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南海海洋所?|?番紅硨磲和長(zhǎng)硨磲人工種間雜交及應(yīng)用獲新進(jìn)展

近日，中國(guó)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室喻子牛研究員團(tuán)隊(duì)，在番紅硨磲和長(zhǎng)硨磲人工種間雜交及應(yīng)用獲新進(jìn)展，研究團(tuán)隊(duì)以長(zhǎng)硨磲和番紅硨磲為材料，采用雙列雜交模式進(jìn)行遠(yuǎn)緣雜交，獲得了長(zhǎng)硨磲和番紅硨磲雜交新品系，該品系在生長(zhǎng)率、存活率和外套膜顏色方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，在水族觀賞市場(chǎng)及未來(lái)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際水產(chǎn)領(lǐng)域?qū)I(yè)期刊Aquaculture Reports，副研究員李軍為論文第一作者，研究員喻子牛和研究員張躍環(huán)為并列通訊作者。硨磲作為珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵框架物種，不僅在維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用，同時(shí)還是一種重要的水族觀賞生物。然而，由于過(guò)度捕撈，天然硨磲資源遭到了嚴(yán)重破壞，硨磲資源急劇下降。其中，番紅硨磲是硨磲家族中最小的種類，每年僅生長(zhǎng)3-4厘米，但是它卻是硨磲科中外套膜顏色最為鮮艷、外形最為美麗的品種。長(zhǎng)硨磲是中型物種，每年最快生長(zhǎng)量為6 - 7厘米，而且具有十分美觀密集的鱗片。因此，二者雜交有可能產(chǎn)生具有極其優(yōu)良遺傳特性的雜交品種。本研究首次在國(guó)際上開展了這兩種硨磲的種間雜交研究，并對(duì)各實(shí)驗(yàn)組相關(guān)性狀（生長(zhǎng)、存活和外套膜顏色）進(jìn)行了比較分析，創(chuàng)造了新型硨磲種質(zhì)資源。結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)一周年養(yǎng)殖，相對(duì)于番紅硨磲大小（44.74±4.62 mm）而言，以長(zhǎng)硨磲為母本的雜交子代（56.84±6.53 mm）生長(zhǎng)速度提高了27.04%；相對(duì)于番紅硨磲存活率（24.47 ± 1.51%）而言，其雜交子代（13.33±2.49%）存活性能提高了83.57%；最為關(guān)鍵的，雜交硨磲的貝殼外形和外套膜顏色呈現(xiàn)出豐富的多樣性，既繼承了番紅硨磲的鮮艷色彩，又融合了長(zhǎng)硨磲獨(dú)特的紋理特征，表現(xiàn)出極高的觀賞價(jià)值。該成果得到了國(guó)家貝類產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、海南省重點(diǎn)研發(fā)、福建省科特派項(xiàng)目、廣州市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和深圳市自然科學(xué)基金面上等項(xiàng)目聯(lián)合資助。圖1 硨磲雜交子代外套膜顏色（A：番紅硨磲；B：長(zhǎng)硨磲；C：番紅硨磲♀×長(zhǎng)硨磲♂；C：長(zhǎng)硨磲♀×番紅硨磲♂）相關(guān)論文信息： Li J.,Ma H.,Qin Y.,Wei J.,Liu W.,Zhao Z.,Mi N.,Li J.,Yue C.,Xing Q.,Yu Z.*,Zhang Y.*. (2025). Development and characteristics of artificial interspecific hybridization between Tridacna maxima and T. crocea. Aquaculture Reports. 2025,41: 102694原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352513425000808

