提出了一種新型的二維-三維彈性影像配準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)及影像擴(kuò)增模型在胸腹部的放療過程中，腫瘤的位置會受到呼吸運動與腸道非自主蠕動等的影響，隨之發(fā)生變動。為確保腫瘤在各種運動狀態(tài)下都能得到有效治療，臨床操作中經(jīng)常選擇放大照射范圍。然而，這也導(dǎo)致正常組織受到了不必要的輻射損傷。因此，為了確保射線能精確對準(zhǔn)并跟隨腫瘤，從而減少對正常組織的傷害，精確的腫瘤定位與跟蹤技術(shù)顯得尤為關(guān)鍵。中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所梁曉坤副研究員課題組，針對現(xiàn)有技術(shù)需要金屬標(biāo)記點有創(chuàng)植入和依賴大量訓(xùn)練樣本的問題，提出了一種新型的二維-三維彈性影像配準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)及影像擴(kuò)增模型，充分考慮了患者胸腹部的個性化運動模式，在少量樣本訓(xùn)練數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)精準(zhǔn)的無創(chuàng)影像引導(dǎo)。具體研究成果如下：錐束X射線以其快速成像和易于集成的特性，成為放療中實時引導(dǎo)的理想方式。為了解決放療過程中軟組織腫瘤難以實時無創(chuàng)地追蹤的問題，提出了一種基于單角度錐束X射線投影的三維腫瘤實時追蹤技術(shù)，成功實現(xiàn)在人體動態(tài)環(huán)境中對腫瘤的精確跟蹤。該技術(shù)通過在放療過程中將單角度錐束X射線投影與三維計劃CT進(jìn)行實時多維彈性配準(zhǔn)，并利用transformer的卓越特征提取性能，實時地精準(zhǔn)捕捉放療中的三維腫瘤位置（如視頻1所示）。該單角度X光方法大幅減少了治療過程的額外放射劑量，同時也節(jié)省了醫(yī)生和患者的放療時間，期望也可應(yīng)用于各種臨床背景的靶區(qū)實時定位任務(wù)。研究成果以Volumetric Tumor Tracking from a Single Cone-Beam X-Ray Projection Image enabled by Deep Learning為題，發(fā)表在醫(yī)學(xué)影像分析頂刊Medical Image Analysis (IF=10.9)。研究助理戴晶晶為第一作者，梁曉坤副研究員為通訊作者。當(dāng)前，深度學(xué)習(xí)在影像引導(dǎo)靶區(qū)定位和分割中的應(yīng)用，多受訓(xùn)練數(shù)據(jù)量的制約。雖然通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以在某個特定任務(wù)上達(dá)到優(yōu)良的性能，但網(wǎng)絡(luò)的泛化性卻受到了犧牲。面對數(shù)據(jù)的稀缺性。研究團(tuán)隊提出了一種新型的基于統(tǒng)計形變的三維醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)擴(kuò)增法。該方法通過對不同病患的解剖空間變化進(jìn)行建模，以有限的數(shù)據(jù)集中的形態(tài)信息，產(chǎn)生物理上真實反映病患器官變化的圖像。如圖1所示，一幅原始病患影像，經(jīng)過此形變模型處理，便可衍生出多種器官的解剖結(jié)構(gòu)。在多個公開數(shù)據(jù)集的實驗中，這一方法展現(xiàn)了最好的靶區(qū)定位與分割效能。研究成果以A statistical deformation model-based data augmentation method for volumetric medical image segmentation為題，發(fā)表在醫(yī)學(xué)影像分析頂刊Medical Image Analysis (IF=10.9)?？妥究粕挝呢S為第一作者，梁曉坤副研究員為通訊作者。 相關(guān)工作得到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金，廣東省科協(xié)等資助。視頻1：基于單個錐束X射線投影的三維腫瘤實時跟蹤視頻圖1：研究團(tuán)隊提出的基于統(tǒng)計形變模型的三維醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)擴(kuò)增法的實現(xiàn)效果論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.media.2023.102998https://doi.org/10.1016/j.media.2023.102984
