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廣州地化所郭昊、張艷利等-JGR-A：改進(jìn)單萜烯光溫算法提升對臭氧和SOA的模擬

????生物源揮發(fā)性有機(jī)物(BVOCs)是生成臭氧和二次有機(jī)氣溶膠(SOA)的重要前體物，其中單萜類化合物約占全球BVOCs排放總量的15%。長期以來，大氣化學(xué)傳輸模型通常假設(shè)單萜烯排放主要受溫度驅(qū)動，而對光照因素考慮不足。最新外場原位觀測表明，在熱帶和亞熱帶地區(qū)，單萜烯排放也有光依賴性，且不同單萜烯物種存在差異，忽視這一排放影響因素可能最終影響臭氧和SOA模擬。????針對這一問題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所王新明研究員和張艷利研究員課題組郭昊副研究員等，基于前期研究組華南地區(qū)典型樹種野外實測，在更新模型本地化排放因子進(jìn)行模擬的基礎(chǔ)上，本研究進(jìn)一步對廣泛應(yīng)用的MEGAN2.1這一BVOCs排放模型中光溫響應(yīng)算法進(jìn)行了更新，并將其嵌入大氣化學(xué)傳輸模型WRF–CMAQ中，對華南地區(qū)2022年典型季節(jié)BVOCs排放和二次污染物生成進(jìn)行了模擬。????結(jié)果顯示，改進(jìn)后的算法使我國華南地區(qū)單萜排放量冬季減幅高達(dá)60%，夏季減幅約達(dá)9%（圖1a）；降低了臭氧模擬值與觀測值的平均標(biāo)準(zhǔn)化偏差(MNB)，使模擬與觀測的差值降低了9-19%（圖1b）；華南地區(qū)夏季臭氧的日最大8小時平均濃度（MDA8 O?）相應(yīng)下降約3%–7%（最高減少2 ppb），二次有機(jī)氣溶膠（SOA）濃度下降10%–24%（最高減少1.2 μg/m3）（圖2）。引起該變化的原因，主要是大氣氧化能力（AOC）的降低以及單萜烯氧化生成SOA途徑的轉(zhuǎn)變（圖3）。????本研究通過基于原位觀測的算法更新，從而提升了對BVOCs排放及其二次污染物生成模擬的準(zhǔn)確性。然而，未來還需要在更多植被類型和氣候條件下開展長期現(xiàn)場原位觀測，以進(jìn)一步完善BVOCs排放的光響應(yīng)算法，并將更近真實大氣下單萜烯的氧化機(jī)制納入模型，從而推動區(qū)域空氣質(zhì)量模擬向更好反映BVOC影響作用。????本研究受到國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體項目、青年基金C類、廣東省科技廳、廣州市科技局等項目的聯(lián)合資助。相關(guān)研究成果近期發(fā)表于Journal of Geophysical Research:?Atmospheres。論文信息：Guo,H.?(郭昊),Zhang,Y.*?(張艷利),Ran,H.?(冉浩汎),??Zeng,J.?(曾建強(qiáng)),and Wang,X.?(王新明),?2025.??Improving Light‐Dependent Monoterpene Emission?Parameterizations to Enhance Chemical Transport Model?Predictions of Ozone and SOA in South China,Journal of Geophysical Research: Atmospheres,?130(20),e2025JD044435.?https://doi.org/10.1029/2025JD044435圖1 ?算法更新前(Default)后(Updated MTs)，(a)廣東省四季單萜烯排放量估算對比；(b)臭氧觀測值與模擬值逐小時濃度平均標(biāo)準(zhǔn)化偏差(MNB)對比（紅線表示U.S. EPA標(biāo)準(zhǔn)值）圖2 算法更新前(Default)和后(Updated MTs)；(a)夏季臭氧日最大8小時平均濃度(ppb);(b) SOA濃度(μg/m3?)的模擬值對比圖3 算法更新前(Default)和后(Updated MTs)，夏季珠三角地區(qū) (a)大氣氧化性與 (b)不同SOA生成途徑[半揮發(fā)性產(chǎn)物(SVOC)、低聚物(OLGM)、乙二醛(GLY)和甲基乙二醛(MGLY)]的變化

