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近期，由中國科學院南海海洋研究所牽頭主導編制的團體標準《紅樹林精準生態(tài)修復與成效評估技術規(guī)程》（T/CI 874–2025）由中國國際科技促進會標準化工作委員會批準發(fā)布、實施，并已在全國團體標準信息平臺發(fā)布（https://www.ttbz.org.cn）；該標準為我國首個紅樹林精準生態(tài)修復與成效評估技術標準，有望解決目前紅樹林精準生態(tài)修復與成效評估無技術規(guī)程可依的局面，進一步促進我國紅樹林保護和發(fā)展。紅樹林生態(tài)系統(tǒng)處于海陸動態(tài)交界面、周期性遭到海水浸淹的潮間帶環(huán)境，作為獨特的海陸邊緣生態(tài)系統(tǒng)，具有很高的生態(tài)、社會和經(jīng)濟價值，尤其在發(fā)展近海漁業(yè)、凈化環(huán)境、固碳增匯等方面。由于全球氣候變化和人類活動雙重影響，如海平面上升、溫度異常和污染加劇等導致區(qū)域環(huán)境異常變化。2024年全球紅樹林聯(lián)盟（Global Mangrove Alliance）發(fā)布了《2024全球紅樹林狀況（The State of the Word’s Mangroves 2024）》報告，目前年全球約有1470萬公頃的紅樹林，與2005年聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO：The Word’s Mangroves 1980-2005）報告全球紅樹林有1700萬公頃相比，全球紅樹林面積凈減少230萬公頃，全球50%的紅樹林面臨崩潰的風險。因此，如何加快恢復受損紅樹林生態(tài)系統(tǒng)已成為國際海洋科學亟需解決問題之一，為了扭轉(zhuǎn)紅樹林退化和消失現(xiàn)狀，紅樹林的生態(tài)修復與保護已經(jīng)成為了國際海洋科學研究領域中的熱點內(nèi)容之一。目前，我國現(xiàn)有2.71萬公頃紅樹林，為更好地保護紅樹林，2020年中國政府發(fā)布了《紅樹林保護修復專項行動計劃（2020-2025年）》，預計到2025年中國紅樹林面積將達到3.6萬公頃，助力國家“雙碳”戰(zhàn)略實施。迄今為止，國內(nèi)外都沒有紅樹林精準生態(tài)修復與成效評估規(guī)程，為了規(guī)范不同生境紅樹林生態(tài)修復與成效評估技術應用，迫切需要制定紅樹林精準生態(tài)修復與成效評估技術規(guī)程，進一步指導紅樹林精準生態(tài)修復與成效評估生產(chǎn)實踐，促進我國乃至南亞、東南亞紅樹林生態(tài)保護和生物資源可持續(xù)發(fā)展，助力國家海洋生態(tài)文明建設，支撐國家“一帶一路”倡議。《紅樹林精準生態(tài)修復與成效評估技術規(guī)程》中確立了紅樹林精準生態(tài)修復的原則和修復技術流程，包括不同生境（抗高溫、耐低溫、抗污染、抗沖淤和耐鹽）紅樹植物物種選擇、篩選與配置以及微生物修復群落配置等，給出了紅樹林精準生態(tài)修復的成效評估方法。該標準所提出的技術規(guī)程力求符合實際、便于操作，并符合國家有關法律法規(guī)的要求。確保了紅樹林精準生態(tài)修復與成效評估工作有標可依，填補了國家該領域標準的空白，為海洋生態(tài)文明建設提供技術支撐，促進紅樹林精準生態(tài)修復和成效評估工作發(fā)展，提升紅樹林的生態(tài)健康水平和功能服務效果。該規(guī)程適用于不同生境紅樹林精準生態(tài)修復與成效評估。團體標準編制的主要工作由中國科學院南海海洋研究所王友紹紅樹林研究團隊完成，廣東湛江紅樹林國家級自然保護區(qū)管理局、廣東雷州珍稀海洋生物國家級自然保護區(qū)管理局、廣東徐聞珊瑚礁國家級自然保護區(qū)管理局和溫州市洞頭區(qū)海洋經(jīng)濟科技創(chuàng)新中心為該標準的參與編制單位。該標準的編制得到2024年綠美廣東生態(tài)建設重點任務保障專項資金項目、2021年南沙區(qū)高端領軍人才創(chuàng)新團項目、中國科學院A類戰(zhàn)略性先導科技專項（美麗中國生態(tài)工程）和國家自然科學基金重點項目等項目的資助和技術支持。廣東湛江紅樹林耐鹽、抗污染生態(tài)修復技術示范區(qū)浙江溫州紅樹林耐低溫、抗污染生態(tài)修復技術示范區(qū)廣東湛江紅樹林抗沖淤（抗風浪）生態(tài)修復技術示范區(qū)

