科研進展
  • 南海海洋所?|?研究發(fā)現(xiàn)夏季兩類大西洋尼諾對南極海冰有顯著不同影響
    近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境實驗室（LTO）、全球海洋和氣候研究中心（GOCRC）以及廣東省海洋遙感重點實驗室（LORS）的王春在研究員團隊在熱帶-極地氣候研究領域取得新進展。該團隊揭示了北半球夏季中部型（CAN）與東部型大西洋尼諾（EAN）對西南極海冰的差異性影響及其物理機制，相關研究成果發(fā)表在Nature子刊npj Climate and Atmospheric Science上。博士后陳柏洋為論文第一作者，研究員王春在為通訊作者，合作者還包括研究員張磊和中山大學副教授范漢杰。大西洋尼諾是熱帶大西洋氣候系統(tǒng)年際變化的主要模態(tài)，其能通過局地海氣相互作用和大氣遙相關對全球的氣候條件產(chǎn)生重要影響。最近研究表明，根據(jù)海溫異常中心位置的不同，大西洋尼諾可劃分為兩種類型，即CAN和EAN。另外，王春在團隊前期研究已發(fā)現(xiàn)，這兩類事件對北半球熱帶外區(qū)域（如歐洲）的氣候影響存在顯著差異。然而，它們是否可以激發(fā)不同的大氣遙相關波列，進而對南半球熱帶外區(qū)域（特別是南極地區(qū)）產(chǎn)生差異化氣候影響，仍是一個亟需回答的問題。針對以上問題，本研究利用觀測海溫數(shù)據(jù)、再分析資料和數(shù)值模式試驗探究了夏季CAN和EAN通過大氣橋?qū)ξ髂蠘O海冰的影響（圖1）。研究結(jié)果顯示，兩類大西洋尼諾對西南極海冰密集度的影響出現(xiàn)顯著差異：CAN事件引起的海冰異常強度更大、范圍更廣，其影響程度遠超EAN事件。這種差異主要源于兩類事件在南半球誘導的大氣波列存在明顯不同。具體而言，CAN事件可以通過直接和間接兩種途徑在南半球誘導出兩條大氣波列，協(xié)同增強阿蒙森海低壓系統(tǒng)；而EAN事件僅能通過間接途徑產(chǎn)生一條大氣波列，這與其較弱的局地Hadley環(huán)流無法在副熱帶南大西洋形成顯著的大氣波源密切相關。由于阿蒙森海低壓系統(tǒng)可以通過經(jīng)向熱平流輸送和風應力強迫對西南極海冰的生成和分布產(chǎn)生重要調(diào)控作用，而CAN和EAN事件對該低壓系統(tǒng)的影響不同，最終導致二者對西南極海冰的影響呈現(xiàn)顯著差異。該項研究揭示了兩類大西洋尼諾的氣候效應存在顯著的差異。這一發(fā)現(xiàn)有助于提高南極海冰的季節(jié)性氣候預測能力，完善氣候動力學理論框架，并為我們更好地理解熱帶-極地遙相關及其氣候效應提供了新的科學依據(jù)。本研究得到了國家自然基金委合作創(chuàng)新研究團隊項目、國家自然科學基金重大項目等共同資助。相關論文信息：Chen,B.,Wang,C.*,Zhang,L.,& Fan,H. (2025). Distinct Impacts of the Central and Eastern Atlantic Ni?o on West Antarctic Sea Ice. npj Climate and Atmospheric Science,8,142.文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41612-025-01040-w圖1?兩類大西洋尼諾影響西南極海冰的示意圖。a 中部型大西洋尼諾通過直接和間接的途徑產(chǎn)生兩條大氣波列共同影響西南極海冰。b 東部型大西洋尼諾只能通過間接的途徑產(chǎn)生一條大氣波列影響西南極海冰。
    2025-04-16
  • 深圳先進院?| 功能基因智能挖掘大模型SYMPLEX推動生物制造與合成生物元件開發(fā)（Science Advances）