2025-10-24

廣州健康院發(fā)現(xiàn)限制人多能干細(xì)胞發(fā)育潛能的新機(jī)制

近期，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院發(fā)表了題為“USP7 restricts lineage potency in human embryonic stem cells through modulating mTOR activity”的研究論文。該研究揭示了一種限制人多能干細(xì)胞發(fā)育潛能的關(guān)鍵因子——去泛素化酶USP7，并闡釋其通過去除mTOR 蛋白上非經(jīng)典K63多泛素化修飾，從而調(diào)控 mTOR 活性的全新機(jī)制。近期，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院發(fā)表了題為“USP7 restricts lineage potency in human embryonic stem cells through modulating mTOR activity”的研究論文。該研究揭示了一種限制人多能干細(xì)胞發(fā)育潛能的關(guān)鍵因子——去泛素化酶USP7，并闡釋其通過去除mTOR 蛋白上非經(jīng)典K63多泛素化修飾，從而調(diào)控 mTOR 活性的全新機(jī)制。細(xì)胞發(fā)育潛能限制哺乳動物胚胎發(fā)育起始于受精卵，隨后經(jīng)歷連續(xù)的譜系分化，最終形成完整個體。在早期胚胎發(fā)育中，細(xì)胞第一次命運分離發(fā)生在囊胚期，由全能性（totipotent）細(xì)胞分化為胚胎內(nèi)的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)(ICM)和胚外的滋養(yǎng)外胚層(TE)。ICM細(xì)胞雖保留分化為機(jī)體所有細(xì)胞類型的潛能，但向滋養(yǎng)外胚層等胚外組織（ExE）的發(fā)育潛能受到限制。的確，來源于ICM的體外培養(yǎng)人胚胎干細(xì)胞（human embryonic stem cells，hESCs)屬于多能性（pluripotent）細(xì)胞，展示有限的胚外組織潛能。這種從全能性向多能性的轉(zhuǎn)變標(biāo)志著細(xì)胞譜系發(fā)育潛能的限制，然而其內(nèi)在決定機(jī)制尚不明確。刪除USP7，細(xì)胞潛能被釋放研究人員首先發(fā)現(xiàn)，USP7缺陷的人胚胎干細(xì)胞表現(xiàn)出較強(qiáng)的單細(xì)胞存活能力。將這些細(xì)胞在擬胚體培養(yǎng)基中培養(yǎng)可形成擬胚體結(jié)構(gòu)，隨后，當(dāng)它們被轉(zhuǎn)入不含特定形態(tài)發(fā)生素的囊胚培養(yǎng)基（IVC）后，可自發(fā)形成類似囊胚的結(jié)構(gòu)并表達(dá)胚外譜系（ExE）標(biāo)志物，相比之下，野生型人胚胎干細(xì)胞無法呈現(xiàn)類似囊胚的結(jié)構(gòu)也不表達(dá)胚外譜系標(biāo)志物。進(jìn)一步地，研究人員將這些類囊胚結(jié)構(gòu)的聚集體進(jìn)行貼壁培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)其能夠產(chǎn)生胚外的滋養(yǎng)層亞類細(xì)胞—絨毛外滋養(yǎng)層細(xì)胞和合體滋養(yǎng)層細(xì)胞，同時還形成了卵黃囊腔和羊膜腔典型胚胎腔結(jié)構(gòu)。這些結(jié)果表明，USP7就像人胚胎干細(xì)胞發(fā)育潛能的“剎車”，限制了它向胚外組織發(fā)育，即敲除USP7解除了人胚胎干細(xì)胞的胚外譜系發(fā)育限制，并具備了模擬早期植入后胚胎發(fā)育、形成復(fù)雜胚胎樣結(jié)構(gòu)的能力。背后的機(jī)制：mTOR信號的調(diào)控研究人員進(jìn)一步探索USP7限制胚外潛能的作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)USP7敲除后，mTOR蛋白上的非經(jīng)典K63泛素鏈無法被去除，從而導(dǎo)致mTOR蛋白磷酸化水平上升，并增強(qiáng)mTOR信號通路活性，這使得細(xì)胞內(nèi)蛋白翻譯水平上調(diào)，尤其是多能性標(biāo)志物的蛋白水平增加，最終導(dǎo)致人胚胎干細(xì)胞的胚外譜系限制被解除。簡而言之，USP7通過去除非經(jīng)典的K63多泛素化而減弱mTOR活性，進(jìn)而限制人胚胎干細(xì)胞的胚外發(fā)育潛能。綜上，研究團(tuán)隊鑒定了USP7介導(dǎo)的非經(jīng)典K63泛素化去除這一關(guān)鍵內(nèi)源機(jī)制，闡明了其如何限制人胚胎干細(xì)胞的胚外譜系發(fā)育潛能。同時，研究也暗示蛋白翻譯控制在早期細(xì)胞命運決定中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這些發(fā)現(xiàn)不僅揭示了細(xì)胞發(fā)育潛能限制的多維調(diào)控，而且有助于優(yōu)化模擬體外胚胎早期發(fā)育過程的培養(yǎng)體系。潘光錦研究員和單永禮副研究員為論文的共同通訊作者，邢琦博士、李菲博士、碩士生馮瑤為論文的共同第一作者。該研究工作由中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院、中國科學(xué)院香港創(chuàng)新研究院再生醫(yī)學(xué)與健康創(chuàng)新中心等單位合作完成，并得到了國家重點研發(fā)計劃、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(jìn)會、廣東省及廣州市科技計劃等項目的資助。論文鏈接圖1 USP7通過調(diào)節(jié)mTOR信號通路調(diào)節(jié)胚胎干細(xì)胞發(fā)育潛能