2025-03-04

深圳先進(jìn)院劉陳立團(tuán)隊(duì)牽頭揭示合成細(xì)菌抗腫瘤關(guān)鍵原理

北京時(shí)間3月4日，一項(xiàng)發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》的最新研究有望給癌癥治療帶來(lái)全新希望：科學(xué)家們成功破解了腫瘤與細(xì)菌之間的“對(duì)話”機(jī)制，首次揭示了細(xì)菌抗腫瘤的關(guān)鍵原理，為利用細(xì)菌治療惡性實(shí)體瘤提供了全新的思路。北京時(shí)間3月4日，一項(xiàng)發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》的最新研究有望給癌癥治療帶來(lái)全新希望：科學(xué)家們成功破解了腫瘤與細(xì)菌之間的“對(duì)話”機(jī)制，首次揭示了細(xì)菌抗腫瘤的關(guān)鍵原理，為利用細(xì)菌治療惡性實(shí)體瘤提供了全新的思路。該項(xiàng)研究由中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員、定量合成生物學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任劉陳立牽頭，聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所肖意傳研究員團(tuán)隊(duì)完成。文章上線截圖該研究也是繼2024年劉陳立與趙國(guó)屏在《自然綜述：生物工程》上首次闡釋“定量合成生物學(xué)”研究范式和學(xué)科內(nèi)涵之后，定量合成生物學(xué)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的生動(dòng)示范。深圳先進(jìn)院前博士后常志廣、郭旋，研究員李雪飛、博士后臧中盛，上海營(yíng)養(yǎng)與健康所王艷博士是文章共同第一作者。劉陳立研究員和肖意傳研究員為文章共同通訊作者。細(xì)菌療法的百年突破劉陳立（左一）牽頭團(tuán)隊(duì)首次揭示細(xì)菌抗腫瘤關(guān)鍵原理雖然早在150多年前，就有科學(xué)家用細(xì)菌來(lái)治療實(shí)體瘤。然而，由于細(xì)菌療法缺乏安全性和穩(wěn)定療效，其如曇花一現(xiàn)般匿跡在歷史中，鮮有問津。近年來(lái)，合成生物學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展讓細(xì)菌療法重新煥發(fā)生機(jī)。盡管越來(lái)越多的“細(xì)菌制劑”被報(bào)道，但尚未有成功走向臨床的案例，究其原因是細(xì)菌療法仍存在幾個(gè)關(guān)鍵問題未能解決：“細(xì)菌怎么逃避先天免疫系統(tǒng)的攻擊？” “細(xì)菌如何激發(fā)抗腫瘤免疫？”“如何確保細(xì)菌療法的安全性？”等等。“與傳統(tǒng)藥物不同，細(xì)菌是活的，細(xì)菌能在腫瘤中存活，說(shuō)明它們能逃避免疫系統(tǒng)的攻擊；同時(shí)，細(xì)菌又能抑制腫瘤生長(zhǎng)，這表明它們還能激活抗腫瘤的免疫反應(yīng)”，劉陳立研究員解釋道。“這種看似矛盾的現(xiàn)象，正是因?yàn)槲覀儗?duì)細(xì)菌與腫瘤之間的‘對(duì)話’機(jī)制還不了解。弄清楚這種‘對(duì)話’機(jī)制對(duì)于設(shè)計(jì)出更安全有效的治療方案很重要。”為此，2017年起，劉陳立團(tuán)隊(duì)開始將定量合成生物學(xué)的研究思路應(yīng)用于細(xì)菌治療腫瘤的研究中。研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)8年，成功揭示了腫瘤與細(xì)菌之間的“對(duì)話機(jī)制”。這項(xiàng)研究不僅填補(bǔ)了細(xì)菌治療腫瘤領(lǐng)域的理論空白，還為未來(lái)的癌癥治療提供了全新的策略。破解細(xì)菌與腫瘤的“秘密對(duì)話”團(tuán)隊(duì)交流實(shí)驗(yàn)進(jìn)展這項(xiàng)研究始于劉陳立團(tuán)隊(duì)對(duì)細(xì)菌治療腫瘤的早期觀察。他們通過(guò)構(gòu)建一種特殊的合成菌株，發(fā)現(xiàn)合成細(xì)菌在結(jié)腸癌、黑色素瘤、膀胱癌等多種疾病動(dòng)物模型上具有優(yōu)異的治療效果，展現(xiàn)了其治療腫瘤潛在的靶向性和廣譜性。那么，細(xì)菌究竟是如何抑制腫瘤的？又是如何不被機(jī)體的免疫系統(tǒng)當(dāng)作“敵人”消滅？細(xì)菌與腫瘤之間到底“說(shuō)了什么”？研究人員發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌通過(guò)一種叫做白介素-10的信號(hào)分子與腫瘤內(nèi)的免疫細(xì)胞進(jìn)行“對(duì)話”，讓腫瘤內(nèi)的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生更多的白介素-10，向細(xì)菌的天敵——中性粒細(xì)胞施了“定身術(shù)”，使其無(wú)法運(yùn)動(dòng)，從而讓細(xì)菌躲過(guò)免疫細(xì)胞的“追捕”。與此同時(shí)，細(xì)菌為了自身生存所激發(fā)出的白介素-10信號(hào)分子，碰巧“喚醒”了腫瘤內(nèi)的“沉睡士兵”CD8+?T細(xì)胞，使它們重新武裝起來(lái)，對(duì)腫瘤發(fā)起猛烈攻擊。正是這種“歪打正著”的機(jī)制讓細(xì)菌既躲過(guò)了“被殺”，又攻擊了腫瘤。那么，細(xì)菌治療腫瘤怎么保證安全性？劉陳立團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)免疫細(xì)胞中存在一種“遲滯效應(yīng)”機(jī)制，這種機(jī)制使腫瘤組織中的白介素-10受體水平高，正常組織中的白介素-10受體水平低。通過(guò)采集分析27種不同癌癥患者的臨床樣本，團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了這一機(jī)制。這種差異性使細(xì)菌只能在瘤內(nèi)躲避抗菌免疫細(xì)胞的追殺，并在正常組織器官中被有效清除，從而保證了細(xì)菌治療的安全性。“造物致知”，癌癥治療有望邁入“精準(zhǔn)時(shí)代”研究人員將該療法在多種動(dòng)物模型中進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示，這種合成生物改造的細(xì)菌能夠顯著抑制多種腫瘤的生長(zhǎng)、復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。這項(xiàng)研究的突破性意義在于，研究團(tuán)隊(duì)首次揭示了細(xì)菌抗腫瘤的關(guān)鍵機(jī)制，為利用合成生物技術(shù)精準(zhǔn)改造細(xì)菌提供了理論指導(dǎo)。該研究標(biāo)志著細(xì)菌療法從“以毒攻毒”邁向了“精準(zhǔn)調(diào)控”的新時(shí)代。“通過(guò)合成生物實(shí)驗(yàn)和定量數(shù)學(xué)模型的結(jié)合，我們精確地模擬了細(xì)菌在腫瘤內(nèi)的行為，從而設(shè)計(jì)出更高效的療法，這就像發(fā)現(xiàn)了合成生物系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)的‘神秘對(duì)話’，使科學(xué)家能夠重新編程合成生物系統(tǒng)，為癌癥治療打開全新思路。”研究團(tuán)隊(duì)表示。目前該項(xiàng)研究正在向臨床試驗(yàn)推進(jìn)。未來(lái)，醫(yī)生通過(guò)檢測(cè)患者腫瘤組織中白介素-10受體的表達(dá)水平，可精準(zhǔn)篩選出適合接受細(xì)菌治療的患者，為制定個(gè)性化治療方案提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，工程化改造的抗瘤菌也可以作為智能遞送載體，實(shí)現(xiàn)治療藥物的精準(zhǔn)釋放。這種創(chuàng)新模式，成功突破了傳統(tǒng)給藥系統(tǒng)的局限性，有望為惡性腫瘤治療開辟新路徑。

2025-03-04

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目啟動(dòng)暨項(xiàng)目實(shí)施方案論證會(huì)召開