團(tuán)隊開發(fā)了一種基于低溫數(shù)字微流控系統(tǒng)的蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用檢測盒（LTDMF-PPI-Box），以實現(xiàn)自動、快速、無損、高效的蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用檢測。中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所楊慧研究員團(tuán)隊，與廈門大學(xué)薩本棟微米納米研究院陳宏教授團(tuán)隊合作，在Lab on a Chip 上發(fā)表了題為A low-temperature digital microfluidic system used for protein-protein interaction detection的研究，并被選為當(dāng)期的封底文章 (Back cover)。該團(tuán)隊開發(fā)了一種基于低溫數(shù)字微流控系統(tǒng)的蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用檢測盒（LTDMF-PPI-Box），以實現(xiàn)自動、快速、無損、高效的蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用檢測。本研究中，沈杰男博士和廖嘉琪碩士為共同第一作者，楊慧研究員和陳宏教授為共同通訊作者，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院為第一通訊單位，廈門大學(xué)為第二通訊單位。蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用(Protein-protein interaction, PPI)是生命體系中最基本的一種現(xiàn)象，它們在細(xì)胞內(nèi)扮演著重要的角色。各種生物學(xué)過程和疾病的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)測都離不開蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間的相互作用，研究蛋白質(zhì)之間的相互作用對于理解疾病的發(fā)生、發(fā)展具有重要的意義，通過科學(xué)方法精準(zhǔn)測定其作用途徑和作用方式等本質(zhì)信息，能夠極大助力諸如新型藥物靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)等生物醫(yī)學(xué)研究及藥物研發(fā)。目前，常見的PPI的檢測方法有串聯(lián)親和純化、熒光共定位、熒光雙分子互補、熒光能量共振轉(zhuǎn)移、免疫共沉淀和蛋白質(zhì)芯片等。上述方法通常自動化程度不足，難以高效實現(xiàn)并行檢測；此外，受限于當(dāng)前檢測技術(shù)在檢測靈敏度及檢測速度上的不足，難以實現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的PPI測量。為解決上述難題，研究人員開發(fā)了一種基于低溫數(shù)字微流控系統(tǒng)的PPI檢測盒（LTDMF-PPI-Box），以實現(xiàn)自動、快速、無損、高效的PPI檢測。LTDMF通過編程控制液滴的運動，將PPI的檢測時間從數(shù)十小時縮短至1.5小時。此外，集成熱電冷卻器(TEC)可確保蛋白質(zhì)的工作溫度，將蛋白質(zhì)的保存率提高至90%以上，以利于后步的操作及應(yīng)用。該團(tuán)隊以與胰島素分泌密切相關(guān)的RILP蛋白和Rab26蛋白之間的相互作用作為原型，進(jìn)一步證明了LTDMF-PPI-Box的可行性。LTDMF-PPI-Box由數(shù)字微流控系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)兩部分組成。數(shù)字微流控系統(tǒng)實現(xiàn)精準(zhǔn)的樣本操作及檢測；溫度控制系統(tǒng)實現(xiàn)樣本環(huán)境控制以提高檢測精準(zhǔn)度及后步應(yīng)用可行性。相較于傳統(tǒng)的PPI檢測方法，LTDMF-PPI-Box是一種極具優(yōu)勢的蛋白質(zhì)相互作用檢測平臺，其自動化潛力有望解決相互作用蛋白高通量篩選的需求，因此LTDMF-PPI-Box未來有望加速PPI網(wǎng)絡(luò)的建立。文章主題LTDMF-PPI-Box文章鏈接