2025-02-19

南海海洋所在南海晚新生代巖漿與流體活動成因機制研究取得重要進展

近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境與島礁生態(tài)全國重點實驗室夏少紅研究員團隊聯(lián)合日本東北大學，在南海晚新生代巖漿與流體活動成因機制研究方面取得了重要進展，相關研究成果發(fā)表于Science Bulletin《科學通報》期刊上。研究員夏少紅為論文第一和通訊作者，副研究員茍濤為共同通訊作者，副研究員趙芳、副研究員范朝焰以及日本東北大學教授趙大鵬為共同作者。南海作為西太平洋最大的邊緣海，其形成和演化一直是地質(zhì)學界的熱點問題。南海被認為是在中生代古太平洋板塊俯沖的基礎上，經(jīng)過新生代巖石圈張裂和海底擴張而形成的。然而，南海在裂后期，尤其是海底擴張停止后，經(jīng)歷了廣泛而強烈的晚新生代巖漿活動，這一現(xiàn)象在全球張裂陸緣中極為罕見，其成因機制一直存在爭議。許多研究將南海晚新生代巖漿活動歸因于海南及鄰區(qū)下方的地幔柱作用。然而，由于缺乏典型地幔柱的大火成巖省和年齡遞變的海山鏈，且深部成像未呈現(xiàn)出經(jīng)典地幔柱的幾何特征，海南地幔柱的存在及其對巖漿活動的影響一直存在爭議。為解決這一問題，研究團隊運用遠震各向異性層析成像、深度學習生成的三維地殼模型以及多道地震反射數(shù)據(jù)，從深到淺系統(tǒng)研究了南海北部陸緣不同尺度的殼幔三維結構，精細刻畫了海南地幔柱復雜的上升路徑和上涌過程，并探討了深部地幔過程與上覆地殼之間的潛在耦合關系。研究發(fā)現(xiàn)，海南地幔柱上涌物質(zhì)在兩個深度范圍內(nèi)發(fā)生了橫向擴展：一是在地幔過渡帶，由于相變和溫度降低，地幔柱上涌物質(zhì)的熱化學狀態(tài)發(fā)生變化，受到一定阻礙而發(fā)生橫向擴展，但徑向各向異性主要為負值，表明物質(zhì)整體仍為向上的流動方向；二是在巖石圈尺度，雷瓊地區(qū)各向異性表現(xiàn)為負值，表明地幔柱物質(zhì)主要為垂向上涌，導致該地區(qū)火山噴發(fā)活動；而遠離雷瓊地區(qū)各向異性表現(xiàn)為正值，表明地幔柱物質(zhì)主要沿北東-南西方向發(fā)生橫向擴展。此外，海南地幔柱引發(fā)的巖漿活動與經(jīng)典的夏威夷地幔柱存在顯著不同。其巖漿侵入體的特征不再是大火成巖省和年齡遞變的海山鏈，而是隨著上覆地殼伸展減薄程度和沉積地層厚度的不同呈現(xiàn)出獨特的特征。在地殼較厚的地區(qū)，地幔柱物質(zhì)傾向于在下地殼中底侵，形成高速體；而在地殼顯著減薄且沉積層較厚的區(qū)域，巖漿更易穿透地殼，導致巖床、巖脈等侵入體在沉積地層中廣泛發(fā)育，并誘發(fā)海底流體噴發(fā)活動。研究還發(fā)現(xiàn)，海南地幔柱的形態(tài)和巖漿活動模式與南海的區(qū)域構造環(huán)境密切相關。南海在張裂之前的晚中生代時期，經(jīng)歷了古太平洋板塊的復雜俯沖過程，目前仍被俯沖帶所環(huán)繞。研究表明，南海深部地幔過渡帶和下地幔中存在顯著的俯沖物質(zhì)痕跡，大量地殼物質(zhì)和流體通過俯沖進入地球深部，榴輝巖等物質(zhì)被卷入上升的地幔柱中。因此，海南地幔柱表現(xiàn)出熱化學地幔柱的幾何形態(tài)特征，榴輝巖等折返物質(zhì)的加入削弱了上涌的正浮力，使得大部分巖漿物質(zhì)在巖石圈層面發(fā)生橫向流動，經(jīng)局部聚集侵入到地殼和沉積層中，形成了現(xiàn)今南海晚新生代巖漿活動的分布態(tài)勢。該研究不僅揭示了海南地幔柱在塑造南海張裂陸緣殼幔和地表地質(zhì)過程中的重要作用，還為理解巖漿和海底流體活動的分布提供了新的視角。這一發(fā)現(xiàn)對于南海地區(qū)海底資源的勘探和地質(zhì)災害的評估具有重要意義，同時也為地幔柱活動和巖漿流體系統(tǒng)演化提供了獨特的見解，有助于更好地理解地球深部過程與淺表地質(zhì)響應的耦合關系。相關研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金項目、中國科學院南海海洋研究所自主部署項目、以及廣東省基礎研究與應用基礎研究項目等支持。圖1南海北部（a）多道地震反射數(shù)據(jù)、（b）深度學習生成的三維地殼模型、以及(c)遠震各向異性層析成像地幔模型的垂直剖面。（b）、（c）中背景顏色分別代表P波速度（Vp）和擾動值（dVp）。（d）中黑色線段指示了剖面位置。（c）中水平和豎直短線分別表示P波徑向各向異性正值(水平Vp>垂直Vp)和負值(水平Vp<垂直Vp)，短線長度表示幅值。(d)中粉色區(qū)域指示了晚新生代玄武巖分布。圖2 遠震各向異性層析成像模型的三維視圖。圖3南海北部的多道地震反射剖面。（a-d）對應圖1d中的A-D剖面。該圖顯示了海底火山、巖床、熔巖流和熱液噴口的分布，注意到在火成巖侵入體上方出現(xiàn)了氣體聚集、煙囪狀區(qū)和沉積物變形。T60（紅色曲線）對應于下中新統(tǒng)地層的底部。論文信息：Shaohong Xia*,Tao Gou*,Fang Zhao,Dapeng Zhao,Chaoyan Fan. Late Cenozoic magmatism of the South China Sea driven by the Hainan mantle plume. Science Bulletin,2024.?論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.12.010