2025-11-24

華南植物園揭示毛竹入侵削弱森林碳匯功能并提高潛在健康風(fēng)險

毛竹（Phyllostachys edulis）入侵是一種典型的生物入侵現(xiàn)象，其強(qiáng)大的地下根莖系統(tǒng)使其能夠快速取代原生植被，重塑森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能。然而，毛竹入侵對生態(tài)過程的深層影響，尤其是對土壤微生物碳循環(huán)功能及其潛在的公共健康風(fēng)險的影響，長期以來缺乏系統(tǒng)研究。本研究沿毛竹入侵路徑設(shè)置三個入侵水平（0%、50%、100%），通過宏基因組測序與高通量擴(kuò)增子測序與Meta分析，系統(tǒng)揭示毛竹入侵對土壤微生物群落及生態(tài)功能的影響，系列進(jìn)展主要涉及以下兩個方面：（一）毛竹入侵導(dǎo)致土壤微生物群落確定性組裝增強(qiáng)，抗生素抗性基因（ARGs）與毒力因子（VFs）豐度顯著提高，尤其在郊區(qū)和城市地區(qū)表現(xiàn)突出。結(jié)果表明，毛竹入侵通過改變土壤pH及養(yǎng)分狀況促進(jìn)攜帶抗性和毒力基因的微生物類群富集，而人工恢復(fù)措施可有效降低其豐度，減緩潛在健康風(fēng)險。該研究成果以“Elevated public health risks from changes in microbial communities mediated by Moso bamboo invasion”為題發(fā)表在Environmental Research（IF5-year?:7.7）上。中國科學(xué)院華南植物園鼎湖山站已畢業(yè)碩士研究生陳銳佳為論文第一作者，周曙仡聃副研究員為通訊作者，劉菊秀研究員參與指導(dǎo)。該研究得到國家自然科學(xué)基金、廣東省重點研發(fā)計劃等項目資助。文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.envres.2025.122215（二）毛竹入侵顯著降低了土壤細(xì)菌群落多樣性與網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，抑制了與碳循環(huán)相關(guān)的關(guān)鍵功能基因，導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量顯著降低。通過Meta分析進(jìn)一步驗證了毛竹入侵普遍導(dǎo)致土壤有機(jī)碳含量降低的趨勢。表明毛竹入侵通過改變土壤理化性質(zhì)削弱微生物碳循環(huán)潛力，從而影響森林碳匯功能。該研究成果以“Soil Organic Carbon Decline under Bamboo Invasion: The Role of Microbial Carbon Cycling”為題發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊 Journal of Environmental Management（IF5-year?:8.6）上，中國科學(xué)院華南植物園鼎湖山站碩士研究生孟楚舒為論文第一作者，周曙仡聃副研究員為通訊作者，劉菊秀研究員參與指導(dǎo)。該研究得到國家自然科學(xué)基金、廣東省重點研發(fā)計劃等項目資助。文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2025.127999 ??圖1. 毛竹入侵程度、土壤性質(zhì)以及細(xì)菌和真菌多樣性對ARGs和VF相對豐度的影響圖2. 毛竹入侵對土壤有機(jī)碳含量的影響

2025-11-23

亞熱帶生態(tài)所陳洪松研究員團(tuán)隊在西南喀斯特坡地水文過程補(bǔ)給機(jī)制方面取得新進(jìn)展

碳酸鹽巖廣泛發(fā)育形成的喀斯特地貌覆蓋全球陸地面積約15%，為全球約1/4人口提供穩(wěn)定的水資源供給。美國東部、歐洲地中海沿岸及中國西南地區(qū)構(gòu)成三大喀斯特地貌集中分布區(qū)，其中中國西南是全球喀斯特連續(xù)出露面積最大的區(qū)域。碳酸鹽巖廣泛發(fā)育形成的喀斯特地貌覆蓋全球陸地面積約15%，為全球約1/4人口提供穩(wěn)定的水資源供給。美國東部、歐洲地中海沿岸及中國西南地區(qū)構(gòu)成三大喀斯特地貌集中分布區(qū)，其中中國西南是全球喀斯特連續(xù)出露面積最大的區(qū)域。該區(qū)域碳酸鹽巖質(zhì)地純正且結(jié)構(gòu)致密，疊加溫暖濕潤的亞熱帶季風(fēng)氣候，為碳酸鹽巖的化學(xué)溶蝕作用創(chuàng)造了優(yōu)越條件，塑造了獨特的“二元三維”水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，具有地土壤層淺薄、地下基巖裂隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)育的基本特征。這種特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致入滲與多界面徑流過程呈現(xiàn)高度復(fù)雜性，在氣候變化背景下進(jìn)一步加劇了旱澇災(zāi)害帶來的不確定性。山坡是西南喀斯特地貌的主要組成單元，決定了流域水文通量及其響應(yīng)特征。目前，已有研究主要圍繞對降雨過程中入滲和產(chǎn)流過程的描述與解析，基本弄清了以巖土結(jié)構(gòu)為主導(dǎo)作用影響下的入滲-產(chǎn)流模式。盡管如此，但現(xiàn)有研究對坡地入滲-產(chǎn)流補(bǔ)給機(jī)制認(rèn)識較為欠缺，結(jié)構(gòu)對水文過程的調(diào)控機(jī)理仍需要進(jìn)一步厘清，上述問題的解決將極大深化對喀斯特關(guān)鍵帶復(fù)雜水文過程的認(rèn)識，服務(wù)于區(qū)域水文水資源管理。中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所陳洪松研究員團(tuán)隊在廣西環(huán)江通過水穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)，揭示了坡地土壤厚度對入滲和徑流水補(bǔ)給特征的影響機(jī)制。該研究選取兩處土壤厚度差異顯著的山坡，通過長期原位監(jiān)測獲取土壤水和徑流樣本，并測定其氫氧穩(wěn)定同位素組成。基于分段同位素平衡模型，量化了降雨對可移動水的補(bǔ)給比例、平均滯留時間及干旱期徑流的蒸發(fā)損失比例。結(jié)果表明，滲透性更高的淺土山坡具有快速的水分補(bǔ)給特征，表現(xiàn)為更高的雨水補(bǔ)給和水分蒸發(fā)損失比例及更短的水分滯留時間（圖1）。厚土山坡補(bǔ)給比例和滯留時間具有極顯著的相關(guān)性（R2=0.78），而淺土山坡這種快速且復(fù)雜的水文特征導(dǎo)致其通過水文參數(shù)預(yù)測過程的難度更高（圖2）。因此，即便是在小流域范圍，在水資源優(yōu)化配置方面也需要考慮進(jìn)行差異性的管理，而土壤厚度理論上是一個重要的參考指標(biāo)。該研究為理解喀斯特地區(qū)復(fù)雜水文過程提供了新視角，對區(qū)域水資源管理和防洪減災(zāi)具有重要實踐意義。相關(guān)成果已得到國家自然科學(xué)基金、廣西自然科學(xué)基金和中國博士后項目的資助，論文分別以“西南喀斯特坡地土壤厚度對可移動水補(bǔ)給特征的影響：基于水穩(wěn)定同位素的觀點”和Water stable isotope evidence reveals the impact of soil thickness on mobile water recharge in Karst Hillslopes,Southwest China為題發(fā)表在《中國科學(xué)：地球科學(xué)》中/英文版。論文鏈接：中文版?英文版圖1 土壤水及徑流補(bǔ)給比例（左）和滯留時間（右）圖2 補(bǔ)給比例和滯留時間相互關(guān)系