    隨著生物測序技術突破，全球天然基因庫已積累數(shù)十億量級序列，其中蘊藏海量高價值功能基因。然而，當前僅有少數(shù)明星基因被深度挖掘，絕大多數(shù)仍處于“沉睡”狀態(tài)。如何突破傳統(tǒng)注釋與建模局限，利用AI等手段激活“基因?qū)殠臁?，正成為合成生物學與生物制造領域的關鍵挑戰(zhàn)。4月9日，中國科學院深圳先進技術研究院定量合成生物學全國重點實驗室、合成生物學研究所婁春波團隊與北京大學定量生物學中心錢瓏團隊合作在國際學術期刊Science Advances上發(fā)表題為"Discovery of Diverse and High-quality mRNA Capping Enzymes through a Language Model-enabled Platform"的研究論文，報道了全球首個面向合成生物學元件挖掘與生物制造應用的大語言模型——"SYMPLEX"，并將SYMPLEX模型應用于mRNA加帽酶基因的挖掘，展示了大語言模型賦能生物制造的巨大潛力。該模型通過融合領域大語言模型訓練、合成生物專家知識對齊和大規(guī)模生物信息分析，實現(xiàn)了從海量文獻中自動化挖掘功能基因元件，并精準評估其工程化應用潛力。研究團隊將SYMPLEX應用于mRNA疫苗生物制造關鍵酶——加帽酶的挖掘，成功獲得多種高性能新型加帽酶。第三方公司實驗驗證顯示，這些酶在催化效率上超越國際頭部企業(yè)New England Biolabs（NEB）商業(yè)化加帽酶2倍以上，顯著提升了mRNA疫苗生產(chǎn)率和成本效益。此項成果不僅為合成生物學元件設計提供了AI驅(qū)動的新范式，更展現(xiàn)了大語言模型等人工智能技術在生物制造中的廣闊應用前景。?■ 破局傳統(tǒng)：功能基因深度挖掘的大語言模型天然生物基因組蘊藏著海量功能基因，這些基因在進化過程中不斷優(yōu)化，形成了多樣化的序列空間和復雜精巧的功能活性，賦予生物體適應復雜環(huán)境的獨特優(yōu)勢。隨著高通量測序技術的發(fā)展，全球生物序列數(shù)據(jù)庫已突破數(shù)十億規(guī)模，為生物制造和合成生物學提供了前所未有的基因元件資源庫。然而，盡管這些天然基因蘊含著巨大的應用潛力，目前僅有少數(shù)明星基因（如基因編輯工具酶）得到了系統(tǒng)的注釋和結(jié)構(gòu)解析。這種研究的不均衡導致現(xiàn)有基于序列、結(jié)構(gòu)或深度學習的基因挖掘技術和蛋白質(zhì)設計方法難以應用于更復雜的基因系統(tǒng)，嚴重制約了高價值功能基因的開發(fā)與利用。針對上述問題，研究團隊創(chuàng)造性地將大型語言模型（LLM）與結(jié)構(gòu)化生物知識庫深度融合，開發(fā)出SYMPLEX智能基因挖掘平臺（圖1）。SYMPLEX是強大的功能基因搜索引擎，通過自動化閱讀和理解千萬級體量的生物學文獻，在基因、功能和知識水平上提取分析文獻內(nèi)容，并與專家數(shù)據(jù)庫進行概念對齊、交互和基于先進生物信息技術的統(tǒng)計模式生成，從而提供證據(jù)鏈完整的高質(zhì)量候選基因集合。SYMPLEX不僅有效規(guī)避了大語言模型幻覺，還能自動生成基因功能相關的細粒度知識樹，引導科學家探索廣泛的生物機制和分子過程（圖1）。對比結(jié)果表明，SYMPLEX大模型在挖掘基因的深度、數(shù)量和多樣性上均顯著優(yōu)于傳統(tǒng)生物信息學方法，其挖掘的基因多樣性也超越了現(xiàn)有蛋白質(zhì)功能預測模型的邊界（圖2）?！?應用案例：解鎖mRNA疫苗高效生產(chǎn)的蛋白質(zhì)密碼近年來，mRNA疫苗以其高效、可快速開發(fā)等特點在全球抗疫中發(fā)揮了關鍵作用。然而，mRNA疫苗背后的一項關鍵工藝——mRNA 5’端加帽（capping），卻因其效率較低、成本高昂成為“卡脖子”環(huán)節(jié)。加帽過程對穩(wěn)定mRNA、促進翻譯和減少免疫反應至關重要，而目前mRNA疫苗生產(chǎn)工藝中使用的仍是傳統(tǒng)的痘病毒雙蛋白（Vaccinia D1/D12）加帽酶，選擇有限且價格昂貴。研究團隊利用SYMPLEX大規(guī)模挖掘mRNA加帽酶，并進行了實驗驗證。SYMPLEX通過批量處理生物學文獻和生物信息分析，識別出16,685個與 mRNA 加帽相關的基因，并進一步篩選出75類（18,779 條序列）高置信度的完整加帽酶基因。