2月26日，“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“典型脆弱生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)”重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目“南嶺山地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與生態(tài)安全保障技術(shù)”啟動(dòng)暨實(shí)施方案論證會(huì)在華南植物園順利召開。該項(xiàng)目由中國(guó)科學(xué)院華南植物園牽頭，聯(lián)合了中山大學(xué)、中南林業(yè)科技大學(xué)、中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院、中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所、生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學(xué)研究所、廣東省科學(xué)院動(dòng)物研究所、廣東省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、韶關(guān)市林業(yè)科學(xué)研究所共10家單位共同開展。會(huì)議采用線上線下相結(jié)合的方式。參加會(huì)議的主要專家有中國(guó)21世紀(jì)議程管理中心委派的項(xiàng)目跟蹤專家中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所王克林研究員和浙江農(nóng)林大學(xué)秦華教授，實(shí)施方案論證專家組主要有劉世榮院士、歐陽(yáng)志云院士、李芳柏研究員、黨志教授、周順桂教授、朱東強(qiáng)教授、何孟常教授、趙曉麗研究員、張全發(fā)研究員和任海研究員。出席的各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)有中國(guó)21世紀(jì)議程管理中心生態(tài)環(huán)境處劉榮霞副處長(zhǎng)和項(xiàng)目主管邵奕銘、中國(guó)科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展研究局任小波處長(zhǎng)以及華南植物園閆俊華副主任。以上嘉賓以及項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、課題負(fù)責(zé)人、研究骨干成員、科研管理部門相關(guān)同志等40余人參加了項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)，啟動(dòng)會(huì)和實(shí)施方案論證會(huì)分別由閆俊華副主任和劉世榮院士主持。首先，閆俊華代表項(xiàng)目牽頭單位致辭，感謝各位領(lǐng)導(dǎo)、專家的長(zhǎng)期支持，表示華南植物園將為項(xiàng)目的實(shí)施提供各項(xiàng)工作保障，確保項(xiàng)目順利推進(jìn)。任小波和劉榮霞分別代表項(xiàng)目推薦單位和管理單位致辭。任小波對(duì)項(xiàng)目實(shí)施提出了指導(dǎo)意見，希望項(xiàng)目組立足南嶺現(xiàn)狀，在專家組的指導(dǎo)下，進(jìn)一步完善和落實(shí)實(shí)施方案，同時(shí)預(yù)祝項(xiàng)目圓滿完成各項(xiàng)任務(wù)。劉榮霞副處長(zhǎng)重點(diǎn)介紹了生態(tài)專項(xiàng)的新要求、新規(guī)定以及正面清單管理工作。在實(shí)施方案論證環(huán)節(jié)，項(xiàng)目首席魯顯楷和各課題負(fù)責(zé)人分別對(duì)項(xiàng)目和課題的研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、研究方案、技術(shù)路線、任務(wù)分解、進(jìn)度安排等方面進(jìn)行了詳細(xì)匯報(bào)。該項(xiàng)目圍繞南方丘陵山地帶生態(tài)安全屏障建設(shè)科技需求，針對(duì)南嶺山地生態(tài)系統(tǒng)功能降低、生物多樣性下降、生態(tài)安全保障能力不足等問題，開展南嶺山地生物多樣性時(shí)空變化規(guī)律、生態(tài)系統(tǒng)退化機(jī)制、生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能權(quán)衡等研究，研發(fā)受損天然林、退化農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)等生態(tài)系統(tǒng)功能與穩(wěn)定性提升技術(shù)，提出重要保護(hù)物種的棲息地恢復(fù)與重建技術(shù)，建立南嶺山地生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)和生態(tài)安全保障模式并開展應(yīng)用示范。專家組對(duì)項(xiàng)目和課題實(shí)施方案給予了充分肯定，并提出了具體意見與建議，尤其是圍繞標(biāo)志性成果開展工作，服務(wù)于鄉(xiāng)村振興和綠色發(fā)展等戰(zhàn)略。經(jīng)討論和質(zhì)詢，專家組一致同意通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施方案。最后，魯顯楷表示將按照項(xiàng)目專家組建議，完善和優(yōu)化項(xiàng)目與課題實(shí)施方案，加強(qiáng)項(xiàng)目的實(shí)施管理以及各課題間的配合與互動(dòng)，按時(shí)高質(zhì)量完成項(xiàng)目各項(xiàng)任務(wù)指標(biāo)。實(shí)施方案論證會(huì)現(xiàn)場(chǎng)與會(huì)人員合影

2025-03-03

南海海洋所?|?深海雙殼貝類殼基質(zhì)蛋白生物礦化功能的演化與環(huán)境適應(yīng)特性取得新進(jìn)展

近日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所海洋生物技術(shù)與遺傳學(xué)科組何毛賢團(tuán)隊(duì)在海馬冷泉深海貝類生物礦化機(jī)制研究中獲得新進(jìn)展。近日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所海洋生物技術(shù)與遺傳學(xué)科組何毛賢團(tuán)隊(duì)在海馬冷泉深海貝類生物礦化機(jī)制研究中獲得新進(jìn)展。相關(guān)成果"Proteomics of the shell matrix proteins and functional analysis of Am13 and AmKaSPI from the shell of Archivesica marissinica"（碩士研究生劉冬婷、林泳儀為共同第一作者，副研究員石禹為通訊作者）和"Proteomic and functional analysis of the shell matrix proteins and the multifunctional Gh26 regulates biomineralization in the Gigantidas haimaensis"(碩士研究生劉冬婷、李沛霖為共同第一作者，副研究員石禹為通訊作者)近日在International Journal of Biological Macromolecules上正式發(fā)表。處于海底極端環(huán)境的冷泉，深度超過(guò)550m，具有黑暗、低溫、低pH、高壓、富含錳、鐵、鋅、銅等重金屬、高濃度的甲烷和硫化氫等眾多不利于生物生存的環(huán)境特征，實(shí)則卻具有非常豐富的生物多樣性，軟體動(dòng)物門、節(jié)肢動(dòng)物門和環(huán)節(jié)動(dòng)物門大約構(gòu)成了冷泉區(qū)90%以上的生物種類，其中，有殼的大型底棲貝類的種類最多、分布最為廣泛。深海海馬偏頂蛤（Gigantidas haimaensis）和中國(guó)海伴溢蛤(Archivesica marissinica)是海馬冷泉活動(dòng)區(qū)的主要優(yōu)勢(shì)種之一。貝殼的形成是貝類生長(zhǎng)發(fā)育的重要組成部分，與生物礦化有關(guān)，而生物礦化中最受關(guān)注的問題之一，是少量的有機(jī)質(zhì)如何調(diào)控?zé)o機(jī)離子有序沉積到固相，有機(jī)質(zhì)中的殼基質(zhì)蛋白（Shell matrix protein，SMP）被認(rèn)為是調(diào)控這些結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵因素，因而研究SMP的特點(diǎn)、功能、調(diào)控作用對(duì)于了解貝殼生物礦化的原理有重要意義。以往SMPs的研究主要聚焦于淺海軟體動(dòng)物，對(duì)深海貝類的SMP認(rèn)知還非常有限。研究團(tuán)隊(duì)揭示，海馬大偏頂蛤的殼具有獨(dú)特的六層結(jié)構(gòu)，且珍珠層由整塊的文石構(gòu)成，這與淺海軟體動(dòng)物的結(jié)構(gòu)存在顯著差異（圖1）。利用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS/MS）技術(shù)分析海馬大偏頂蛤的貝殼，鑒定出231種SMPs。通過(guò)與13種淺海貝類的SMPs比對(duì)發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)保守的SMPs（SMP-1和Pif-like），暗示生物礦化功能的保守性。此外，研究還發(fā)現(xiàn)了一種特有的SMP命名為Gh26。體外結(jié)晶實(shí)驗(yàn)表明Gh26重組蛋白能同時(shí)與文石和方解石結(jié)合，抑制文石和方解石的結(jié)晶，起負(fù)調(diào)控作用。同時(shí)在文石結(jié)晶體系中高濃度的Gh26可以誘導(dǎo)方解石成核并抑制文石成核（圖2）。揭示了Gh26在調(diào)節(jié)晶體形態(tài)上的多功能性。圖1 深海海馬大偏頂蛤貝殼微觀結(jié)構(gòu)圖2 Gh26重組蛋白體外調(diào)控方解石、文石結(jié)晶形成中國(guó)海伴溢蛤的外殼由文石片或微顆粒聚成復(fù)雜的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，分半透明內(nèi)殼與非透明外殼，均多層疊合。內(nèi)殼層由文石針狀垂直交錯(cuò)結(jié)構(gòu)與粒狀均質(zhì)結(jié)構(gòu)組成，且均質(zhì)層中嵌有兩層薄肌棱柱層。橫截面顯“菊花”樣六角文石片堆疊，有黑洞和縫隙。外殼層為不同大小文石顆粒均質(zhì)結(jié)構(gòu)（圖3）。在本研究中，鑒定出266種SMPs，并通過(guò)和13種淺海貝類SMPs的比較發(fā)現(xiàn)了兩種核心的保守SMPs（AmSMP1和Pif-like），暗示了生物礦化功能的保守性。同時(shí)通過(guò)轉(zhuǎn)錄組和蛋白組序列比對(duì)，研究發(fā)現(xiàn)了一種特異性的SMP，命名為Am13，以及一種具有Kazal結(jié)構(gòu)域的高度表達(dá)的SMP，命名為AmKaSPI。通過(guò)體外結(jié)晶實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Am13負(fù)調(diào)控方解石形成，正向調(diào)控文石形成，同時(shí)在高濃度下抑制文石晶體大小生長(zhǎng)。AmKaSPI通過(guò)增強(qiáng)成核和聚集以及誘導(dǎo)CaCO3晶體的形態(tài)變化，積極調(diào)節(jié)方解石和文石的形成，同時(shí)能促進(jìn)方解石形態(tài)變化，形成十字星形結(jié)構(gòu)（圖4）。這可能是SMP形成“菊花”狀棱柱層的關(guān)鍵。圖3 中國(guó)海伴溢蛤貝殼微觀結(jié)構(gòu)圖4 AmKaSPI重組蛋白體外調(diào)控方解石、文石結(jié)晶形成本研究揭示了兩種深海貝類殼基質(zhì)蛋白的組成，發(fā)現(xiàn)了保守性的核心SMP，解析了特異性SMP的礦化調(diào)控機(jī)制，研究結(jié)果不僅有助于深入理解深海貝類的環(huán)境適應(yīng)機(jī)制，深化對(duì)極端環(huán)境生物適應(yīng)性的認(rèn)知，填補(bǔ)深海生物極端環(huán)境適應(yīng)的礦化理論空白，還為深海資源開發(fā)、海洋環(huán)境保護(hù)及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了理論支撐與技術(shù)儲(chǔ)備，具有顯著的科學(xué)與戰(zhàn)略價(jià)值。該研究得到了廣東省自然科學(xué)基金青年提升項(xiàng)目、廣東省基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大專項(xiàng)和廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目的聯(lián)合資助。相關(guān)論文信息：Dongting Liu#,Yongyi Lin#,Maoxian He,Yu Shi*,Proteomics of the shell matrix proteins and functional analysis of Am13 and AmKaSPI from the shell of Archivesica marissinica. International Journal of Biological Macromolecules,2025,288: 138767.Dongting Liu#,Peilin Li#,Maoxian He,Yu Shi*,Proteomic and functional analysis of the shell matrix proteins and the multifunctional Gh26 regulates biomineralization in the Gigantidas haimaensis. International Journal of Biological Macromolecules,2025,305: 140871.文章鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39675600/https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39952539/