2025-02-18

亞熱帶所在處理養(yǎng)殖廢水過程中植物根際微生物的響應機制取得進展

植物是人工濕地系統(tǒng)的重要組成部分之一，其根際是植物與微生物相互作用的主要區(qū)域。大約5%-21%的總光合固定碳以根系分泌物的形式轉(zhuǎn)移到根際，根系分泌物可以改變根際微生物的豐度和多樣性，進而影響人工濕地中氮的去除效率。然而，處理高負荷污水過程中植物根系分泌物的變化特征及根際微生物群落的響應機制仍不清楚。因此，中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所吳金水研究員團隊通過野外小區(qū)控制試驗，選擇了美人蕉、梭魚草和黃菖蒲三種濕地植物對養(yǎng)殖廢水進行處理。研究旨在揭示處理高負荷污水過程中濕地植物根際微生物群落的響應特征及氮去除機制。植物是人工濕地系統(tǒng)的重要組成部分之一，其根際是植物與微生物相互作用的主要區(qū)域。大約5%-21%的總光合固定碳以根系分泌物的形式轉(zhuǎn)移到根際，根系分泌物可以改變根際微生物的豐度和多樣性，進而影響人工濕地中氮的去除效率。然而，處理高負荷污水過程中植物根系分泌物的變化特征及根際微生物群落的響應機制仍不清楚。因此，中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所吳金水研究員團隊通過野外小區(qū)控制試驗，選擇了美人蕉、梭魚草和黃菖蒲三種濕地植物對養(yǎng)殖廢水進行處理。研究旨在揭示處理高負荷污水過程中濕地植物根際微生物群落的響應特征及氮去除機制。研究發(fā)現(xiàn)：相比于美人蕉，梭魚草和黃菖蒲更適合處理含高濃度氮的養(yǎng)殖廢水。梭魚草和黃菖蒲根系分泌的溶解性有機碳（DOC）和總有機酸（TOA）在處理養(yǎng)殖廢水后分泌速率增加，而美人蕉則呈現(xiàn)相反趨勢。不同濕地植物根際微生物群落具有相同的優(yōu)勢門，但其相對豐度上存在差異。在處理養(yǎng)殖廢水后微生物群落具有更加明顯的協(xié)同和共生關系。養(yǎng)殖廢水中的NH4+-N、TN濃度、pH、溶解氧（DO）含量以及根系分泌的丙二酸和琥珀酸可促進根際低豐度的氮循環(huán)功能微生物生長，進而增強微生物對氮素的降解能力，從而提高了人工濕地中氮的去除效率。本研究結果有助于進一步理解高負荷污水處理過程中植物根際氮的去除機理，也對人工濕地系統(tǒng)處理高負荷污水的功能提升技術具有重要理論價值。相關研究成果以Effect of root exudation on community structure of rhizosphere microorganism of three macrophytes during treating swine wastewater為題發(fā)表在環(huán)境科學與生態(tài)學Top期刊Journal of Environmental Management上。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目和國家自然科學基金項目的共同資助。論文鏈接人工濕地植物根際脫氮機制示意圖環(huán)境因子及根系分泌物對根際微生物群落的組成和氮循環(huán)功能的影響