經(jīng)過46種候選基因?qū)崪y，研究團隊獲得了14種可在哺乳動物和酵母細胞中穩(wěn)定發(fā)揮作用的加帽酶，其中2種新型加帽酶的體外活性比商業(yè)化痘病毒加帽酶高出兩倍（圖3）。值得一提的是，本研究挖掘的新型加帽酶與已知加帽酶的序列相似性低于20%，且編碼序列長度縮減30%，有望為mRNA疫苗和基于mRNA的基因療法研究提供關鍵使能技術支持。此外，SYMPLEX的挖掘還揭示了加帽酶在自然界中多樣的構(gòu)型與進化策略。研究發(fā)現(xiàn)，加帽酶TPase功能域的桶狀外圍結(jié)構(gòu)具有保守與可設計區(qū)間，而MTase功能域則存在新的酶活中心模體。這些發(fā)現(xiàn)表明，SYMPLEX不僅能助力于理解生物過程的多樣化策略，還可為酶的理性工程優(yōu)化或生成式蛋白設計提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)集。?■ 平臺賦能：合成生物制造的“智能基座”目前，SYMPLEX在線交互式平臺已上線供研究人員免費使用（https://bdainformatics.org/page?type=SYMPLEX）（圖4）。平臺采用模塊化設計，提供三個核心功能：（1）文獻智能提取引擎PubEngine：支持高通量的文獻智能檢索分析與可視化交互；（2）基因功能標注系統(tǒng)GeneTagger：實現(xiàn)從分子機制到生物過程的細粒度自動化基因與功能提?。唬?）標準化知識中樞GeneNorm：實現(xiàn)與專家知識庫的概念對齊與標準化，支持知識樹構(gòu)建和功能模式識別。各模塊既可無縫協(xié)同實現(xiàn)高效數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，又能獨立運行，以加速功能基因挖掘以及蛋白質(zhì)設計。平臺現(xiàn)有注冊用戶200余人，2024年訪問量達6000余次。本項研究開創(chuàng)了功能基因深度挖掘的新范式，利用大語言模型高效推動生物知識轉(zhuǎn)化，為mRNA疫苗規(guī)?；a(chǎn)提供了關鍵酶資源庫。研究團隊正利用SYMPLEX挖掘更多可用于生物制造和合成生物學的關鍵酶元件，并將該平臺拓展至合成通路設計等領域，有望推動生物制造進入“AI for Science”新紀元。北京大學研究員錢瓏、中國科學院深圳先進技術研究院研究員婁春波為本文共同通訊作者。北京大學博士研究生王天澤、覃博文、厲思宏，中國科學院深圳先進技術研究院博士研究生王子陌為共同第一作者。本研究獲得了浙江大學歐陽頎教授團隊和北京遠軒科技有限公司的大力支持，并得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、北京市重點基金以及深圳合成生物學創(chuàng)新研究院等項目的資助。???圖1.SYMPLEX大模型的技術路線及其與傳統(tǒng)基因挖掘流程對比圖2.SYMPLEX挖掘結(jié)果多樣性對比和細粒度知識樹生成圖3. 候選加帽酶在細胞體系和體外轉(zhuǎn)錄體系中表現(xiàn)出跨物種、跨體系的高加帽效率?圖4.SYMPLEX平臺
    2025-04-11
  • 廣州健康院科學家發(fā)現(xiàn)線粒體應激調(diào)控干細胞命運的“線粒體遇見”mtMET新模式
    4月9日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院劉興國團隊與廣州醫(yī)科大學應仲富團隊在Nature Metabolism期刊上發(fā)表了一篇題為The mitochondrial unfolded protein response inhibits pluripotency acquisition and mesenchymal-to-epithelial transition in somatic cell reprogramming的文章。