2025-02-28

南海海洋所?|?研究發(fā)現(xiàn)非經(jīng)典內(nèi)在終止子促進(jìn)毒素-抗毒素系統(tǒng)介導(dǎo)的接合耐藥質(zhì)粒傳播

中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所王曉雪研究員團(tuán)隊(duì)在接合質(zhì)粒上的毒素-抗毒素系統(tǒng)（Toxin?Antitoxin，TA）促進(jìn)耐藥質(zhì)粒傳播機(jī)制研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以"A Noncanonical Intrinsic Terminator in the HicAB Toxin?Antitoxin Operon Promotes the Transmission of Conjugative Antibiotic Resistance Plasmids"為題，于2月27日在線發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research，最新影響因子16.7）。南海海洋所2021級(jí)直博生林兼仲，博士后尼松偉（已出站），博士后李百元（已出站），以及南海海洋所研究員郭云學(xué)，為論文共同第一作者，研究員王曉雪為論文通訊作者。中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所王曉雪研究員團(tuán)隊(duì)在接合質(zhì)粒上的毒素-抗毒素系統(tǒng)（Toxin?Antitoxin，TA）促進(jìn)耐藥質(zhì)粒傳播機(jī)制研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以"A Noncanonical Intrinsic Terminator in the HicAB Toxin?Antitoxin Operon Promotes the Transmission of Conjugative Antibiotic Resistance Plasmids"為題，于2月27日在線發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research，最新影響因子16.7）。南海海洋所2021級(jí)直博生林兼仲，博士后尼松偉（已出站），博士后李百元（已出站），以及南海海洋所研究員郭云學(xué)，為論文共同第一作者，研究員王曉雪為論文通訊作者。盡管多種策略被指定來(lái)限制抗生素濫用，但通過(guò)接合型質(zhì)粒傳播的抗生素耐藥基因的傳播仍然是一場(chǎng)全球公共衛(wèi)生領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。攜帶粘菌素耐藥基因mcr-1的IncI2類型質(zhì)粒在全球范圍內(nèi)廣泛傳播，即使在粘菌素被禁止作為飼料添加劑后仍在臨床中持續(xù)存在。這些質(zhì)粒通常攜帶多對(duì)TA系統(tǒng)，但TA系統(tǒng)的功能差異及其在抗生素限用后持續(xù)傳播的機(jī)制仍不明確。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)攜帶mcr-1耐藥基因的IncI2類型質(zhì)粒上兩大類TA系統(tǒng)進(jìn)行，研究發(fā)現(xiàn)HicAB（而非StbDE）系統(tǒng)是增強(qiáng)質(zhì)粒間水平競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵成癮模塊，闡明了HicAB通過(guò)重編程TA系統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄控制質(zhì)粒競(jìng)爭(zhēng)力的新策略。與傳統(tǒng)的II型TA系統(tǒng)不同，IncI2質(zhì)粒上的HicAB系統(tǒng)利用毒素基因位于抗毒素基因上游的布局，引入了非經(jīng)典內(nèi)在轉(zhuǎn)錄終止子，提高毒素蛋白與抗毒素蛋白的比例發(fā)揮“成癮效應(yīng)”。這種新編程的TA轉(zhuǎn)錄模式顯著增強(qiáng)了無(wú)抗生素選擇壓力下的質(zhì)粒競(jìng)爭(zhēng)力和質(zhì)粒存續(xù)能力。本研究闡明了TA操縱子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)機(jī)制對(duì)質(zhì)粒在微生物群落中獲得定殖優(yōu)勢(shì)的影響，為靶向控制耐藥基因傳播提供了關(guān)鍵理論依據(jù)。研究聚焦IncI2型接合質(zhì)粒這類重要耐藥基因載體，其作為多粘菌素和β-內(nèi)酰胺類耐藥基因快速傳播的核心媒介，在抗生素濫用背景下于環(huán)境中顯著富集。值得注意的是，這類質(zhì)粒展現(xiàn)出獨(dú)特的生態(tài)適應(yīng)性優(yōu)勢(shì)：其宿主適應(yīng)性代價(jià)較低，即便在抗生素使用受限的情況下仍能穩(wěn)定存續(xù)，最終演化為耐藥基因和毒力因子傳播的重要載體。研究表明通過(guò)靶向TA系統(tǒng)開發(fā)特異性抑制劑可有效消解這類"基因傳播工具"的生態(tài)適應(yīng)性優(yōu)勢(shì)，該發(fā)現(xiàn)為臨床及環(huán)境領(lǐng)域遏制耐藥基因傳播提供了重要的干預(yù)靶點(diǎn)，對(duì)完善耐藥性傳播防控策略具有顯著科學(xué)價(jià)值。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)、“海洋負(fù)排放”國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃、廣東省本土創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目和南海海洋所基礎(chǔ)前沿與創(chuàng)新發(fā)展 “一體化”項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。相關(guān)論文信息：https://academic.oup.com/nar/article/53/5/gkaf125/8044955?searchresult=1非經(jīng)典內(nèi)在終止子促進(jìn)毒素-抗毒素系統(tǒng)介導(dǎo)的接合耐藥質(zhì)粒傳播