2025-02-17

廣州地化所童夢雪、張艷利等-JGR-A & EP：登船和環(huán)境空氣實測探討船舶排放活性有機氣體及其空氣質(zhì)量影響

隨著陸源空氣污染物排放控制力度不斷加大，船舶排放對港口和沿海地區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量影響日益凸顯。前期對船舶排放的氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）、顆粒物等污染物研究相對較多，但船舶排放的揮發(fā)性有機化合物（VOCs）、中等揮發(fā)性有機化合物（IVOCs）等活性有機氣體研究相對較少，特別是其基于實測的貢獻影響研究非常缺乏。針對這一問題，中國科學院廣州地球化學研究所童夢雪博士生在王新明研究員和張艷利研究員的指導下，與南方科技大學、廣東省廣州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站、廣州市生態(tài)環(huán)境局南沙監(jiān)測站、廣東省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心、暨南大學等合作，選擇代表性內(nèi)河船只在航行過程中進行實測（圖1），獲得船舶尾氣VOCs和IVOCs排放源譜；基于典型沿海站點和城市站點環(huán)境大氣VOCs和IVOCs觀測，探討了實際環(huán)境空氣中船舶排放對臭氧和二次有機氣溶膠（SOA）生成的潛在貢獻。取得的主要研究進展如下：（1）?內(nèi)河船舶VOCs及IVOCs的排放因子均高于海船，其中內(nèi)河船舶IVOCs平均排放因子達3.7 ± 3.5 g kg-1?fuel，高于已報道的其它IVOCs相關源（海船、汽油車、柴油車、非道路移動機械和生物質(zhì)燃燒等）（圖2）。（2）?烷烴組成方面，有別于其它IVOCs排放源所排放C12-C22 正構烷烴中C12正構烷烴占主導的情況，內(nèi)河船尾氣中C12-C15正構烷烴排放因子大致相當，以C14正構烷烴相對較高，這一特征可有助于識別內(nèi)河船舶排放IVOCs。（圖3）。（3）?廣州沿海站點觀測表明船舶排放對環(huán)境VOCs濃度及其臭氧生成潛勢（OFPs）和二次有機氣溶膠生成潛勢（SOAFPs）的年均貢獻分別為6%、5%和14%，但7月受海洋傳輸影響較大時，船舶排放的貢獻達到最高，分別占到總VOCs濃度的22%、OFPs的15%和SOAFPs的31%（圖4）。（4）?2021年冬季PM2.5污染時期對廣州市城區(qū)和沿海站點的觀測表明，盡管船舶排放對環(huán)境空氣中總有機蒸氣（包括VOCs和一次碳氫IVOCs）濃度貢獻不到10%，但它們對SOA生成的貢獻可高達40%（圖5）。上述研究結果表明，船舶排放VOCs和IVOCs已成為沿海地區(qū)O3和SOA生成的重要前體物，控制船舶源排放有助于港口城市和沿海地區(qū)O3和PM2.5污染協(xié)同控制與空氣質(zhì)量持續(xù)改善。圖1 采樣船舶圖2 實測船舶VOCs和IVOCs排放因子及其與他源的比較圖3?船舶及排放C12-C22正構烷烴組成及其與其它源比較圖4 不同污染源排放對VOCs濃度（a）、OFPs（c）以及SOAFPs（e）的貢獻的月變化；船舶與陸上柴油機排放源排放對VOCs濃度（b）、OFPs（d）以及SOAFPs（f）貢獻的月變化。圖5 城區(qū)站點（GYQ）和沿海站點（HKUST）不同污染源排放對有機蒸氣（VOCs + IVOCs）在8:00-19:00（a，b）、12:00-15:00（c，d）的初始排放貢獻及其在12:00-15:00對SOAFPs的貢獻（e，f）。?本研究受到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、香港RGC項目、中國科學院青年創(chuàng)新促進會、廣東省科技廳等項目的聯(lián)合資助。相關成果發(fā)表在國際學術期刊《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》和《Environmental Pollution》上。?相關論文信息：(1) Mengxue Tong（童夢雪）,Yanli Zhang*（張艷利）,Huiyi Zhang（張惠儀）,?Duohong Chen（陳多宏）,Chenglei Pei（裴成磊）,Hao Guo（郭昊）,Wei Song（宋偉）,Xin Yang（楊新）,?and Xinming Wang（王新明）. (2024),?Contribution of ship emission to volatile organic compounds based on one-year monitoring at a coastal site in the Pearl River Delta region. Journal of Geophysical Research: Atmospheres,129,e2023JD039999.?https://doi.org/10.1029/2023JD039999(2) Mengxue Tong（童夢雪）,Yanli Zhang*（張艷利）,?Shaoxuan Xiao（肖少軒）,Chenglei Pei（裴成磊）,Jun Wang（王俊）,Runqi Zhang（張潤琪）,Xiaoqing Huang（黃曉晴）,Wei Song（宋偉） and Xinming Wang（王新明）*.?(2024),Simultaneous determination of volatile organic compounds (VOCs) and intermediate volatility organic compounds (IVOCs) for their contributions to secondary organic aerosol in Guangzhou,Journal of Geophysical Research: Atmospheres,129,e2024JD041018.?https://doi.org/10.1029/2024JD041018(3) Mengxue Tong（童夢雪）,Yanli Zhang*（張艷利）,?Mei?Li（李梅）,Qi Wang（王琪）,Xiao Tian（田曉）,Dan Zhang（張丹）,Aoqi Ge（葛澳琪）,Wei Song（宋偉）,Xin Xiong（熊鑫）,Yinong You（游亦農(nóng)）,Yongjang Xu（徐永江）,Yihua Huang（黃奕華）,Xin Yang（楊新） and Xinming Wang（王新明）.(2024) Onboard measurements of organic vapor emissions from river vessels under various operational conditions,Environmental Pollution,364,125332.?https://doi.org/10.1016/j.envpol.2024.125332

