawning patterns on the Luhuitou fringing reef in Hainan Island of the northern South China Sea”、“First record of coral split spawning in the genus Acropora at Luhuitou fringing reef,Sanya,China”為題，發(fā)表在Frontiers in Marine Science和Bulletin of Marine Science期刊。珊瑚的繁殖方式主要分為有性繁殖和無性繁殖，其中，有性繁殖是通過雌雄配子的結(jié)合產(chǎn)生新生個體的方式，這種方式對維持珊瑚種群數(shù)量和基因多樣性具有重要的意義。研究珊瑚有性繁殖規(guī)律對于了解珊瑚的種群變化和演替、恢復(fù)力、地理分布和進化、珊瑚礁自然恢復(fù)是不可或缺的，也可為珊瑚礁生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)指導(dǎo)。據(jù)團隊前期研究結(jié)果顯示，中國共有造礁石珊瑚2個類群16科77屬445種，主要分布于南海。迄今為止，對南海造礁石珊瑚有性繁殖模式并未有系統(tǒng)的認(rèn)識。團隊成員對3科（鹿角珊瑚科、裸肋珊瑚科和真葉珊瑚科）5屬（鹿角珊瑚屬、薔薇珊瑚屬、扁腦珊瑚屬、盤星珊瑚屬和盔形珊瑚屬）22種造礁石珊瑚繁殖模式進行了連續(xù)多年 (2009-2021) 原位跟蹤監(jiān)測，基于農(nóng)歷歷法進行繁殖數(shù)據(jù)的分析和整合，發(fā)現(xiàn)珊瑚排放配子行為主要發(fā)生在農(nóng)歷二月至五月 (表1)；鹿角珊瑚為記錄排卵最多的珊瑚，其繁殖行為主要發(fā)生在農(nóng)歷二月至四月，集中在農(nóng)歷三月。珊瑚有性繁殖時間吻合南海北部表層海水溫度上升期。結(jié)合歷史數(shù)據(jù)顯示，珊瑚排卵同步性受到多種因素影響，比如溫度。表層海水溫度在珊瑚排卵前一個月出現(xiàn)明顯過低現(xiàn)象，會導(dǎo)致珊瑚有性繁殖時間相應(yīng)推遲一個月左右。值得注意的是，不同于其他海域珊瑚排卵的記錄，三亞鹿回頭海域的珊瑚排卵日分散于滿月前，滿月日、滿月后，甚至發(fā)生于新月日，導(dǎo)致難以精準(zhǔn)預(yù)測珊瑚繁殖日。此外，研究揭示三亞鹿回頭海域珊瑚有性繁殖存在分批現(xiàn)象 (split spawning)，即同種珊瑚能夠在連續(xù)周/月內(nèi)的多個夜晚排卵。這種現(xiàn)象揭示了一種新的珊瑚有性繁殖策略，即其能夠調(diào)整有性繁殖時間以適應(yīng)近岸珊瑚礁多變的環(huán)境，從而提高有性繁殖后代存活率。此項連續(xù)研究工作填補了國內(nèi)關(guān)于南海珊瑚繁殖模式研究的空白，明晰了南海造礁石珊瑚有性繁殖行為、時間（周期）以及影響因素，為促進珊瑚種群恢復(fù)提供了科學(xué)基礎(chǔ)，更為基于珊瑚有性繁殖提供浮浪幼蟲修復(fù)退化珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)提供了可能。圖 1 南海北部鹿回頭海域珊瑚排卵行為注： A 芽枝鹿角珊瑚 B 簡單鹿角珊瑚C 細(xì)枝鹿角珊瑚 D 精巧扁腦珊瑚 E 美龍式盤星珊瑚 F 中間鹿角珊瑚表 1 三亞鹿回頭海域造礁石珊瑚排卵有性繁殖時間表SpeciesSpawned Year(s)Lunar month(s)Days before (-) or after (+) Full MoonSpawning TimeSexual CharacterAcroporidaeAcropora robusta2009,2010,2014Mar-1,+2,+321:40HermaphroditeA. millepora2011,2016,2021Feb,Mar-8,-9,+4,+5,+1521:20HermaphroditeA. cerealis2010,2019,2021Feb,Mar-1,-9,+6,+721:20HermaphroditeA. austera2016,2018–2021Feb,Mar,Apr+0,+4,+9,+11,+1521:40HermaphroditeA. muricata2017–2021Feb,Mar+0,+5,+9,+11,+1521:30HermaphroditeA. intermedia2013,2016–2021Feb,Mar,Apr-8,+0,+5,+7,+9,+15,+1621:30HermaphroditeA. digitifera2010,2016,2019–2021Feb,Mar,Apr-3,-9,+0,+1,+1521:10HermaphroditeA. gemmifera2013,2014,2016–2021Mar,Apr-11,-9,-7,-2,+2,+9,+1021:00HermaphroditeA. hyacinthus2010,2013,2016–2021Feb,Mar,Apr-7,+1,+2,+4,+5,+11,+1521:20HermaphroditeA. nana2016,2020,2021Mar,Apr-2,+0,+1,+1520:20HermaphroditeA. microphthalma2021Feb+421:20HermaphroditeA. papillare2010,2011,2013,2021Mar-2,-7,+9,+1522:00HermaphroditeA. secale2010,2011Mar-2,+921:01HermaphroditeA. valida2010Mar-121:50HermaphroditeMontipora turgescens2009Mar+221:45HermaphroditeMontipora sp.2010,2016Feb,Apr+2,+921:40HermaphroditeM. digitata2016Apr-2HermaphroditeM. peltiformis2017Apr+121:00HermaphroditeEuphylliidaeGalaxea fascicularis2011,2017,2019,2021Mar,Apr-9－-3,+1,?? +3,+4,+819:00-21:00Pseudo-gynodioeciousMerulinidaePlatygyra sp.2016,2018,2019Mar,Apr,May-11,+7,+9HermaphroditeP. daedalea2014,2016,2020Apr+3,+5,+9,+1020:30HermaphroditeDipsastraea?? veroni2020Apr+621:20Hermaphrodite相關(guān)論文信息：Sun YF.,Zhang YY.,Jiang L.,Yu XL.,Huang LT.,Yuan T.,...