2025-02-28

華南植物園揭示熱帶珊瑚島植物適應(yīng)機(jī)制與物種篩選關(guān)鍵性狀

熱帶珊瑚島廣泛分布于我國(guó)南海海域，其地理位置與生態(tài)環(huán)境獨(dú)特，具有重要的戰(zhàn)略意義和自然資源價(jià)值。然而，這些島礁常年面臨高溫、強(qiáng)光、季節(jié)性干旱和土壤貧瘠等惡劣環(huán)境條件，不僅導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)脆弱易退化，也對(duì)植物的生長(zhǎng)和存活構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，亟需開展植物的生態(tài)適應(yīng)性研究和恢復(fù)物種篩選工作。中國(guó)科學(xué)院華南植物園恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的研究人員，以56種熱帶海岸帶典型植物物種為研究對(duì)象，通過(guò)野外實(shí)地測(cè)定和對(duì)比分析，系統(tǒng)研究了熱帶人工苗圃與熱帶珊瑚島兩種生境下植物結(jié)構(gòu)與生理性狀的差異（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，與資源充足、生境良好的苗圃植物相比，熱帶珊瑚島植物采取了資源保守型策略，降低生長(zhǎng)并顯著增強(qiáng)了抗逆性，優(yōu)先分配有限的資源用于構(gòu)建堅(jiān)韌的葉片、提升抗氧化能力，以應(yīng)對(duì)惡劣的環(huán)境條件（圖2）。同時(shí)，葉片厚度、株高、柵欄組織及海綿組織厚度與島上物種存活率呈現(xiàn)顯著相關(guān)性，可作為篩選熱帶珊瑚島植被恢復(fù)物種的關(guān)鍵性狀指標(biāo)，并以此為基礎(chǔ)，推薦了海島生態(tài)恢復(fù)的適生物種名單。該研究為揭示熱帶珊瑚島植物在極端環(huán)境下的適應(yīng)機(jī)制及植被恢復(fù)物種篩選提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)，對(duì)熱帶珊瑚島進(jìn)一步構(gòu)建近自然植被和維持生態(tài)系統(tǒng)功能具有重要意義。相關(guān)研究成果以“Plant key functional traits in species adaptation and screening for vegetation restoration on coral islands”為題，發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Journal of Environmental Management（《環(huán)境管理雜志》）（IF =8.0）上。華南植物園碩士研究生謝雨辰為論文的第一作者，劉慧研究員為論文的通訊作者。上述研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金杰出青年項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)優(yōu)秀會(huì)員和華南植物園青年人才專項(xiàng)等的支持。論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2025.124545圖1. 基于植物功能性狀的熱帶珊瑚島植物適應(yīng)機(jī)制探討與恢復(fù)物種篩選圖2. 熱帶苗圃與熱帶珊瑚島物種基于25個(gè)植物功能性狀的主成分分析

2025-02-27

亞熱帶所?|?人工濕地在牛蛙養(yǎng)殖尾水處理中的微生物作用機(jī)制取得新進(jìn)展

水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在全球都得到了迅速發(fā)展，在滿足日益增長(zhǎng)的水產(chǎn)品需求的同時(shí)，也帶來(lái)了顯著的環(huán)境挑戰(zhàn)。水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水富含有機(jī)物、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，未經(jīng)有效處理直接排放會(huì)導(dǎo)致周圍水體富營(yíng)養(yǎng)化、生態(tài)失衡。因此，如何有效處理水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水已成為當(dāng)前亟待解決的課題。盡管已有許多研究探討了人工濕地的處理效果，但關(guān)于水生植物和微生物在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中綜合作用機(jī)制仍缺乏深入了解。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在全球都得到了迅速發(fā)展，在滿足日益增長(zhǎng)的水產(chǎn)品需求的同時(shí)，也帶來(lái)了顯著的環(huán)境挑戰(zhàn)。水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水富含有機(jī)物、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，未經(jīng)有效處理直接排放會(huì)導(dǎo)致周圍水體富營(yíng)養(yǎng)化、生態(tài)失衡。因此，如何有效處理水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水已成為當(dāng)前亟待解決的課題。盡管已有許多研究探討了人工濕地的處理效果，但關(guān)于水生植物和微生物在水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理中綜合作用機(jī)制仍缺乏深入了解。針對(duì)上述問題，謝永宏研究員團(tuán)隊(duì)研發(fā)了“四池兩壩”人工濕地（沉淀池、第一過(guò)濾壩、曝氣池、第二過(guò)濾壩、生物濾池、沉水植物穩(wěn)定池），并在益陽(yáng)市大通湖區(qū)牛蛙養(yǎng)殖基地構(gòu)建了示范基地。該研究重點(diǎn)探討了水生植物和附生生物膜在牛蛙養(yǎng)殖尾水處理中的作用機(jī)制。結(jié)果表明：（1）人工濕地系統(tǒng)對(duì)牛蛙養(yǎng)殖尾水總氮、總磷去除率均超過(guò)60%，且能夠有效去除一系列污染物，但效果存在季節(jié)性差異，表現(xiàn)為總氮去除具有較高的穩(wěn)定性，而在磷去除季節(jié)波動(dòng)明顯。（2）曝氣池顯著提高了溶氧濃度，為7月的除磷和11月的除氮效果提供了基礎(chǔ)。（3）在曝氣池、生物濾池中，附生細(xì)菌的α-多樣性顯著高于其他池，表明曝氣和生物濾池能夠?yàn)榧?xì)菌群落提供更好的棲息環(huán)境。（4）細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出顯著的季節(jié)性變化，如7月以厚壁菌門為主，而11月以硝化螺旋菌門和酸桿菌門為主。（5）與硫代謝、固氮和氧化磷酸化等相關(guān)的功能基因在曝氣池中表現(xiàn)出明顯的時(shí)間變化，說(shuō)明生長(zhǎng)期的變化及處理工藝的調(diào)整會(huì)直接影響生物膜內(nèi)功能基因的表達(dá)。可見，曝氣和水生植物（尤其是沉水植物）對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水的處理效果發(fā)揮了重要作用，水生植物和附生生物膜的綜合作用至關(guān)重要。在實(shí)際應(yīng)用中，加強(qiáng)水生植物管理和持續(xù)曝氣是“四池兩壩”人工濕地發(fā)揮作用的重要技術(shù)手段。上述結(jié)果以Performance of a Multi-Stage Surface Flow Constructed Wet-land for the Treatment of Aquaculture Wastewater and Changes in Epiphytic Biofilm Formation為題近期發(fā)表在Microorganisms上，研究得到湖南省創(chuàng)新生態(tài)建設(shè)計(jì)劃科技合作項(xiàng)目、湖南省科技創(chuàng)新平臺(tái)計(jì)劃項(xiàng)目資助。論文鏈接四池兩壩人工濕地凈化系統(tǒng)