2025-11-23

深圳先進(jìn)院 | 新一代術(shù)中分子導(dǎo)航平臺：免標(biāo)記拉曼技術(shù)實現(xiàn)腫瘤惡性程度實時分級（Nature Biomedical Engineering）

11月18日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)學(xué)成像科學(xué)與技術(shù)系統(tǒng)全國重點實驗室鄭海榮院士、楊慧研究員團(tuán)隊與復(fù)旦大學(xué)李聰教授、王杭主任醫(yī)師、余錦華教授等合作，在Nature Biomedical Engineering上發(fā)表題為"Label-free Navigation System for in-situ Grading Prostate Tumor Malignancy via Tissue pH and Prostate-Specific Antigen Activity"的研究論文。研究團(tuán)隊成功研制了一套基于表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）與微流控技術(shù)的術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)，實現(xiàn)前列腺癌惡性程度的原位、快速、無標(biāo)記分級。前列腺癌是全球男性發(fā)病率最高的惡性腫瘤，也是我國發(fā)病率增速最快的癌種之一。根治性前列腺切除術(shù)是治療局限性前列腺癌的主要手段，但術(shù)中腫瘤邊界識別不清導(dǎo)致陽性手術(shù)切緣發(fā)生率高達(dá)15%–40%，成為術(shù)后復(fù)發(fā)的主要風(fēng)險因素。如何在徹底切除腫瘤的同時，最大限度保留患者功能組織，是臨床面臨的重大挑戰(zhàn)。11月18日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)學(xué)成像科學(xué)與技術(shù)系統(tǒng)全國重點實驗室鄭海榮院士、楊慧研究員團(tuán)隊與復(fù)旦大學(xué)李聰教授、王杭主任醫(yī)師、余錦華教授等合作，在Nature Biomedical Engineering上發(fā)表題為"Label-free Navigation System for in-situ Grading Prostate Tumor Malignancy via Tissue pH and Prostate-Specific Antigen Activity"的研究論文。研究團(tuán)隊成功研制了一套基于表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）與微流控技術(shù)的術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)，實現(xiàn)前列腺癌惡性程度的原位、快速、無標(biāo)記分級。該系統(tǒng)主要由微流控采樣、SERS檢測陣列、AI智能分析模塊組成。團(tuán)隊研發(fā)的非對稱通道微流控采樣筆（NanoDraw）結(jié)合氣液反饋控制，實現(xiàn)了對組織表面標(biāo)志物的自動化、無損、連續(xù)提取，單點采樣僅需6秒，有效避免交叉污染。采樣后液滴被自動轉(zhuǎn)移至高靈敏度SERS陣列，通過功能化拉曼報告分子同步檢測組織酸度（pH）與前列腺特異性抗原（PSA）活性，實現(xiàn)對腫瘤惡性程度的雙重識別。系統(tǒng)內(nèi)SERS陣列結(jié)構(gòu)均一、信號穩(wěn)定，具備優(yōu)異的拉曼增強(qiáng)性能。結(jié)合團(tuán)隊構(gòu)建的二維遞歸圖-卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（2D-CNN）AI分析模型，系統(tǒng)可在2秒內(nèi)完成光譜解析與生物標(biāo)志物定量輸出，精準(zhǔn)識別Gleason分級分組GG≥3的高級別腫瘤區(qū)域。在涉及144例前列腺癌患者的臨床試驗中，該系統(tǒng)對高級別腫瘤（GG≥3）識別的AUC值達(dá)0.890，展現(xiàn)出優(yōu)異的臨床轉(zhuǎn)化潛力。該系統(tǒng)全流程自動化、無需外源標(biāo)記物，具備成為術(shù)中“實時病理”技術(shù)的潛力，有望顯著降低陽性切緣率，改善患者預(yù)后。楊慧研究員指出：“這項技術(shù)的核心目標(biāo)，就是為外科醫(yī)生裝上一雙‘分子眼睛’。在手術(shù)中，傳統(tǒng)方法很難實時看清腫瘤的惡性邊界。我們的系統(tǒng)通過在體、無損采樣，幾分鐘內(nèi)就能生成一張腫瘤的‘惡性程度地圖’。醫(yī)生可以根據(jù)這張地圖，果斷切除高風(fēng)險區(qū)域，同時放心保留低風(fēng)險組織，這為實現(xiàn)‘最大化腫瘤切除、最小化功能損傷’這一臨床黃金法則提供了切實可行的技術(shù)路徑。”本研究得到了國家重大科研儀器研制項目、國家杰出青年科學(xué)基金、上海市衛(wèi)健委交叉學(xué)科前沿項目等多項支持。目前，團(tuán)隊正積極推進(jìn)該設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化與臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化，并探索其與腹腔鏡、手術(shù)機(jī)器人等微創(chuàng)手術(shù)平臺的集成能力。文章上線截圖原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41551-025-01561-y

2025-11-20

深圳先進(jìn)院?| 揭示大灣區(qū)碳匯“源-匯”機(jī)制與生態(tài)驅(qū)動力（Water Research & Limnology and Oceanography Letters）