揭示了線粒體未折疊蛋白反應（Mitochondrial unfolded protein response,UPRmt）在多能干細胞命運中通過c-Jun調(diào)控組蛋白乙?；M而影響間充質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)化（MET）的新模式（mitochondrial UPR-modulated MET，mtMET)。這一模式的英文縮寫MET是“遇見”的過去式，因此將這一新模式稱為“線粒體遇見”。該研究進一步擴展了線粒體反向調(diào)控細胞核并調(diào)控細胞命運的研究領域。此外，團隊證明 UPRmt通過增強上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化 (EMT)促進腫瘤遷移和侵襲，揭示了腫瘤治療的潛在新靶點。UPRmt是一條重要的線粒體到核的反向調(diào)控途徑，線粒體蛋白穩(wěn)態(tài)失衡、活性氧(ROS)升高、線粒體和核基因表達不平衡或者線粒體功能障礙都會激活UPRmt，其激活可以啟動由細胞核編碼的線粒體熱休克蛋白和蛋白酶等基因群轉(zhuǎn)錄活化程序，促進線粒體功能在應激反應中的維持。在線蟲中UPRmt會延長壽命，然而在哺乳動物細胞中UPRmt在干細胞命運決定和發(fā)育中的作用，在很大程度上仍未得到探索。團隊首先全面的檢測多能性的不同狀態(tài)：獲得、退出，以及二細胞期-著床前-著床后的狀態(tài)轉(zhuǎn)換中UPRmt的變化規(guī)律。結(jié)果表明，多能性獲得、退出時，?UPRmt具有顯著的變化。其中，UPRmt在多能性獲得早期階段短暫激活，隨后逐漸減弱。同時發(fā)現(xiàn)c-Myc是UPRmt激活的關鍵因子。c-Myc的過表達能夠顯著增加UPRmt的標志物Hsp60的表達，而其他轉(zhuǎn)錄因子（Sox2、Klf4和Oct4）則沒有類似效果。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，在多能性的獲得中UPRmt的激活抑制了MET過程。團隊同時也檢測了哺乳動物早期分化和腫瘤中，UPRmt同樣發(fā)揮了調(diào)控MET的作用。UPRmt的激活可以增強癌細胞的遷移和侵襲能力。在機制方面，團隊通過篩選獲得UPRmt反向調(diào)控通路中的全新關鍵因子c-Jun。c-Jun是一個原癌基因，會抑制多能性的獲得，而UPRmt的激活會促進c-Jun的表達。c-Jun通過轉(zhuǎn)錄調(diào)控，上調(diào)乙酰輔酶A代謝酶的表達，從而降低乙酰輔酶A的水平。由于乙酰輔酶A與組蛋白乙?；芮邢嚓P，研究團隊進一步發(fā)現(xiàn)UPRmt的激活會減少組蛋白的乙酰化，特別是H3K9乙?；℉3K9Ac）的水平。團隊繼續(xù)發(fā)現(xiàn)UPRmt的激活會減少H3K9Ac與上皮樣相關基因（E-cadherin和Epcam等基因）啟動子區(qū)域的結(jié)合，這種H3K9Ac水平的降低使得H3K9Ac與上皮樣相關基因的結(jié)合減少并抑制上皮樣相關基因的表達，抑制MET。通過補充乙酰輔酶A的前體物質(zhì)（如乙酸、檸檬酸和丙酮酸），可以恢復H3K9Ac的水平，并恢復MET相關基因的表達水平。綜上，這項研究首次揭示了在多能干細胞命運調(diào)控中UPRmt通過c-Jun降低乙酰輔酶A水平，減少組蛋白乙?；?，進而抑制MET的新通路。這種線粒體調(diào)控MET的模式也存在于早期分化和腫瘤領域，是具有廣泛性的生物作用模式。“千錘百煉志如鋼，萬難不移意未央”，當線粒體面臨“壓力山大”時，她會悄悄告訴細胞核，細胞核會發(fā)出指令改變細胞的“顏值”：能屈能伸的細胞從彼此之間緊密附著的上皮細胞“靜若處子”，變?yōu)楸憩F(xiàn)出更多的遷移和侵襲能力的間充質(zhì)細胞“動若脫兔”。而這一細胞變身，聯(lián)系了UPRmt、干細胞這兩大長壽因素，正是“管卻細胞變身事，自信人生雙甲長”。本研究是中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院、廣州醫(yī)科大學、中國科學院香港創(chuàng)新研究院再生醫(yī)學與健康創(chuàng)新中心、香港中文大學、山東農(nóng)業(yè)大學、香港大學、西湖大學等多個研究組合作完成。本研究獲國家重點研發(fā)項目、中國科學院、國家自然科學基金、廣東省和廣州市的經(jīng)費支持。論文鏈接圖1?線粒體未折疊蛋白反應通過調(diào)控間充質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)化阻礙細胞多能性獲得