2025-02-27

深圳先進(jìn)院?| 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的層級(jí)化行為定量分析框架（Cell Reports）

神經(jīng)行為學(xué)（Neuroethology）是一個(gè)結(jié)合了神經(jīng)科學(xué)與動(dòng)物行為學(xué)的交叉學(xué)科，主要研究神經(jīng)系統(tǒng)如何控制行為，以及行為如何反過(guò)來(lái)影響神經(jīng)系統(tǒng)的功能。其核心目標(biāo)在于理解神經(jīng)系統(tǒng)如何將生物刺激轉(zhuǎn)化為自然行為，自然行為由一系列動(dòng)作構(gòu)成，這些動(dòng)作根據(jù)特定規(guī)則以概率方式組合，使得兩性個(gè)體能夠在不同條件下輸出恰當(dāng)?shù)男袨椋瑥亩S持個(gè)體生存、促進(jìn)物種繁衍。有效分析和量化具有多尺度和復(fù)雜動(dòng)態(tài)特征的自然行為，對(duì)于理解兩性行為差異背后的生物學(xué)意義、解析驅(qū)動(dòng)這些行為產(chǎn)生的性別差異性神經(jīng)機(jī)制，進(jìn)而理解理解不同物種在進(jìn)化過(guò)程中行為的演變規(guī)律，具有重要的科學(xué)意義和潛在的應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)，行為組學(xué)理論的形成和發(fā)展旨在以層級(jí)化的思路解析行為的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。同時(shí)，機(jī)器學(xué)習(xí)算法在定量姿勢(shì)估計(jì)和行為分割方面的進(jìn)展，也推動(dòng)了將連續(xù)行為分解為可量化的動(dòng)作模塊的進(jìn)程。然而，缺乏通用的行為學(xué)分析框架，仍是將行為組學(xué)理論應(yīng)用于神經(jīng)行為學(xué)、應(yīng)激神經(jīng)生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、藥效學(xué)評(píng)價(jià)等領(lǐng)域進(jìn)行具體行為分析的重要障礙。神經(jīng)行為學(xué)（Neuroethology）是一個(gè)結(jié)合了神經(jīng)科學(xué)與動(dòng)物行為學(xué)的交叉學(xué)科，主要研究神經(jīng)系統(tǒng)如何控制行為，以及行為如何反過(guò)來(lái)影響神經(jīng)系統(tǒng)的功能。其核心目標(biāo)在于理解神經(jīng)系統(tǒng)如何將生物刺激轉(zhuǎn)化為自然行為，自然行為由一系列動(dòng)作構(gòu)成，這些動(dòng)作根據(jù)特定規(guī)則以概率方式組合，使得兩性個(gè)體能夠在不同條件下輸出恰當(dāng)?shù)男袨椋瑥亩S持個(gè)體生存、促進(jìn)物種繁衍。有效分析和量化具有多尺度和復(fù)雜動(dòng)態(tài)特征的自然行為，對(duì)于理解兩性行為差異背后的生物學(xué)意義、解析驅(qū)動(dòng)這些行為產(chǎn)生的性別差異性神經(jīng)機(jī)制，進(jìn)而理解不同物種在進(jìn)化過(guò)程中行為的演變規(guī)律，具有重要的科學(xué)意義和潛在的應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)，行為組學(xué)理論的形成和發(fā)展旨在以層級(jí)化的思路解析行為的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。同時(shí)，機(jī)器學(xué)習(xí)算法在定量姿勢(shì)估計(jì)和行為分割方面的進(jìn)展，也推動(dòng)了將連續(xù)行為分解為可量化的動(dòng)作模塊的進(jìn)程。然而，缺乏通用的行為學(xué)分析框架，仍是將行為組學(xué)理論應(yīng)用于神經(jīng)行為學(xué)、應(yīng)激神經(jīng)生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、藥效學(xué)評(píng)價(jià)等領(lǐng)域進(jìn)行具體行為分析的重要障礙。文章上線截圖2月1日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院（簡(jiǎn)稱“深圳先進(jìn)院”）腦認(rèn)知與腦疾病研究所（簡(jiǎn)稱“腦所”）、深港腦科學(xué)創(chuàng)新研究院王楓研究員團(tuán)隊(duì)與王立平研究員團(tuán)隊(duì)合作在Cell Reports在線發(fā)表題為“Hierarchical behavioral analysis framework as a platform for standardized quantitative identification of behaviors”的研究論文，利用應(yīng)激神經(jīng)生物學(xué)研究中廣泛使用的簡(jiǎn)單易行的自發(fā)行為范式，開發(fā)了層級(jí)化行為分析框架（Hierarchical Behavioral Analysis Framework,HBAF），提供了一個(gè)通用、標(biāo)準(zhǔn)、快速，以及分層定量的方式開展兩性神經(jīng)行為學(xué)研究的方法。圖1. HBAF工作流程圖自發(fā)行為是在無(wú)主觀意圖或外部刺激的情況下發(fā)生的行為，對(duì)維持健康和調(diào)節(jié)軀體至關(guān)重要。自發(fā)行為學(xué)實(shí)驗(yàn)由動(dòng)物本身而非實(shí)驗(yàn)者來(lái)主導(dǎo)，易操作的同時(shí)還能更準(zhǔn)確地反映動(dòng)物的內(nèi)部狀態(tài)。自發(fā)行為的變化可以反應(yīng)個(gè)體內(nèi)部狀態(tài)的偏差，這些偏差可能與潛在健康問題有關(guān)，如疼痛和毒素暴露、癲癇發(fā)作間期、中風(fēng)恢復(fù)和自閉癥以及急性應(yīng)激等。為了建立一個(gè)易于理解和解釋的行為分析框架，我們從自發(fā)行為的姿勢(shì)動(dòng)力學(xué)、動(dòng)作與動(dòng)作集的時(shí)空特征及其內(nèi)在組織邏輯層面系統(tǒng)刻畫了兩性小鼠自發(fā)行為的特征。研究結(jié)果表明，在不同情緒狀態(tài)、晝夜節(jié)律和光照條件下，兩性小鼠的自發(fā)行為表現(xiàn)出不同的特征。這些特征由不同內(nèi)外因素驅(qū)動(dòng)，最終形成了差異性的行為模式。其中，嗅探是不同條件下自發(fā)行為動(dòng)作轉(zhuǎn)換的樞紐節(jié)點(diǎn)，計(jì)算嗅探與梳理的比例能高通量的準(zhǔn)確區(qū)分自發(fā)行為狀態(tài)。HBAF為深入開展行為學(xué)研究提供了一個(gè)高效的平臺(tái)，通過(guò)提供全面的分層行為數(shù)據(jù)，在行為結(jié)構(gòu)理論知識(shí)與實(shí)際分析之間架起了一座橋梁，還將為生物學(xué)、藥理學(xué)、醫(yī)學(xué)以及相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域研究中的動(dòng)物行為實(shí)驗(yàn)分析和結(jié)果解讀提供全新的技術(shù)手段。圖2. 研究發(fā)現(xiàn)示意圖深圳先進(jìn)院腦所研究助理葉家霖（王楓團(tuán)隊(duì)）為該論文第一作者（目前已赴比利時(shí)魯汶大學(xué)攻讀神經(jīng)生物學(xué)博士學(xué)位），深圳先進(jìn)院腦所王楓研究員、王立平研究員為該論文的共同通訊作者，深圳先進(jìn)院為論文的第一單位。該研究得到了Helmut Kettenmann教授、趙偉教授、韓明虎教授、魯白教授、胡霽教授、任超然教授的寶貴建議，并得到了科技創(chuàng)新2030-“腦科學(xué)與類腦研究”青年科學(xué)家項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目及深圳市基礎(chǔ)研究重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。