2025-02-17

南海海洋所|季風對南海浮游生物群落影響研究取得重要進展

中國科學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（LMB）浮游生物生態(tài)學研究團隊在季風對南海浮游生物生態(tài)學影響研究領域取得重要進展，從浮游植物和浮游動物兩個方面量化闡明了浮游生物群落對季風變化的響應規(guī)律。相關研究成果分別以“Monsoon‐Driven Phytoplankton Community Succession in the Southern South China Sea”和“Effects of Monsoon‐Driven Currents on Copepods in the Northeastern South China Sea”為題，近日發(fā)表于地學領域研究權威期刊Journal of Geophysical Research: Oceans。中國科學院南海海洋研究所2022級博士研究生郭笳和柳原各自為兩篇文章的第一作者。季風是南海環(huán)流的主要驅(qū)動力之一，全球變暖導致大部分海域的海洋環(huán)流加快，海洋環(huán)流的輸運改變了浮游生物的種類組成、分布、生物量和轉(zhuǎn)換效率，從而導致浮游生物群落重組和影響海洋生態(tài)系統(tǒng)的服務功能。浮游生物作為海洋生態(tài)系統(tǒng)的基石，在海洋生物地球化學循環(huán)和能量傳遞中利用中發(fā)揮著重要作用。因其個體小、代謝快，隨波逐流地生活，浮游生物的群落結構可對海洋動力環(huán)境變化快速做出響應。南海地處東亞季風區(qū)，是研究浮游生物對季風以及全球氣候變化效應的理想?yún)^(qū)域。然而，目前關于南海浮游生物的研究多集中于特定季風時期，且主要依賴遙感和色素數(shù)據(jù)，對其群落演替和響應機制的深入探討相對不足。研究以浮游生物群落對象，發(fā)現(xiàn)不同季風時期浮游生物群落存在顯著差異，浮游生物群落網(wǎng)絡穩(wěn)定性在東北季風期高于西南季風期；季風轉(zhuǎn)換期較高的環(huán)境異質(zhì)性導致浮游植物群落表現(xiàn)出較高的多樣性，固氮藍藻束毛藻（Trichodesmium）在反氣旋渦邊緣維持高豐度；錐型寬水蚤（Temora turbinata）、黃角光水蚤（Lucicutia flavicornis）和中華哲水蚤（Calanus sinicus）可作為南海東北部沿岸上升流、夏季黑潮入侵和冬季中國沿岸的有效指示物種。研究結果明確了不同季風時期浮游生物的空間分布特征及其關鍵調(diào)控因子，診斷出群落演替的優(yōu)勢種，并量化了關鍵種其對海流變化的指示作用，從而揭示浮游生物群落對季風驅(qū)動的海洋動力過程的響應機制。該研究為在氣候變化下背景下理解海洋浮游生物分布格局及其對全球氣候變化的適應提供了重要依據(jù)，為監(jiān)測海洋生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的適應能力提供新策略。本研究得到該研究由國家自然科學基金項目、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（A類）A類和國家自然科學基金委共享航次計劃等共同資助完成。論文信息：Guo,J.,Liu,J.*,Jing,Z.,Zhou,L.,Ke,Z.,Long,A.,Wang,J.,Ding,X,Tan,Y.*. (2025). Monsoon‐driven phytoplankton community succession in the southern south China sea. Journal of Geophysical Research: Oceans,130,e2024JC021698.Liu,Y.,Ren,Y.,Li,K.*,Tan,Y.,Liu,H.,Ke,Z.,Liu,J.,Li,G.,? Liang,J. (2025). Effects of Monsoon‐Driven Currents on Copepods in the Northeastern South China Sea. Journal of Geophysical Research: Oceans,130(1),e2024JC021944.文章鏈接：https://doi.org/10.1029/2024JC021698??????????https://doi.org/10.1029/2024JC021944圖1 研究海域及調(diào)查站位圖2 不同季風時期浮游植物對海洋環(huán)境變化的響應模式圖3 浮游動物對不同季風驅(qū)動海流變化的響應模式