通過對珠江口海域?qū)嵤┛缂竟?jié)尺度的高時空精度走航監(jiān)測與碳循環(huán)數(shù)據(jù)分析，在大灣區(qū)碳匯時空格局與機(jī)制研究方面取得突破性進(jìn)展。在國家"雙碳"戰(zhàn)略與深圳建設(shè)"全球海洋中心城市"的時代背景下,海洋碳匯的精準(zhǔn)量化已成為亟待攻克的科學(xué)難題。粵港澳大灣區(qū)近海生態(tài)系統(tǒng)承受著高強(qiáng)度人類活動的壓力，對其藍(lán)碳儲量與固碳效率進(jìn)行高分辨率科學(xué)評估，具有重大戰(zhàn)略意義與現(xiàn)實價值。近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院（簡稱“深圳先進(jìn)院”）集成所光電中心姚泓名副研究員、祝銘高級工程師所在團(tuán)隊通過與暨南大學(xué)王艷研究員團(tuán)隊、中國海洋大學(xué)林賢彪副教授團(tuán)隊開展合作，依托先進(jìn)院搭建的"大灣區(qū)近海藍(lán)碳移動監(jiān)測平臺"，搭載水下原位光譜分析儀、葉綠素a傳感器、輻照度計等多款自主研發(fā)的海洋生化傳感器，通過對珠江口海域?qū)嵤┛缂竟?jié)尺度的高時空精度走航監(jiān)測與碳循環(huán)數(shù)據(jù)分析，在大灣區(qū)碳匯時空格局與機(jī)制研究方面取得突破性進(jìn)展。研究成果分別發(fā)表于國際權(quán)威期刊Water Research與Limnology and Oceanography Letters。兩項研究從宏觀與微觀雙重維度，系統(tǒng)性揭示了大灣區(qū)(珠江口)碳"源-匯"動態(tài)的時空演變規(guī)律及其生物地球化學(xué)驅(qū)動機(jī)制，構(gòu)成了大灣區(qū)河口碳循環(huán)的全面"科學(xué)診斷報告"。河口生態(tài)系統(tǒng)是全球碳循環(huán)的關(guān)鍵樞紐，但正日益遭受富營養(yǎng)化和酸化的雙重威脅。傳統(tǒng)離散采樣難以捕捉河口復(fù)雜多變的高頻波動，這種觀測缺陷導(dǎo)致全球河口碳通量估算存在30%-150%的巨大不確定性。關(guān)于海洋酸化與硝化互作的研究多依賴單變量實驗室培養(yǎng)，難以還原自然環(huán)境中復(fù)雜的非線性反饋，導(dǎo)致對河口碳“源-匯”轉(zhuǎn)換及其微觀驅(qū)動力的認(rèn)知存在盲區(qū)。依托大灣區(qū)近海藍(lán)碳移動監(jiān)測平臺的高頻走航觀測數(shù)據(jù)（5米空間分辨率）和強(qiáng)大的多參數(shù)、多介質(zhì)（水體、生物）采樣和分析能力，精細(xì)刻畫了伶仃洋河口（大灣區(qū)核心水域）的碳通量分布格局，并深入剖析了珠江口（大灣區(qū)水域）碳循環(huán)“泄露”的微觀驅(qū)動機(jī)制，首次揭示了富營養(yǎng)化驅(qū)動下的“酸化–硝化”協(xié)同效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)該區(qū)域并非單一的碳源或碳匯，而是一個由河流與海洋共同塑造的“空間劃分的碳處理器”，上游（河流影響區(qū)）為強(qiáng) CO? 釋放源，洪泛期通量峰值高達(dá)291.6 mmol C·m?2·d?1；下游（海洋影響區(qū)）則轉(zhuǎn)變?yōu)?CO? 吸收匯，凈自養(yǎng)作用驅(qū)動通量降至-48.6 mmol C·m?2·d?1；這一“源—匯”轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在距河口約40公里的空間閾值處，反映出水文混合與營養(yǎng)鹽利用效率的綜合調(diào)控作用。此外，研究揭示出大灣區(qū)藍(lán)碳系統(tǒng)存在顯著的季節(jié)性脈沖效應(yīng)——洪汛期的碳通量遠(yuǎn)高于旱季，陸源輸入的增強(qiáng)成為調(diào)控碳釋放的關(guān)鍵因素。盡管浮游植物光合作用驅(qū)動碳吸收，但高達(dá) 40%–60% 的固定碳會因異養(yǎng)作用被重新釋放回大氣。這種“即產(chǎn)即消”的機(jī)制形成了一個“碳循環(huán)回路”，顯著削弱了河口生態(tài)系統(tǒng)的凈固碳效率，也意味著基于葉綠素或衛(wèi)星數(shù)據(jù)的碳匯估算可能被系統(tǒng)性高估。同時，研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，長期富營養(yǎng)化狀態(tài)下，珠江口水體酸化速率遠(yuǎn)高于開闊海域。在伶仃洋中游區(qū)域（即40公里的“源—匯”轉(zhuǎn)換閾值處）形成了顯著的“酸化–硝化”耦合熱點。在該熱點中，氨氧化微生物以銨鹽為“燃料”進(jìn)行硝化作用，每次反應(yīng)都會釋放出氫離子，削弱水體堿度并導(dǎo)致pH下降，形成局部“酸化中心”。該發(fā)現(xiàn)揭示了珠江口河口系統(tǒng)中存在一個自我強(qiáng)化反饋回路：富營養(yǎng)化驅(qū)動硝化作用，硝化引發(fā)酸化，而酸化環(huán)境又會篩選并塑造特定的微生物群落，反過來再次增強(qiáng)硝化過程。這一機(jī)制從微觀層面揭示了大灣區(qū)水域固碳效率下降的根本原因，也為治理富營養(yǎng)化、提升區(qū)域碳匯潛力提供了新的科學(xué)思路。從宏觀空間格局到微觀生物機(jī)制，這兩項研究構(gòu)建了大灣區(qū)海洋碳匯的“全景式畫像”。它們不僅深化了對河口海岸帶碳循環(huán)的科學(xué)認(rèn)知，更展示了深圳先進(jìn)院在海洋科技領(lǐng)域“產(chǎn)–學(xué)–研–用”一體化創(chuàng)新體系的成果轉(zhuǎn)化能力。未來，大灣區(qū)藍(lán)碳移動監(jiān)測平臺將繼續(xù)服務(wù)于大灣區(qū)及全國海洋碳中和戰(zhàn)略，推動海洋電子信息、智能裝備與生態(tài)決策的深度融合，讓更多科研成果在“深藍(lán)”中落地生根。深圳先進(jìn)院副研究員姚泓名分別為兩篇論文的第一作者和通訊作者，該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、以及Instrument Development for OceanologyLaboratory（I-DO Lab）的支持。圖：大灣區(qū)藍(lán)碳移動監(jiān)測平臺及自研傳感器展示圖：碳“源-匯”與初級生產(chǎn)力的精細(xì)化時空格局展示圖：海-氣CO2通量的宏觀驅(qū)動因素解析圖：大灣區(qū)海域酸化與富營養(yǎng)化的耦合效應(yīng)圖：相關(guān)微生物組學(xué)解析