2025-02-05

深圳先進(jìn)院 | 生物大分子凝聚物的合成與應(yīng)用研究進(jìn)展（Journal of Biological Chemistry）

近日，由中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所副研究員趙維和香港浸會(huì)大學(xué)曾祥澤教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，在Journal of Biological Chemistry發(fā)表綜述文章，題為《Recent Advances in the Synthesis and Application of Biomolecular Condensates》。該研究揭示了BMCs構(gòu)造的基本原則、調(diào)控方法（包括光控制、化學(xué)和酶控制、溫度控制及pH控制），以及BMCs在染色體結(jié)構(gòu)、神經(jīng)退行性疾病和生物制造等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用潛力。通過(guò)對(duì)BMCs構(gòu)造機(jī)制的深入分析，該研究為合成生物學(xué)的發(fā)展提供了新的視角，推動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步探索。生物大分子凝聚物（BMCs）在基因轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞分裂等重要生物過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，其異常形成與多種疾病的發(fā)生密切相關(guān)，臨床上迫切需要有效的診斷和治療手段。此外，目前對(duì)BMCs的構(gòu)造和調(diào)控機(jī)制的理解仍顯不足，亟待深入研究和探索。近日，由中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所副研究員趙維和香港浸會(huì)大學(xué)曾祥澤教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，在Journal of Biological Chemistry發(fā)表綜述文章，題為《Recent Advances in the Synthesis and Application of Biomolecular Condensates》。該研究揭示了BMCs構(gòu)造的基本原則、調(diào)控方法（包括光控制、化學(xué)和酶控制、溫度控制及pH控制），以及BMCs在染色體結(jié)構(gòu)、神經(jīng)退行性疾病和生物制造等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用潛力。通過(guò)對(duì)BMCs構(gòu)造機(jī)制的深入分析，該研究為合成生物學(xué)的發(fā)展提供了新的視角，推動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步探索。文章上線截圖生物大分子凝聚物（BMCs）是一類動(dòng)態(tài)有序的生物物理學(xué)系統(tǒng)，參與基因轉(zhuǎn)錄、染色體組織、細(xì)胞分裂、腫瘤發(fā)生和衰老等生物過(guò)程，受到多種內(nèi)外因素的精密調(diào)控。最近，利用合成生物學(xué)方法對(duì)BMCs進(jìn)行從頭合成，不僅為解析天然BMCs的構(gòu)造規(guī)律提供了機(jī)會(huì)，而且，這些合成的BMCs（SBMCs）通過(guò)相分離調(diào)控，巧妙地模擬了天然BMCs的自組裝和動(dòng)態(tài)過(guò)程，在染色體結(jié)構(gòu)、神經(jīng)退行性疾病、生物制造等研究領(lǐng)域中展現(xiàn)了巨大的潛力。文章從以下幾方面綜述了國(guó)內(nèi)外的最新研究進(jìn)展。一、BMCs構(gòu)造的基本原則：探討了相分離中的多價(jià)相互作用在驅(qū)動(dòng)蛋白相分離中的關(guān)鍵作用，如多價(jià)基序、多價(jià)交互作用以及序列特征等。這些特征使蛋白能夠形成動(dòng)態(tài)、可逆轉(zhuǎn)的BMCs，發(fā)揮細(xì)胞中重要的生理功能。圖1. 多價(jià)相互作用驅(qū)動(dòng)的相分離示意圖二、調(diào)控方法：介紹了光控制、化學(xué)和酶控制、溫度控制以及pH控制等多種方法用于實(shí)現(xiàn)SBMCs的精確調(diào)控。這些方法使研究人員能夠精準(zhǔn)地操作和調(diào)節(jié)BMCs的組裝和解聚過(guò)程。圖2. 光控相分離示意圖三、應(yīng)用領(lǐng)域：展示了SBMCs在染色體結(jié)構(gòu)研究、神經(jīng)退行性疾病分析、生物制造研究、人工細(xì)胞設(shè)計(jì)和藥物傳遞等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。這些應(yīng)用為深入了解生物學(xué)過(guò)程、疾病發(fā)生機(jī)制以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新提供了重要平臺(tái)。SBMCs在染色體結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用：染色體的組織對(duì)基因表達(dá)和穩(wěn)定性至關(guān)重要。Polycomb suppressicomplex 1（PRC1）是一種染色質(zhì)修飾復(fù)合物，參與維持染色質(zhì)的抑制狀態(tài)。Clifford Brangwynne團(tuán)隊(duì)通過(guò)Corelets系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種光激活的多組分PRC1凝聚物，闡明了PRC1在染色質(zhì)致密化中的機(jī)制。這項(xiàng)研究為染色體結(jié)構(gòu)研究提供了理想的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。SBMCs在神經(jīng)退行性疾病分析中的應(yīng)用：研究顯示，神經(jīng)退行性疾病（如肌萎縮側(cè)索硬化癥）的病理表現(xiàn)多以TDP-43蛋白病變積累為特征，為了了解TDP-43積聚的機(jī)制，Christopher Donnelly使用optoDroplets系統(tǒng)精確控制TDP-43凝聚體的形成，揭示了其在病理特征中的重要機(jī)制。SBMCs在生物制造中的應(yīng)用：在生物催化系統(tǒng)中，BMCs可以精確控制反應(yīng)環(huán)境。Jiang Xia團(tuán)隊(duì)開發(fā)的多酶SBMC促進(jìn)了天然化合物α-法尼烯的合成，提升了反應(yīng)效率和產(chǎn)物純度。此外，Xiaoxia Xia團(tuán)隊(duì)利用蜘蛛絲蛋白合成了1,3-二氨基丙烷，展示了SBMC在生物制造中的潛力。這些研究表明SBMCs在生物科學(xué)和工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景。圖3. SBMCs在生物技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)和生物制造中的應(yīng)用這些最新研究成果為我們揭示了生物大分子凝聚體的奧秘，為合成生物學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的視角和方法。這些創(chuàng)新將進(jìn)一步推動(dòng)生命科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，為未來(lái)的科學(xué)研究和醫(yī)學(xué)應(yīng)用帶來(lái)更多可能性。中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所副研究員趙維為本文的通訊作者，香港浸會(huì)大學(xué)曾祥澤教授為本文的共同通訊作者，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院團(tuán)隊(duì)學(xué)生李忠悅為文章的第一作者。本工作獲得了國(guó)家科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金等多個(gè)項(xiàng)目以及深圳合成生物學(xué)創(chuàng)新研究院的支持。