    2025-04-11
  • 華南植物園發(fā)現(xiàn)200萬年沙丘序列揭示氣候與成土過程對土壤有機質(zhì)轉(zhuǎn)化的協(xié)同調(diào)控機制
    全球氣候變化加劇的背景下，深入理解土壤碳固存機制對提升陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能及其穩(wěn)定性具有重要意義。溶解性有機質(zhì)（DOM）和球囊霉素相關蛋白（GRSP）作為土壤碳庫的重要組分，在有機碳的積累與穩(wěn)定過程中扮演關鍵角色。然而，其在生態(tài)系統(tǒng)長期發(fā)展中的分布規(guī)律、變化特征及其調(diào)控機制仍不明確。中國科學院華南植物園恢復生態(tài)學任務團隊選取澳大利亞西南部干熱氣候區(qū)的Jurien Bay與濕冷氣候區(qū)的Warren兩條跨越200萬年的海岸沙丘序列為對象（圖1），系統(tǒng)解析了氣候與成土過程對DOM與GRSP的變化特征及其對土壤有機碳動態(tài)的影響。圖1.研究區(qū)域示意圖DOM的功能轉(zhuǎn)變：從養(yǎng)分供給到碳匯穩(wěn)定研究團隊采用熒光激發(fā)-發(fā)射矩陣（EEM）結(jié)合平行因子分析（PARAFAC）技術，發(fā)現(xiàn)濕冷氣候區(qū)（Warren）的DOM積累水平和腐殖化指數(shù)顯著高于干熱區(qū)（Jurien Bay），表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性。這種差異主要源于植被輸入、碳供給以及土壤環(huán)境的不同。進一步發(fā)現(xiàn)，在生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育的早期階段，DOM濃度較高且富含蛋白類和微生物源組分，為植物和微生物提供了重要的養(yǎng)分來源；而在退化階段，DOM逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐愿乘岷透焕锼岬确€(wěn)定性成分為主，其功能從促進養(yǎng)分周轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向增強碳庫穩(wěn)定（圖2）。圖2.可溶性有機質(zhì)（DOM）隨沙丘生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育演變規(guī)律GRSP的“逆勢積累”：長期養(yǎng)分貧化下的碳積累機制研究首次報道了在叢枝菌根真菌（AMF）生物量下降的情況下，GRSP（特別是EE-GRSP）在古老缺磷土壤中顯著積累的現(xiàn)象。這一“逆勢積累”現(xiàn)象源于植物通過增加地下碳分配以促進AMF生物量的周轉(zhuǎn)，同時受到土壤酸度、養(yǎng)分化學計量特征及菌根植物多樣性等因素的共同調(diào)控。研究證實，GRSP顯著促進了土壤有機碳（SOC）的積累和穩(wěn)定性，在長期養(yǎng)分限制條件下仍發(fā)揮著重要的碳匯功能（圖3）。圖3.球囊霉素相關蛋白（GRSP）積累特征及其影響因素該研究首次揭示了氣候與成土過程在調(diào)控DOM和GRSP積累及其碳匯功能中的差異性機制，為理解全球變化背景下土壤碳積累與穩(wěn)定的時空演化提供了新的理論視角。研究成果不僅深化了對土壤碳循環(huán)機制的認識，還為海島、海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的碳匯管理與生態(tài)恢復實踐提供了重要的科學依據(jù)。