全球變暖已經(jīng)是不爭事實，減少化石燃料燃燒和提升生態(tài)系統(tǒng)固碳能力對于減緩氣候變化至關(guān)重要。杉木（ Cunninghamia lanceolata ）是我國南方亞熱帶地區(qū)一種重要鄉(xiāng)土針葉樹種。我國管理世界上最廣泛的森林種植面積，根據(jù)國家林業(yè)局的清查數(shù)據(jù)（ 2014年）杉木林的種植面積橫跨16個省，占地約1096萬公頃，占全國森林覆蓋率的6.66%和種植面積的21.4% 。近年來，一些研究通過模擬模型和統(tǒng)計方法評估了中國森林碳固存潛力，然而，準(zhǔn)確評估固碳潛力和固碳能力有必要進(jìn)行實地測量數(shù)據(jù)以了解不同林齡杉木林固碳能力和固碳速率的差異，有助于修正模型，服務(wù)于我國“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)。不同林齡杉木林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量概念圖。全球變暖已經(jīng)是不爭事實，減少化石燃料燃燒和提升生態(tài)系統(tǒng)固碳能力對于減緩氣候變化至關(guān)重要。在我國提出“雙碳”目標(biāo)的背景下，人工造林增加陸地生物量和土壤碳匯是減緩當(dāng)前全球變暖趨勢的有效方法。杉木（Cunninghamia lanceolata）是我國南方亞熱帶地區(qū)一種重要鄉(xiāng)土針葉樹種。我國管理世界上最廣泛的森林種植面積，根據(jù)國家林業(yè)局的清查數(shù)據(jù)（2014年）杉木林的種植面積橫跨16個省，占地約1096萬公頃，占全國森林覆蓋率的6.66%和種植面積的21.4%。近年來，一些研究通過模擬模型和統(tǒng)計方法評估了中國森林碳固存潛力，然而，準(zhǔn)確評估固碳潛力和固碳能力有必要進(jìn)行實地測量數(shù)據(jù)以了解不同林齡杉木林固碳能力和固碳速率的差異，有助于修正模型，服務(wù)于我國“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)。中國科學(xué)院華南植物園生態(tài)與環(huán)境科學(xué)中心博士生李旭和博士后Luis Carlos Ramos Aguila在劉菊秀研究員指導(dǎo)下，依托廣東省樂昌林場，通過測量杉木人工林5、10、15、20、30和60年林齡的喬木層、林下植被層、凋落物層和土壤層碳儲量，發(fā)現(xiàn)喬木層、林下植被層、凋落物層、土壤層和杉木林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量隨林齡穩(wěn)步增加。從5年到60年林齡的杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)總碳庫從129.11增長到348.43 Mg ha-1。杉木人工林的固碳速率在前兩個林分區(qū)間（5-10和10-15林齡）總體增加，15-20林齡區(qū)間達(dá)到峰值611.74 g m-2 year-1，然后在20-30和30-60林齡區(qū)間下降。研究表明，碳固存率與樹木的年齡有關(guān)，杉木林的中林齡階段（15-20年）的森林的碳固存率最高。該研究揭示了杉木人工林隨林齡固碳速率的變化和固碳能力，相關(guān)信息有助于國家減緩氣候變化的行動和植樹造林計劃。相關(guān)研究以“Carbon sequestration and storage capacity of Chinese fir at different stand-ages”為題近期發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Science of the Total Environment（《總體環(huán)境科學(xué)》）（IF2023=9.8）上。華南植物園李旭和Luis Carlos Ramos Aguila為論文共同第一作者，劉菊秀研究員為通訊作者，武東海研究員、列志旸副研究員、徐文芳副研究員和唐旭利研究員等參與相關(guān)研究。該研究得到國家自然科學(xué)基金、廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃等資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.166962圖1. 不同林齡間隔喬木層、土壤層和杉木林生態(tài)系統(tǒng)固碳速率圖2. 不同林齡杉木林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量概念圖