2025-11-20

深圳先進(jìn)院｜首個語音驅(qū)動超聲舌成像的統(tǒng)一生成框架（INFFUS）

近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院環(huán)繞智能與多模態(tài)研究室提出從語音到舌超聲生成的統(tǒng)一擴(kuò)散模型框架，能夠根據(jù)輸入的未知語音信號（例如健康或病理性語音），自適應(yīng)地生成高保真度的舌體超聲數(shù)據(jù)，這項研究為解決言語障礙評估與康復(fù)中的相關(guān)技術(shù)難題提供了新路徑，相關(guān)研究已正式發(fā)表于國際期刊Information Fusion。近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院環(huán)繞智能與多模態(tài)研究室提出從語音到舌超聲生成的統(tǒng)一擴(kuò)散模型框架，能夠根據(jù)輸入的未知語音信號（例如健康或病理性語音），自適應(yīng)地生成高保真度的舌體超聲數(shù)據(jù)，這項研究為解決言語障礙評估與康復(fù)中的相關(guān)技術(shù)難題提供了新路徑，相關(guān)研究已正式發(fā)表于國際期刊Information Fusion。從“聽聲音”到“看舌動”的智能跨越在言語治療與康復(fù)領(lǐng)域，準(zhǔn)確、直觀觀察發(fā)音時舌頭的內(nèi)部運動對于診斷評估與康復(fù)訓(xùn)練具有關(guān)鍵意義。然而，傳統(tǒng)超聲舌成像設(shè)備因操作專業(yè)要求高、成本昂貴，在臨床普及上面臨較多限制。聲學(xué)-發(fā)音反轉(zhuǎn)（Acoustic-to-articulatory inversion,AAI）作為語音處理的重要方向，致力于從語音信號中推斷發(fā)音器官的運動姿態(tài)，構(gòu)建聲音與形體之間的“翻譯橋梁”。該技術(shù)能夠?qū)⒁子讷@取的語音信號，轉(zhuǎn)化為難以直接觀測的發(fā)音生理數(shù)據(jù)，為言語康復(fù)、語言教學(xué)乃至無聲語音接口的開發(fā)提供新路徑。因此，基于AAI技術(shù)實現(xiàn)的語音到舌超聲生成方法，通過算法僅憑語音信號即可“推算”出對應(yīng)的舌體運動數(shù)據(jù)，為臨床提供了一種低成本、非侵入式的可視化解決方案。統(tǒng)一框架破解兩大臨床技術(shù)難題該技術(shù)長期面臨兩大挑戰(zhàn)：一是配對的病理性語音-舌動數(shù)據(jù)極其稀缺，導(dǎo)致模型泛化性能差；二是健康與病理性言語在發(fā)音機(jī)制和聲學(xué)特性上存在顯著差異，導(dǎo)致模型在處理未知類型的語音時容易失敗。面對這些挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊提出了 Uni-UTIDiff統(tǒng)一框架。該框架的核心優(yōu)勢在于：統(tǒng)一建模：首次使用統(tǒng)一模型同時處理健康與病理性語音，無需為不同人群分別訓(xùn)練專家模型，極大提升了數(shù)據(jù)利用效率和模型通用性。智能辨音：基于對比聚類的無監(jiān)督發(fā)音模式提取器，能自動判別輸入語音是正常還是異常，無需人工標(biāo)注，進(jìn)一步挖掘更多隱藏特征表示。自適應(yīng)生成：自適應(yīng)條件融合模塊能動態(tài)地將語音特征與識別出的發(fā)音模式相結(jié)合，確保生成的舌動圖像既符合語音內(nèi)容，又保留了特定發(fā)音模式（如病理性異常）的細(xì)節(jié)。實驗結(jié)果表明，Uni-UTIDiff 不僅在統(tǒng)一框架下能夠分別達(dá)到針對健康與病理語音的專家模型性能水平，還能在生成的舌超聲圖像中展現(xiàn)出優(yōu)異的清晰度與自然度，充分驗證了其在跨發(fā)音模式下的魯棒生成能力。新一代言語智能康復(fù)與遠(yuǎn)程醫(yī)療的應(yīng)用前景這項技術(shù)意味著，未來我們有可能僅通過一個APP收錄的用戶語音，即可生成其對應(yīng)的發(fā)音器官內(nèi)部運動，為下述不同場景帶來應(yīng)用變化：精準(zhǔn)康復(fù)與遠(yuǎn)程醫(yī)療平臺：為不同地區(qū)的構(gòu)音障礙患者提供專業(yè)言語治療服務(wù)。患者通過實時可視化的舌位運動生物反饋，幫助其更有效地進(jìn)行家庭專業(yè)康復(fù)訓(xùn)練。臨床輔助診斷：作為篩查工具輔助醫(yī)生快速評估患者的言語運動功能，生成客觀的影像報告，提升診斷效率。語言教學(xué)與保護(hù)：可用于語言教學(xué)，幫助學(xué)習(xí)者直觀理解發(fā)音要領(lǐng)；記錄或推斷特定罕見語言的發(fā)音生理特征。中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院王嵐、燕楠研究員為共同通訊作者，研究助理楊毓棟和高級工程師蘇榮鋒為共同第一作者。此外，中山大學(xué)第八附屬醫(yī)院招少楓主任、香港大學(xué)Manwa.L.Ng教授為論文的共同作者。該研究獲得國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、深圳市自然基金重點項目等項目支持。文章上線截圖，論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.inffus.2025.103896圖1?整體方法流程圖圖2 Uni-UTIDiff的訓(xùn)練和推理細(xì)節(jié)圖3?模型生成效果圖(自適應(yīng)區(qū)分健康和異常患者）