相關研究成果已發(fā)表在Catena和Plant and Soil等國際土壤學期刊上，中國科學院華南植物園恢復生態(tài)學任務團隊博士后牟之建為論文第一作者，劉占鋒研究員為通訊作者，澳大利亞西澳大學Hans Lambers教授、德國霍恩海姆大學Ellen Kandeler教授和韓國慶尚國立大學Benjamin Turner教授參與了部分工作，研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金及廣東省科技計劃等項目資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.catena.2025.109004https://doi.org/10.1007/s11104-025-07391-w
    2025-04-10
  • 國家重點研發(fā)計劃“地幔柱—俯沖板片相互作用與深部物質(zhì)循環(huán)”項目啟動會在廣州順利召開
    2025年4月5日至6日，國家重點研發(fā)計劃地球系統(tǒng)與全球變化專項地幔柱—俯沖板片相互作用與深部物質(zhì)循環(huán)項目啟動暨實施方案論證會在廣州順利召開。2025年4月5日至6日，國家重點研發(fā)計劃“地球系統(tǒng)與全球變化”專項“地幔柱—俯沖板片相互作用與深部物質(zhì)循環(huán)”項目啟動暨實施方案論證會在廣州順利召開。會議特邀陳曉非院士、徐義剛院士、張宏福院士、朱祥坤研究員、王汝成教授等11位專家組成項目指導專家組，由徐義剛院士擔任專家組組長。國家自然科學基金委員會高技術研究發(fā)展中心張峰處長、中國科學院廣州地球化學研究所王強所長致辭。張峰處長代表項目管理部門祝賀團隊成功立項，并深入解讀了國家重點研發(fā)計劃的管理改革方向。他指出，國家重點研發(fā)計劃項目應致力于促進隊伍建設、推動青年人才成長，并規(guī)范成果標注與知識產(chǎn)權(quán)管理，期待項目團隊能夠產(chǎn)出具有國際影響力的原創(chuàng)性成果。王強所長代表項目依托單位感謝各位領導及專家的支持和幫助，并回顧了項目相關的整體背景和情況。他強調(diào)，作為項目依托單位，研究所將在人員、平臺、資源等各方面給予項目全力支持，同時鼓勵科研人員要積極圍繞項目核心目標，攻克難關，為搶占國際前沿科技制高點和服務國家需求做出重要貢獻。項目首席科學家黃小龍研究員詳細介紹了項目的立項背景、科學目標、研究內(nèi)容、研究方案、技術路線以及預期成果等。隨后，各課題和子課題負責人分別就各自的研究內(nèi)容、實施方案及工作進展進行了匯報。專家組認真聽取了匯報，對項目啟動、研究內(nèi)容及各層級實施方案給予了充分肯定，并圍繞關鍵技術突破、項目預期成果及應用等方面提出了建設性的意見和建議，希望項目能夠進一步加強各課題/子課題之間的有機聯(lián)系，共同推動標志性成果的產(chǎn)出。黃小龍研究員代表項目組向?qū)＜覀儽硎局孕母兄x，并承諾將認真吸收專家組的意見和建議，確保項目按時高質(zhì)量實施。項目啟動暨實施方案論證會的召開進一步明確了項目的目標與要求，增強了項目組成員之間的交流與合作，為項目的順利開展奠定良好基礎。
    2025-04-09
  • 深圳先進院?|?科研團隊在腫瘤免疫治療方面取得進展（Experimental Hematology & Oncology，Journal for ImmunoTherapy of Cancer）