內(nèi)生和外生菌根真菌植物是森林生態(tài)系中2種最常見的菌根真菌類型植物，但是它們對增溫的響應(yīng)策略尚不清楚。基于鼎湖山站長期垂直移位增溫平臺，探討了不同菌根真菌植物功能性狀對長期增溫的響應(yīng)規(guī)律。研究結(jié)果表明：增溫顯著增加了內(nèi)生菌根真菌植物的飽和光合速率和生長,主要與氣孔導(dǎo)度和最大羧化速率的增加有關(guān)，但增溫顯著降低了外生菌根真菌植物的光化學(xué)量子效率和生長。該研究得到國家自然科學(xué)基金、廣東省重點研發(fā)計劃和博士后基金等項目的資助。內(nèi)生和外生菌根真菌植物主成分分析結(jié)果。內(nèi)生和外生菌根真菌植物是森林生態(tài)系中2種最常見的菌根真菌類型植物，但是它們對增溫的響應(yīng)策略尚不清楚?；诙秸鹃L期垂直移位增溫平臺，探討了不同菌根真菌植物功能性狀對長期增溫的響應(yīng)規(guī)律。研究結(jié)果表明：1）增溫顯著增加了內(nèi)生菌根真菌植物的飽和光合速率和生長，主要與氣孔導(dǎo)度和最大羧化速率的增加有關(guān)，但增溫顯著降低了外生菌根真菌植物的光化學(xué)量子效率和生長；2）增溫顯著降低了內(nèi)生菌根真菌植物的耐旱性，但顯著增加了外生菌根真菌植物的耐旱性；3）增溫顯著增加了內(nèi)生菌根真菌植物的葉片氮和磷濃度，但沒有影響外生菌根真菌葉片氮磷濃度；4）未來氣候變暖可能有利于內(nèi)生菌根真菌植物的生長，但外生菌根真菌植物抵抗水分脅迫能力更強。上述研究成果可為我國南亞熱帶森林物種組成和群落結(jié)構(gòu)變化提供機(jī)理解釋。相關(guān)研究成果已近期在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Agricultural and Forest Meteorology（《農(nóng)業(yè)與森林氣象學(xué)》）（IF=6.9）上。中國科學(xué)院華南植物園生態(tài)與環(huán)境科學(xué)中心吳婷博士后為第一作者，劉菊秀研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金、廣東省重點研發(fā)計劃和博士后基金等項目的資助。論文鏈接：https://authors.elsevier.com/a/1hq6bcFXJggRq圖1.增溫對內(nèi)生和外生菌根真菌植物生長和耐旱性的影響圖2.內(nèi)生和外生菌根真菌植物主成分分析結(jié)果
硫素可利用性及其循環(huán)在維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能中扮演著重要角色。中國科學(xué)院華南植物園氮素生物地球化學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊在鼎湖山國家級自然保護(hù)區(qū)選取了典型南亞熱帶森林（原始林、恢復(fù)林和干擾林） ，進(jìn)行為期10年的氮磷添加試驗。研究發(fā)現(xiàn)，土地利用變化（從原始林轉(zhuǎn)變?yōu)樗诸愋停╋@著降低了土壤酶活性和有效硫含量，磷添加比氮添加對土壤理化性質(zhì)、微生物量和酶活性等具有更大的影響。長期磷添加顯著降低了三類森林土壤有效硫含量（降低27-43 % ） ，但是增加了原始林和干擾林硫酸酯酶活性以及硫酸酯酶與碳/氮獲取酶的化學(xué)計量比。圖.長期氮磷添加對熱帶森林土壤微生物硫素可利用性影響研究的示意圖。硫素可利用性及其循環(huán)在維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能中扮演著重要角色。氮沉降全球化下，土地利用和磷素輸入對土壤硫循環(huán)的影響一直缺乏關(guān)注。中國科學(xué)院華南植物園氮素生物地球化學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊在鼎湖山國家級自然保護(hù)區(qū)選取了典型南亞熱帶森林（原始林、恢復(fù)林和干擾林），進(jìn)行為期10年的氮磷添加試驗。研究發(fā)現(xiàn)，土地利用變化（從原始林轉(zhuǎn)變?yōu)樗诸愋停╋@著降低了土壤酶活性和有效硫含量，磷添加比氮添加對土壤理化性質(zhì)、微生物量和酶活性等具有更大的影響。長期磷添加顯著降低了三類森林土壤有效硫含量（降低27-43%），但是增加了原始林和干擾林硫酸酯酶活性以及硫酸酯酶與碳/氮獲取酶的化學(xué)計量比。研究結(jié)果表明，作為重要的全球環(huán)境變化驅(qū)動因素，土地利用變化和磷肥施用會對土壤微生物硫素可利用性帶來負(fù)面影響，進(jìn)而可能影響生態(tài)系統(tǒng)功能。因此，建議未來加強對土壤有效硫的監(jiān)測和評估，尤其是在大氣硫沉降顯著降低的背景下?；谏盅萏胬碚摵屯寥烂富瘜W(xué)計量理論，該研究系統(tǒng)評估了長期氮磷輸入對熱帶典型森林生態(tài)系統(tǒng)硫素可利用性的影響，揭示了土壤微生物對硫循環(huán)的依賴機(jī)制，對陸地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理具有重要的參考價值。