2025-11-06

深圳先進(jìn)院?| 繪制跨血糖狀態(tài)的全身代謝網(wǎng)絡(luò)圖譜（EJNMMI）

近日，醫(yī)學(xué)成像科學(xué)與技術(shù)系統(tǒng)全國重點實驗室胡戰(zhàn)利研究員與北京大學(xué)深圳醫(yī)院董孟杰教授團(tuán)隊合作，首次系統(tǒng)描繪了血糖異常進(jìn)展過程中的多器官代謝網(wǎng)絡(luò)動態(tài)重塑圖譜，并揭示了神經(jīng)-外周代謝軸在糖尿病發(fā)生發(fā)展中的核心調(diào)控機(jī)制。該研究成果以"Mapping systemic inter-organ metabolic networks across glycemic continuum using whole-body [18F]FDG PET/CT and machine learning"為題，發(fā)表在核醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域TOP期刊European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging上。近年來，越來越多的研究表明，糖尿病是一種涉及多器官代謝協(xié)同失衡的系統(tǒng)性疾病。跨器官代謝網(wǎng)絡(luò)的失調(diào)不僅影響葡萄糖穩(wěn)態(tài)，還與胰島素抵抗、神經(jīng)內(nèi)分泌紊亂、免疫失衡等病理過程密切相關(guān)。然而，由于傳統(tǒng)成像技術(shù)和數(shù)據(jù)整合能力的局限，糖尿病在全身代謝網(wǎng)絡(luò)層面的動態(tài)演變機(jī)制仍缺乏系統(tǒng)性認(rèn)識。近日，醫(yī)學(xué)成像科學(xué)與技術(shù)系統(tǒng)全國重點實驗室胡戰(zhàn)利研究員與北京大學(xué)深圳醫(yī)院董孟杰教授團(tuán)隊合作，首次系統(tǒng)描繪了血糖異常進(jìn)展過程中的多器官代謝網(wǎng)絡(luò)動態(tài)重塑圖譜，并揭示了神經(jīng)-外周代謝軸在糖尿病發(fā)生發(fā)展中的核心調(diào)控機(jī)制。該研究成果以"Mapping systemic inter-organ metabolic networks across glycemic continuum using whole-body [18F]FDG PET/CT and machine learning"為題，發(fā)表在核醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域TOP期刊European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging上。本研究采用全身[1?F]FDG PET/CT成像技術(shù)，一次掃描即可同步捕捉全身主要器官的全景葡萄糖代謝，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)與可解釋性分析，為探索糖尿病跨器官代謝失衡提供了全新視角。研究團(tuán)隊在實驗室前期工作的基礎(chǔ)上?(Sun?et?al,?EJNMMI,?2022;?49(8):?2994-3004)，基于多中心1149例受試者的全身PET/CT數(shù)據(jù)，利用廣義線性模型校正年齡、性別、BMI等混雜因素，提取20個關(guān)鍵器官的代謝特征。通過計算器官間的代謝相關(guān)性，團(tuán)隊分別繪制了正常血糖、糖尿病前期和糖尿病三大群體的全身代謝網(wǎng)絡(luò)圖譜，并采用“個體化偏差網(wǎng)絡(luò)”概念，用于刻畫每位受試者相對于健康常模的代謝協(xié)同異常程度。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊結(jié)合隨機(jī)森林分類器與SHAP可解釋性分析，精準(zhǔn)識別出糖尿病早期代謝失衡的關(guān)鍵器官通路，尤其是腦-肝臟、腦-胰腺與腦-肌肉三大神經(jīng)-外周代謝樞紐。這一發(fā)現(xiàn)揭示了大腦在調(diào)控全身葡萄糖代謝中的核心作用，并為代謝異常的早期預(yù)警提供了潛在的影像學(xué)生物標(biāo)志物。中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院胡戰(zhàn)利研究員、北京大學(xué)深圳醫(yī)院董孟杰教授為該論文的共同通訊作者。中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院博士后陶學(xué)桐為論文第一作者。研究工作得到了醫(yī)學(xué)成像科學(xué)與技術(shù)系統(tǒng)全國重點實驗室、國家自然科學(xué)基金（數(shù)學(xué)天元重點專項）、國家重點研發(fā)計劃（重大科學(xué)儀器設(shè)備研發(fā)重點專項）和深圳市科技重大專項等項目的資助。圖1：群體代謝網(wǎng)絡(luò)搭建示意圖圖2：個體代謝網(wǎng)絡(luò)搭建示意圖原文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s00259-025-07582-8?sessionid=-2144336730