    以CAR-T、CAR-NK為代表的免疫細胞療法被認為是最有可能戰(zhàn)勝腫瘤的新技術，但目前的發(fā)展遠達不到預期。多數(shù)在研的CAR-T和CAR-NK細胞療法都普遍存在“應對腫瘤抗原異質(zhì)性不力”、“體內(nèi)活性不足”和“難以適應抑制性腫瘤微環(huán)境（TME）”等缺陷，導致患者難以從中獲益。近期，中國科學院深圳先進技術研究院萬曉春團隊在Experimental Hematology & Oncology和Journal for ImmunoTherapy of Cancer期刊上連續(xù)發(fā)表三項研究成果，為解決限制腫瘤免疫治療效果的核心問題提出了新的解決方案。深圳先進技術研究院先進院博士生張鵬超、牛祥云和Muhammad Auwal Saliu分別為論文第一作者，萬曉春研究員、章桂忠和劉茂玄副研究員為這些工作的通訊作者。以CAR-T、CAR-NK為代表的免疫細胞療法被認為是最有可能戰(zhàn)勝腫瘤的新技術，但目前的發(fā)展遠達不到預期。多數(shù)在研的CAR-T和CAR-NK細胞療法都普遍存在“應對腫瘤抗原異質(zhì)性不力”、“體內(nèi)活性不足”和“難以適應抑制性腫瘤微環(huán)境（TME）”等缺陷，導致患者難以從中獲益。近期，中國科學院深圳先進技術研究院（簡稱“深圳先進院”）萬曉春團隊在Experimental Hematology & Oncology和Journal for ImmunoTherapy of Cancer期刊上連續(xù)發(fā)表三項研究成果，為解決限制腫瘤免疫治療效果的核心問題提出了新的解決方案。深圳先進技術研究院先進院博士生張鵬超、牛祥云和Muhammad Auwal Saliu分別為論文第一作者，萬曉春研究員、章桂忠和劉茂玄副研究員為這些工作的通訊作者。團隊通過創(chuàng)新性整合CAR-T與雙特異性T細胞銜接子（BiTEs），構(gòu)建出具有雙重靶向能力的BiTEs CAR-T細胞。該設計采用納米抗體和天然受體作為抗原結(jié)合域，具有免疫原性低和表達穩(wěn)定等優(yōu)勢，顯著提升CAR-T細胞對抗腫瘤抗原異質(zhì)性的能力，在動物實驗中展現(xiàn)出更強的抗腫瘤效果和良好的安全性（圖1）。該研究在抗原識別維度突破了傳統(tǒng)單靶點限制，為解決腫瘤抗原異質(zhì)性、腫瘤抗原逃逸問題提供了潛力策略。在CAR-NK細胞活性調(diào)控方面，團隊深入解析了CD28與4-1BB共刺激域在NK細胞中的功能差異及其分子機制，通過系統(tǒng)性比較CAR信號下游分子網(wǎng)絡，成功鑒定出關鍵調(diào)控分子MAP3K8。體內(nèi)外實驗證實，靶向干預MAP3K8可顯著增強CAR-NK細胞的抗腫瘤功能（圖2）。該研究不僅為優(yōu)化CAR-NK療法提供了新靶點，也為共刺激域的選擇提供了理論依據(jù)。針對實體瘤治療的"最后壁壘"——抑制性TME，團隊開發(fā)了活性響應型CAR(Fla)-T細胞：當CAR激活時，可誘導TLR5配體flagellin的表達，實現(xiàn)TME的動態(tài)重塑。這種"治療-改造"協(xié)同策略不僅增強CAR-T功能，從而更好地清除抗原陽性腫瘤細胞；還能有效激活內(nèi)源性抗腫瘤免疫，增強機體對抗原異質(zhì)性腫瘤細胞的殺傷。因此，CAR(Fla)-T細胞在體內(nèi)實驗中表現(xiàn)出比傳統(tǒng)CAR-T細胞更強的抗腫瘤效果（圖3）。該研究實現(xiàn)了從對TME的被動耐受向主動改造的模式轉(zhuǎn)變，為靶向TME增強CAR-T療效提供新的思路和潛在的技術方案。這些研究分別從靶向識別、活性調(diào)控、微環(huán)境干預三個維度構(gòu)建了新的解決方案，對實體瘤免疫細胞療法的發(fā)展具有積極的意義。研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究、深圳市醫(yī)學研究專項基金、深圳市科技創(chuàng)新委員會等項目經(jīng)費的資助。<!--!doctype-->論文上線截圖圖1. BiTEs CAR-T cells?在斑馬魚和小鼠移植瘤模型中展現(xiàn)出更強的抗腫瘤效果圖2. 28z CAR-NK優(yōu)于BBz CAR-NK細胞的轉(zhuǎn)錄組學機制研究與驗證圖3. CAR(Fla)-T細胞具有比傳統(tǒng)CAR-T細胞更好的體內(nèi)抗腫瘤活性
    2025-04-08
  • 深圳先進院?| 定量合成生物學精準設計多樣性菌落斑圖(PNAS)