相關(guān)研究成果以“Resource allocation theory reveals sulfur shortage for microbes under phosphorus amendment in tropical forests with divergent land use history”為題近期發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊Soil Biology and Biochemistry（《土壤生物學(xué)與生物化學(xué)》）上。中國科學(xué)院華南植物園生態(tài)與環(huán)境科學(xué)中心魯顯楷研究員為通訊作者，王聰為第一作者（現(xiàn)為中國科學(xué)院微生物研究所博士后）。該研究得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃等項目的資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2023.109126圖. 長期氮磷添加對熱帶森林土壤微生物硫素可利用性影響研究的示意圖
我國南亞熱帶森林土壤在氣候背景和生物過程強烈作用下已深度酸化，加之人類活動導(dǎo)致的酸沉降使土壤鈣鎂等離子淋失，土壤養(yǎng)分有效性降低，而南亞熱帶森林以何種策略來適應(yīng)深度酸化土壤用以承載如此大的生物量和生產(chǎn)力。眾所周知，森林生態(tài)系統(tǒng)的水分循環(huán)是養(yǎng)分運移的重要媒介，改變水分循環(huán)以實現(xiàn)養(yǎng)分的內(nèi)需很有可能是南亞熱帶森林適應(yīng)深度酸化土壤的重要策略，但目前缺乏相關(guān)證據(jù)。中國科學(xué)院華南植物園生態(tài)與環(huán)境科學(xué)中心王林華助理研究員關(guān)聯(lián)南亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)的宏觀水分循環(huán)和微觀植物生理過程，發(fā)現(xiàn)土壤深度酸化后，森林生態(tài)系統(tǒng)以汽態(tài)水分散失的比例在增加，以液態(tài)水分形成徑流在減少。圖.生物地化循環(huán)與流域水文框架圖。我國南亞熱帶森林土壤在氣候背景和生物過程強烈作用下已深度酸化，加之人類活動導(dǎo)致的酸沉降使土壤鈣鎂等離子淋失，土壤養(yǎng)分有效性降低，而南亞熱帶森林以何種策略來適應(yīng)深度酸化土壤用以承載如此大的生物量和生產(chǎn)力。眾所周知，森林生態(tài)系統(tǒng)的水分循環(huán)是養(yǎng)分運移的重要媒介，改變水分循環(huán)以實現(xiàn)養(yǎng)分的內(nèi)需很有可能是南亞熱帶森林適應(yīng)深度酸化土壤的重要策略，但目前缺乏相關(guān)證據(jù)。中國科學(xué)院華南植物園生態(tài)與環(huán)境科學(xué)中心王林華助理研究員關(guān)聯(lián)南亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)的宏觀水分循環(huán)和微觀植物生理過程，發(fā)現(xiàn)土壤深度酸化后，森林生態(tài)系統(tǒng)以汽態(tài)水分散失的比例在增加，以液態(tài)水分形成徑流在減少。通過植物生理過程水分足跡和水力性狀物理結(jié)構(gòu)解剖表明植物可以在深度酸化土壤條件下通過增加水分和營養(yǎng)物質(zhì)的運輸以滿足自身生長需求。利用森林群落、土壤以及水文等長期監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析，發(fā)現(xiàn)土壤深度酸化加強了森林生態(tài)系統(tǒng)對流域的水文調(diào)節(jié)作用。因此，該研究突顯了微觀植物生理過程對宏觀流域水文的重要作用，為森林流域水文提供了除氣候因素外的土壤生物地球化學(xué)新認(rèn)識。相關(guān)研究成果以“Streamflow decreases in response to acid deposition in a subtropical forest watershed in China”為題近期發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Communications Earth & Environment（《通訊-地球與環(huán)境》）（IF2023=7.90）上。華南植物園王林華助理研究員為第一作者，閆俊華研究員為通訊作者。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s43247-023-01029-4圖. 生物地化循環(huán)與流域水文框架圖