2025-02-17

廣州健康院合作開發(fā)面向大規(guī)模異質(zhì)性空間轉(zhuǎn)錄組學切片的表征與空間特征解析方法PASSAGE

2025年2月5日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院與北京大學生物醫(yī)學前沿創(chuàng)新中心（BIOPIC）/昌平實驗室合作在Small Methods期刊上發(fā)表題為Learning Phenotype Associated Signature in Spatial Transcriptomics withPASSAGE的研究論文。該研究創(chuàng)新性地將整張切片作為計算建模的對象，提出了切片級別嵌入（slice-levelembedding）的深度學習算法，有效地增強了算法的計算效率和可擴展性，可應用到大規(guī)模異質(zhì)性空間轉(zhuǎn)錄組學數(shù)據(jù)的表型關聯(lián)空間特征識別。生命是細胞有序排列構成的整體。單個細胞在脫離生物體后難以獨立發(fā)揮功能。因此需要聯(lián)合細胞所處的微環(huán)境和空間位置來全面理解細胞功能。隨著近年來空間組學技術的迅猛發(fā)展，已經(jīng)基于多種技術平臺產(chǎn)生了大量來自不同組織、器官的空間組數(shù)據(jù)，如何精準表征這些快速增長的海量大規(guī)模異質(zhì)性數(shù)據(jù)，不僅是相應人工智能方法開發(fā)的重大挑戰(zhàn)，也是有效解析其中蘊含豐富生物醫(yī)學信息的前提。當前的一些計算方法主要關注于單個或數(shù)個切片中細胞級別特征，對大量空間轉(zhuǎn)錄組學切片數(shù)據(jù)處理的效能不足。有別于此，PASSAGE提出基于多層次注意力的大規(guī)模異構空間組學表征方法，從空間組切片(slice)、細胞與分子多個層次進行不同粒度的表征學習與解析，有效增強了計算效率和可擴展性。具體來說，PASSAGE在基于圖注意力自編碼器的細胞級表征基礎上設計了注意池化層（attention pooling layer），將同一切片的所有細胞加權融合成切片級表征，而后通過由表型信息指導的對比學習策略對切片級表征進行優(yōu)化，并進而采用非負矩陣分解方法獲得基因級別的注意力分數(shù)，從而實現(xiàn)對特定表型關聯(lián)空間組學特征的有效解析（圖1）。例如，針對來自兩個不同空轉(zhuǎn)平臺（ST，Visium）、42個不同病人的103張乳腺組織與乳腺癌切片，PASSAGE不僅有效處理了不同樣本之間存在的批次效應，從而準確識別出不同病人切片中與腫瘤相關的結構區(qū)域（圖2A）。與此同時，PASSAGE引入的分子水平注意力表征可從注意池化層權重中獲得與表型高度相關的基因集，如乳腺癌案例中PASSAGE識別的基因在之前的乳腺癌研究中已被發(fā)現(xiàn)與疾病進程高度相關，從而體現(xiàn)了模型較高的生物學可解釋性（圖2B）。此外，PASSAGE在鱗狀細胞癌數(shù)據(jù)集與三級淋巴結陽性的腎細胞癌數(shù)據(jù)集的表現(xiàn)均體現(xiàn)了方法的優(yōu)良可拓展性，有望為癌癥等復雜疾病的空間特征和分子機制解析提供全新思路。值得指出的是，上述多尺度表征學習架構使得PASSAGE可以有效實現(xiàn)針對大規(guī)模異質(zhì)性空間轉(zhuǎn)錄組學數(shù)據(jù)的相關組學特征系統(tǒng)性解析，一張常規(guī)4090消費級別GPU卡的算力即可達到平均每分鐘600個空間點/細胞的處理速度。隨著融入更多的訓練數(shù)據(jù)以及對架構進一步優(yōu)化，PASSAGE有潛力構建空間轉(zhuǎn)錄組學的基礎性人工智能算法模型。中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院彭廣敦研究員、北京大學生物醫(yī)學前沿創(chuàng)新中心（BIOPIC）/昌平實驗室高歌教授和曹智杰博士為該論文共同通訊作者，實驗室二年級碩士研究生郭臣凱與北京大學生命科學學院博士生夏辰睿為論文的共同第一作者。研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、中國博士后基金、基因功能研究與操控全國重點實驗室、北京未來基因診斷高精尖創(chuàng)新中心和昌平實驗室的支持。論文鏈接代碼鏈接圖 1PASSAGE模型的結構示意圖圖2 ?A)PASSAGE在乳腺癌案例中成功學習到良好的切片級表征與所識別的表型關聯(lián)空間特征?B)PASSAGE在乳腺癌案例中成功學習到與表型關聯(lián)空間特征高度關聯(lián)的基因集

2025-02-14

廣州健康院破解細胞凋亡新機制

2025年2月13日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院副研究員孫益嶸團隊和美國加州大學洛杉磯分校合作在Cell Death & Differentiation期刊發(fā)表題為“STING directly interacts with PAR to promote apoptosis upon acute ionizing radiation-mediated DNA damage”，證實了干擾素基因刺激因子（STING）蛋白可以通過一個全新的路徑（PARP1-PAR-STING）促進細胞凋亡。研究人員通過體內(nèi)和體外實驗研究了STING如何響應DNA輻射損傷，輻射導致的 DNA損傷可以激活PARP1蛋白，進而誘導PAR（多聚核糖）的過度合成，從而觸發(fā)STING蛋白介導的細胞死亡。對于STING基因缺陷的小鼠，對其腹部輻射后，相對于正常小鼠，存活率提升5倍，從11%躍升至67%，腸道病理損傷顯著減輕。通過給予低劑量的PARP1抑制劑PJ34來下調(diào)PAR的合成，則可以抑制STING激活，可以觀察到類似于在STING基因缺陷小鼠中觀察到的現(xiàn)象。這些結果揭示了PARP1-PAR-STING通路在輻射誘導的細胞凋亡途徑中的關鍵作用。該研究是對STING響應DNA損傷機制的全新認識，顛覆傳統(tǒng)認知，證明STING響應DNA損傷可不依賴于cGAMP而是直接與DNA損傷誘導的高濃度PAR相互作用，為抗輻射損傷提供全新思路。中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院副研究員孫益嶸、加州大學洛杉磯分校助理教授Saba R. Aliyari為本論文的共同第一作者，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院副研究員孫益嶸及加州大學洛杉磯分校教授程根宏為通訊作者。該項目得到了天津市合成生物學重大專項以及廣東省自然科學基金的支持。論文鏈接PARP1-PAR-STING介導的細胞凋亡模式圖