2025-11-14

深圳先進(jìn)院?|?發(fā)現(xiàn)靶向H7亞型禽流感病毒血凝素頭部獨特保守表位的廣譜中和抗體（PNAS）

自2013年開始，我國暴發(fā)了五波人感染H7N9禽流感病毒疫情，之后又出現(xiàn)散發(fā)病例和人感染H7N4禽流感病例，病死率超過39%。目前尚無獲批的人用H7禽流感疫苗。流感病毒血凝素蛋白頭部區(qū)是流感病毒高效中和抗體結(jié)合的熱點區(qū)域，但是靶向HA頭部區(qū)的抗體常因毒株變異而失效。因此，開發(fā)靶向HA頭部新型保守表位的中和抗體并設(shè)計組合療法已成為應(yīng)對禽流感的重要研究方向。自2013年開始，我國暴發(fā)了五波人感染H7N9禽流感病毒疫情，之后又出現(xiàn)散發(fā)病例和人感染H7N4禽流感病例，病死率超過39%。目前尚無獲批的人用H7禽流感疫苗。流感病毒血凝素蛋白（hemagglutinin，HA）頭部區(qū)是流感病毒高效中和抗體結(jié)合的熱點區(qū)域，但是靶向HA頭部區(qū)的抗體常因毒株變異而失效。因此，開發(fā)靶向HA頭部新型保守表位的中和抗體并設(shè)計組合療法已成為應(yīng)對禽流感的重要研究方向。中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)藥所蛋白藥物中心萬曉春團(tuán)隊聯(lián)合廣州國家實驗室施一團(tuán)隊、中國科學(xué)院微生物研究所高福團(tuán)隊、深圳市第三人民醫(yī)院楊揚團(tuán)隊成功在感染H7N9禽流感幸存者中分離出靶向H7血凝素頭部保守表位的廣譜中和抗體6Y13，相關(guān)成果近日發(fā)表在PNAS上，題為"Structural basis for a potent human neutralizing antibody targeting a conserved epitope on the H7 hemagglutinin head"，為防治人感染H7亞型禽流感儲備創(chuàng)新藥物，并為禽流感疫苗的研發(fā)提供了參考。6Y13是人VH3-30基因編碼的單克隆抗體，可以強(qiáng)效廣譜中和H7亞型流行病毒（圖1），并可以高親和力結(jié)合跨越20年抗原進(jìn)化的北美和歐亞系H7亞型禽流感病毒血凝素蛋白（圖2），能夠100%預(yù)防和治療H7N9感染小鼠（圖3）。抗體-抗原復(fù)合物冷凍電鏡結(jié)構(gòu)以及氫氘交換質(zhì)譜等結(jié)果顯示，6Y13結(jié)合在HA頭部區(qū)受體結(jié)合位點側(cè)邊的一個獨特保守表位（圖4）。病毒吸附抑制實驗和競爭結(jié)合ELISA實驗等結(jié)果顯示，6Y13通過抑制病毒的受體結(jié)合發(fā)揮中和作用（圖5）。中國科學(xué)院深圳先進(jìn)院李俊鑫助理研究員、廣州國家實驗室王敏副研究員、深圳市第三人民醫(yī)院楊揚研究員為論文共同第一作者，萬曉春研究員、施一研究員和高福院士為論文共同通訊作者。研究獲深圳市醫(yī)學(xué)研究基金、國家自然科學(xué)基金、國家重點研究發(fā)展計劃、深圳基礎(chǔ)研究基金、廣東基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金支持。圖1 人抗體6Y13的序列特征和廣譜中和活性圖2 6Y13抗體的反應(yīng)廣度及親和力圖3 6Y13對H7N9病毒感染小鼠的保護(hù)作用圖4 6Y13與HA復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)圖5 6Y13抗體的抗病毒機(jī)制原文鏈接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2503008122

2025-11-20

深圳先進(jìn)院聯(lián)合提出細(xì)胞尺度全腦纖維重建新技術(shù)（Nature Methods）

11月3日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院腦認(rèn)知與腦疾病研究所/深港腦科學(xué)創(chuàng)新研究院徐放、肖彥洋、畢國強(qiáng)團(tuán)隊，聯(lián)合中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心劉賜融等研究團(tuán)隊在Nature Methods在線發(fā)表題為"Whole-brain reconstruction of fiber tracts based on cytoarchitectonic organization"的研究論文。研究提出了一種基于細(xì)胞結(jié)構(gòu)方向信息解析腦內(nèi)神經(jīng)纖維走向的新方法CABLE（cytoarchitecture-based link estimation），實現(xiàn)了在靈長類動物乃至人類腦組織中以細(xì)胞尺度完整重建全腦三維神經(jīng)纖維通路。該方法突破了傳統(tǒng)擴(kuò)散磁共振成像在毫米級分辨率下精度的局限，同時規(guī)避了軸突病毒示蹤通量低、難以整腦應(yīng)用的瓶頸，為高精度腦連接圖譜構(gòu)建提供了新的技術(shù)路徑。

2025-11-04