& Huang H. (2024). Coral spawning patterns on the Luhuitou fringing reef in Hainan Island of the northern South China Sea. Frontiers in Marine Science,11,1418942.論文鏈接：https://doi.org/10.3389/fmars.2024.1418942論文第一作者為助理研究員孫有方、副研究員張浴陽，通訊作者為教授Put Ang、副研究員張浴陽和研究員黃暉。Yu XL.,Sun YF.,Zhang YY.,& Huang H. (2023). First record of coral split spawning in the genus Acropora at Luhuitou fringing reef,Sanya,China. Bulletin of Marine Science.99 (1):65-66.論文鏈接：https://doi.org/10.5343/bms.2022.0039論文第一作者為助理研究員俞曉磊，通訊作者為副研究員張浴陽和研究員黃暉。以上研究獲得國家重點研發(fā)項目、國家自然科學(xué)基金青年基金項目、廣東省自然科學(xué)基金面上項目、廣州市基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究專項基金等聯(lián)合資助。
    2024-08-29
  • 廣州健康院揭示METTL3/METTL14維持核仁相分離及功能完整性的新功能
    2024年8月21日，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院潘光錦課題組在Nature Communications上發(fā)表了題為“METTL3/METTL14 maintain human nucleoli integrity by mediating SUV39H1/H2 degradation”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)了RNA甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物METTL3/METTL14維持人胚胎干細(xì)胞中核仁相分離及功能完整性的新功能。2024年8月21日，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院潘光錦課題組在Nature Communications上發(fā)表了題為“METTL3/METTL14maintain human nucleoli integrity by mediatingSUV39H1/H2 degradation”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)了RNA甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物METTL3/METTL14維持人胚胎干細(xì)胞中核仁相分離及功能完整性的新功能。核仁是rRNA合成和核糖體亞基裝配的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，決定細(xì)胞蛋白的合成及細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。目前研究表明，核仁主要通過多種生物大分子的液-液相分離（liquid-liquid phase separation，LLPS）方式維持正常多層級結(jié)構(gòu)和功能。然而，核仁的正常液-液相分離及功能完整性是如何維持的尚不清楚。METTL3/METTL14是已經(jīng)被證明的經(jīng)典甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物（MTC），通過催化mRNA上的N6-腺苷甲基化（m6A）參與多種RNA代謝過程，包括RNA穩(wěn)定性、剪切、轉(zhuǎn)運和翻譯等過程，進而調(diào)控多種生物學(xué)過程和疾病發(fā)生。此項研究發(fā)現(xiàn)在人胚胎干細(xì)胞中敲除METTL3或METTL14后，并沒有導(dǎo)致傳統(tǒng)認(rèn)為的mRNA變化，而是引起核仁結(jié)構(gòu)和功能的劇烈異常，包括核仁變小、數(shù)目異常增多、rRNA合成減少、核糖體裝配障礙、核仁功能異常導(dǎo)致的核仁應(yīng)激導(dǎo)致的細(xì)胞生長停滯等。進一步發(fā)現(xiàn)，缺失METTL3或METTL14后，徹底破壞了核仁的液-液相分離，從而核仁不能形成完整且規(guī)則的由多種大分子相分離形成的正常多層級聚集體結(jié)構(gòu)。隨后，研究發(fā)現(xiàn)在METTL3/METTL14缺陷的細(xì)胞中，H3K9me3甲基轉(zhuǎn)移酶SUV39H1/H2蛋白顯著升高，導(dǎo)致H3K9me3在整個核仁中積累和浸潤，并損害LLPS。從機制上說，METTL3/METTL14復(fù)合物作為CRL4 E3泛素連接酶的必要接頭，靶向SUV39H1/H2并促進其多泛素化和蛋白酶體降解，從而阻止H3K9me3在核仁中的積累，并維持其正常的LLPS和結(jié)構(gòu)?？蒲腥藛T這些新的發(fā)現(xiàn)揭示METTL3/METTL14雖然作為經(jīng)典的mRNA修飾酶，但在維持核仁的相分離和功能方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。該發(fā)現(xiàn)不僅揭示了METTL3/METTL14維持細(xì)胞功能的一個從未報道的機制和作用，而且也有助于體現(xiàn)核仁這樣一個無膜亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)如何維持其正常結(jié)構(gòu)和功能。潘光錦研究員和單永禮副研究員為論文的共同通訊作者，單永禮副研究員、張燕琪博士后、衛(wèi)焱星博士為論文的共同第一作者。該研究工作得到了科技部、中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會、廣東省及廣州市科技計劃等項目的資助。論文鏈接METTL3/METTL14維持人胚胎干細(xì)胞中核仁完整性的模式圖
    2024-08-28