2025-02-14

南海所?|?南海發(fā)現(xiàn)方頭魚新物種

中國科學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（LMB）聯(lián)合浙江大學和中國海洋大學的研究者在南海發(fā)現(xiàn)魚類新物種——幽靈方頭魚Branchiostegus sanae （圖1），近日在經(jīng)典分類學雜志ZooKeys上正式發(fā)表。這是首個由我國科研工作者發(fā)現(xiàn)的方頭魚類新物種。本研究第一作者為中國科學院南海海洋研究所碩士研究生黃皓晨，中國科學院南海海洋研究所研究員柯志新、中國海洋大學水產(chǎn)學院實驗師張弛為論文共同通訊作者。圖1 幽靈方頭魚Branchiostegus sanae圖片方頭魚類是南海重要的經(jīng)濟魚種，因其頭部形似馬頭，在不少地區(qū)有“馬頭魚”的俗稱。此新物種早已被南海沿海漁民熟識，由于其極為特殊的面部條紋，漁民稱其為“鬼馬（頭魚）”，這也是幽靈方頭魚中文名的來源。本物種的拉丁名來自宮崎駿的動漫《幽靈公主》中的主角San，幽靈方頭魚眼下紅色的條紋與San臉部的圖案非常神似（圖2）。圖2?方頭魚新種與宮崎駿卡通人物San（轉(zhuǎn)自www.discoverwildlife.com）方頭魚主要分布在印太地區(qū)的熱帶和亞熱帶海域，在南海漁獲物中比較常見，加上本次發(fā)現(xiàn)的新種，我國海域總共分布有6個種（圖3），但由于其棲息深度普遍較深，目前對這一類群的科學研究相對較少。本次發(fā)現(xiàn)的幽靈方頭魚形態(tài)與其它方頭魚明顯不同，眼下具備鮮艷的紅色條帶，體表有暗灰色縱向條紋，尾部平截。基于線粒體Cyt b、COI和12S rDNA的基因系列系統(tǒng)進化分析顯示，幽靈方頭魚與其他種類的遺傳分化程度也極高（圖4）。雖然目前獲取的標本都采集自海南陵水至西沙群島之間的海域，但推測幽靈方頭魚在南海西北部的陸坡區(qū)域應均有分布。該物種體長可以輕易超過40厘米，是近年來少見的中大型魚類新種。圖3 我國分布的方頭魚種類圖4 基于Cyt b、COI和12S rDNA基因系列構建的方頭魚屬系統(tǒng)發(fā)育樹相關工作得到國家自然科學基金、南海海洋所基礎前沿與創(chuàng)新發(fā)展項目以及廣東省科技計劃項目等支持。相關論文信息：Huang HC,Chen JX,Ke ZX*,Zhang C*. 2025. Branchiostegus sanae,a new species of deepwater tilefish (Eupercaria,Branchiostegidae) from the South China Sea. ZooKeys,1227,129-142.文章鏈接：https://zookeys.pensoft.net/article/130512/

2025-02-13

亞熱帶所在反芻動物微生物與宿主協(xié)同發(fā)育模式研究取得新進展

?中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所畜禽健康養(yǎng)殖與農(nóng)牧復合生態(tài)研究中心譚支良研究員團隊在反芻動物微生物-宿主互作機制研究領域取得重要進展。團隊通過構建山羊發(fā)育模型，首次系統(tǒng)揭示了瘤胃粘膜微生物與宿主上皮細胞的階段性協(xié)同發(fā)育規(guī)律，相關成果以Microbiome-host co-oscillation patterns in shaping ruminal ecosystem from birth to puberty in a goat model為題發(fā)表于SCIENCE CHINA-Life Sciences。中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所畜禽健康養(yǎng)殖與農(nóng)牧復合生態(tài)研究中心譚支良研究員團隊在反芻動物微生物-宿主互作機制研究領域取得重要進展。團隊通過構建山羊發(fā)育模型，首次系統(tǒng)揭示了瘤胃粘膜微生物與宿主上皮細胞的階段性協(xié)同發(fā)育規(guī)律，相關成果以Microbiome-host co-oscillation patterns in shaping ruminal ecosystem from birth to puberty in a goat model為題發(fā)表于SCIENCECHINA-Life Sciences。作為反芻動物的"發(fā)酵工廠"，瘤胃依靠微生物-宿主的精密互作實現(xiàn)植物纖維資源的高效轉(zhuǎn)化。其中，粘膜附著微生物通過與宿主上皮細胞的直接互作，在營養(yǎng)代謝和免疫調(diào)控中發(fā)揮關鍵作用。然而，從新生到反芻成熟階段，宿主-微生物互作網(wǎng)絡的動態(tài)變化仍尚不清晰。因此，本研究采用轉(zhuǎn)錄組和擴增子等技術和構建互作網(wǎng)絡等分析手段，解析了從1日齡到90日齡的協(xié)同發(fā)育模式（圖1）。（1）粘膜菌群呈現(xiàn)“病原相關→粘液降解→纖維分解”的演替路徑。1日齡以Mannheimia等條件致病菌為主（占39.7%），10日齡Akkermansia muciniphila等粘液降解菌顯著富集（21.4%），至90日齡形成以Succiniclasticum ruminis等纖維分解菌為特征（58.3%）的成熟群落；（2）宿主粘膜呈現(xiàn)“免疫啟動→屏障塑造→代謝成熟”的發(fā)育軌跡。1日齡以先天免疫相關基因（TLR2/4、IL-17A、CXCL1/2/3等）高表達為主，10日齡則以粘液代謝核心基因（GCNT3、GAL3ST1）上調(diào)和抗氧化防御信號通路（JAK-STAT）激活為特征，至90日齡形成以代謝相關基因（ACADS、BDH1、HDAC）為主導的代謝網(wǎng)絡；（3）菌群-宿主互作呈現(xiàn)階段特異性模式，即在早期主要強調(diào)消化和免疫發(fā)育（如，Mannheimia等病原相關菌通過脂多糖-TLR4軸激活宿主固有免疫應答；菌群刺激Th17細胞分化，觸發(fā)IL-17/JAK2-STAT3通路保護早期粘膜完整性），而在后期則側(cè)重于增強營養(yǎng)代謝（如，纖維分解菌Succiniclasticum ruminis通過琥珀酸分流途徑提升丙酸產(chǎn)量，誘導宿主丁酸代謝酶基因BDH1上調(diào)）。總之，瘤胃粘膜微生物與宿主的協(xié)同互作共同塑造了瘤胃生態(tài)系統(tǒng)。此研究得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項子課題、西藏中央引導地方資金配套項目-西藏高寒區(qū)生態(tài)草牧業(yè)科技示范、湖南省自然科學基金和湖南省科技創(chuàng)新計劃的聯(lián)合資助。論文鏈接微生物與宿主協(xié)同發(fā)育模式