2025-02-08

南海海洋所?|?發(fā)文揭示全球變暖加速海洋內(nèi)潮(Science Advances)

2月19日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LTO）蔡樹群研究員團(tuán)隊(duì)與王春在研究員團(tuán)隊(duì)合作，在Science子刊Science Advances上在線發(fā)表了題為“Accelerated Internal Tides in a Warming Climate”的研究論文。該研究突破了觀測(cè)數(shù)據(jù)有限的瓶頸，首次揭示了全球變暖將顯著加速內(nèi)潮的傳播速度,并發(fā)現(xiàn)層結(jié)的強(qiáng)化效應(yīng)與上層環(huán)流的加速趨勢(shì)起著至關(guān)重要的作用。LTO副研究員龔延昆為論文第一作者，研究員蔡樹群、研究員王春在為共同通訊作者，研究員陳植武、副研究員許潔馨、副研究員姚玉龍為論文共同作者。內(nèi)潮作為深海到淺海能量傳遞的重要機(jī)制，能夠跨越數(shù)千公里并最終在大陸邊緣和沿海區(qū)域釋放能量。內(nèi)潮的破碎和隨之產(chǎn)生的湍流混合推動(dòng)了水體的垂直輸運(yùn)，對(duì)全球海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)流起到了關(guān)鍵作用。然而，以往的研究多集中于區(qū)域尺度，時(shí)間跨度較短，未能揭示全球范圍內(nèi)的長(zhǎng)期變化規(guī)律。隨著氣候變暖的加劇，前人研究表明，上層海洋環(huán)流會(huì)顯著加速，這一現(xiàn)象可能對(duì)海洋內(nèi)波動(dòng)力過(guò)程產(chǎn)生影響。基于這一背景，研究團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)關(guān)鍵猜想：全球變暖是否會(huì)引發(fā)內(nèi)潮的類似響應(yīng)？由于內(nèi)潮的觀測(cè)數(shù)據(jù)有限，為解決這一科學(xué)問題，研究團(tuán)隊(duì)利用第六次國(guó)際耦合模式比較計(jì)劃（CMIP6）模式數(shù)據(jù)，結(jié)合全球高分辨率內(nèi)潮經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停℉RET），評(píng)估了1901年至2100年間全球第一模態(tài)內(nèi)潮傳播速度的演變趨勢(shì)（圖1）。結(jié)果表明，全球平均內(nèi)潮傳播速度在此期間增加了約10%（約20厘米/秒），并在西北太平洋、北太平洋中部、南太平洋、西南印度洋、東南印度洋與北大西洋等內(nèi)潮活躍海域均呈現(xiàn)出顯著的加速趨勢(shì)（圖2）。與此同時(shí)，在全球變暖背景下，內(nèi)潮加速趨勢(shì)由歷史階段（1901年至2014年）的每十年增加0.4厘米/秒，增長(zhǎng)至未來(lái)情景（2015年至2100年）的每十年增加2.0厘米/秒。進(jìn)一步的，通過(guò)對(duì)比全球內(nèi)潮傳播速度與各海洋要素間的相關(guān)性（圖3），證實(shí)了內(nèi)潮加速趨勢(shì)主要?dú)w因于全球變暖引發(fā)的上層海洋層結(jié)增強(qiáng)，而上層環(huán)流的加速趨勢(shì)對(duì)其影響次之。本研究首次揭示了全球內(nèi)潮傳播速度的長(zhǎng)期加速趨勢(shì)，厘清了全球變暖對(duì)海洋內(nèi)波動(dòng)力過(guò)程的深遠(yuǎn)影響，為評(píng)估氣候變化、內(nèi)波湍流混合對(duì)海洋環(huán)流的影響等提供了新視角，對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)具有重要的參考意義。該研究由國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院項(xiàng)目等共同資助完成。?論文信息：Gong,Y.,Chen,Z.,Xu,J.,Yao,Y.,Wang,C.*& Cai,S.* (2025). Accelerated Internal Tides in a Warming Climate. Science Advances,11,eadq4577.文章鏈接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adq4577圖1? 第一模態(tài)M2內(nèi)潮的全球分布特征及其在全球變暖背景下的加速趨勢(shì)。（A）第一模態(tài)M2內(nèi)潮引起的海面高度變化。（B）1901年至2100年間，第一模態(tài)內(nèi)潮傳播速度的時(shí)間平均值。（C）1901年至2100年間，全球平均內(nèi)潮速度的變化趨勢(shì)。圖2? 全球不同海域內(nèi)潮從過(guò)去到未來(lái)的加速趨勢(shì)對(duì)比。（A-B）1901-2014年與2015-2100年內(nèi)潮傳播速度的變化趨勢(shì)。（C-H）西北太平洋、北太平洋中部、南太平洋、西南印度洋、東南印度洋與北大西洋等內(nèi)潮高發(fā)海域內(nèi)潮傳播速度的加速趨勢(shì)。圖3?層結(jié)與環(huán)流對(duì)內(nèi)潮加速趨勢(shì)的影響。(A) 1901年至2100年間全球平均最大浮性頻率的變化趨勢(shì)。 (B) 1901年（藍(lán)色）至2100年（紅色）全球平均內(nèi)潮傳播速度與最大浮性頻率之間的相關(guān)關(guān)系。(C)內(nèi)潮傳播速度與最大浮性頻率相關(guān)系數(shù)的全球分布特征。(D-F) 與 (A-C) 類似，但針對(duì)密度躍層深度。(G-I) 與 (A-C) 類似，但針對(duì)背景環(huán)流動(dòng)能。

2025-02-20