2025-02-13

亞熱帶生態(tài)所在反芻動物后腸道低甲烷排放性狀形成的氫代謝機制研究取得新進展

近日，中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所畜禽健康養(yǎng)殖與農(nóng)牧復合生態(tài)研究中心譚支良研究員領銜的農(nóng)牧復合草食家畜健康高效養(yǎng)殖與生態(tài)服務研究團隊在微生物學權威期刊Microbiome。近日，中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所畜禽健康養(yǎng)殖與農(nóng)牧復合生態(tài)研究中心譚支良研究員領銜的農(nóng)牧復合草食家畜健康高效養(yǎng)殖與生態(tài)服務研究團隊在微生物學權威期刊Microbiome(一區(qū)TOP，IF=13.8)發(fā)表了題為Reductive acetogenesis is a dominant process in the ruminant hindgut的研究文章。該研究以山羊為研究對象，應用轉(zhuǎn)錄組、擴增子和宏基因組測序技術，結合體外驗證試驗，揭示了反芻動物后腸道盲腸低甲烷排放性狀的形成機制。反芻動物是畜牧業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，也是最早被馴化用于生產(chǎn)的動物。它們擁有一套獨特的消化系統(tǒng)，通過依賴消化道內(nèi)的微生物降解植物性飼料產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸，從而為動物提供基本的能量來源，同時也是農(nóng)業(yè)活動最大的甲烷排放源。反芻動物消化道由多個胃室（如瘤胃）和后腸（如盲腸）組成。盡管瘤胃和盲腸都是以厭氧發(fā)酵為主，超過90%的甲烷是在瘤胃中產(chǎn)生。盲腸具有低甲烷排放的典型特征，但其微生物組成和代謝功能尚不明晰。本研究系統(tǒng)性地比較了瘤胃和盲腸微生物的組成、代謝功能和活性（圖1）。瘤胃富集了以Prevoltella，Ruminococcus和Butyrivbrio為代表的微生物，提高了纖維降解和丙酸生成能力，促進了甲烷菌增殖和甲烷生成。同時瘤胃中溶解氫濃度較低，這可能由于氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌、富馬酸鹽還原菌（Succiniciasticum）、硝酸鹽還原菌（Desulfovibrio）對氫氣消耗的增強。盲腸富集了以Akkermansia，Alistipes和Faecousia為代表的粘蛋白降解菌，增強了微生物對宿主來源糖類的利用能力，并促進了乙酸生成。此外，盲腸中還富集了發(fā)酵產(chǎn)氫細菌和以HGM1287為代表的甲酸依賴型同型產(chǎn)乙酸菌新譜系。比較基因組發(fā)現(xiàn)盲腸中富集到的同型產(chǎn)乙酸菌在系統(tǒng)發(fā)育和功能上與瘤胃中的菌群存在顯著差異。通過對不同反芻動物物種的瘤胃和盲腸比較，進一步證實了同型產(chǎn)乙酸是反芻動物后腸道微生物的重要代謝過程。因此，同型產(chǎn)乙酸成為盲腸低甲烷排放和氫能高效利用的關鍵微生物種群。此研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃等項目的支持，亞熱帶生態(tài)所博士生李秋爽和2021級碩士霍家斌為本論文共同第一作者，王敏研究員為通訊作者。論文鏈接反芻動物瘤胃和盲腸微生物的碳水化合物和氫代謝途徑示意圖

2025-02-11