    4月4日，中國科學院深圳先進技術研究院定量合成生物學全國重點實驗室、合成生物學研究所合成生物進化研究中心傅雄飛團隊在（PNAS）上發(fā)表題為“Colony pattern multi-stability emerges from a bistable switch”的研究論文，研究團隊通過構(gòu)建合成基因回路“基因開關”，闡明了簡單雙穩(wěn)態(tài)調(diào)控系統(tǒng)與微環(huán)境時空異質(zhì)性耦合產(chǎn)生多態(tài)菌落斑圖的普適性機制，實現(xiàn)了多樣化的菌落斑圖的精準設計與合成，為理解生物斑圖的形成機制提供了新視角。生物斑圖（biological patterns）是生命體通過自組織形成的時空有序結(jié)構(gòu)，例如微生物分形菌落、葉脈拓撲網(wǎng)絡、動物皮毛色斑等。生物斑圖不僅展現(xiàn)了生命系統(tǒng)的復雜性，還在生物發(fā)育、生態(tài)適應和疾病進展等領域發(fā)揮著關鍵作用。然而，盡管生物斑圖在自然界廣泛存在，其形成機制仍然是未解之謎。4月4日，中國科學院深圳先進技術研究院定量合成生物學全國重點實驗室、合成生物學研究所合成生物進化研究中心傅雄飛團隊在PNAS上發(fā)表題為“Colony pattern multi-stability emerges from a bistable switch”的研究論文，研究團隊通過構(gòu)建合成基因回路“基因開關”，闡明了簡單雙穩(wěn)態(tài)調(diào)控系統(tǒng)與微環(huán)境時空異質(zhì)性耦合產(chǎn)生多態(tài)菌落斑圖的普適性機制，實現(xiàn)了多樣化的菌落斑圖的精準設計與合成，為理解生物斑圖的形成機制提供了新視角。雙穩(wěn)態(tài)開關與菌落模式的多穩(wěn)態(tài)性研究團隊基于一個常見的實驗體系——大腸桿菌菌落在瓊脂平板上的生長，發(fā)現(xiàn)即使僅依賴一個簡單的合成基因開關[1,2]，單克隆菌落也能演化出復雜的空間模式。該基因開關由兩個互相抑制的基因組成，分別定義為“綠色狀態(tài)”和“紅色狀態(tài)”。研究團隊此前在Nature Chemical Biology上發(fā)表的研究已系統(tǒng)分析了該基因開關在不同生長環(huán)境下的雙穩(wěn)態(tài)特征，發(fā)現(xiàn)生長速率變化會對基因表達產(chǎn)生不均衡影響，進而重塑細胞命運決定景觀。在此基礎上，團隊進一步探討了細菌菌落的斑圖形成機制。結(jié)合定量實驗與理論分析，研究團隊發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)控系統(tǒng)的關鍵參數(shù)--細胞生長速率，可以實現(xiàn)從單個細菌細胞出發(fā)，細菌自發(fā)生長與空間擴張，最終形成多種不同的空間分布的菌落斑圖，包括環(huán)狀、均質(zhì)和扇區(qū)狀等斑圖模式。這些多樣性的菌落斑圖表明，即使是一個簡單的基因調(diào)控網(wǎng)絡，也能在細菌菌落中引發(fā)復雜的空間組織行為。（圖1）微環(huán)境異質(zhì)性如何重塑表型景觀研究團隊采用定量成像和空間分辨轉(zhuǎn)錄組學技術，深入分析了菌落內(nèi)部的微環(huán)境異質(zhì)性。研究發(fā)現(xiàn)，菌落內(nèi)部的細胞生長速率和營養(yǎng)分布存在顯著的空間差異，這些差異導致了細胞命運的多樣化。例如，菌落外圍的細胞由于獲得更多營養(yǎng)，傾向于保持綠色狀態(tài)，而內(nèi)部的細胞則通過代謝互養(yǎng)方式[3,4]?從外側(cè)細胞獲取較低品質(zhì)的營養(yǎng)，生長速率較慢，并逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色狀態(tài)。這種由微環(huán)境驅(qū)動的細胞命運分化，最終形成了菌落的環(huán)狀模式。（圖2）噪聲誘導的對稱性破缺除了確定性的細胞命運分化，研究團隊還發(fā)現(xiàn)，基因表達的隨機性在菌落模式的形成中也起到了關鍵作用。在菌落擴展的早期階段，細胞狀態(tài)的隨機切換會被“奠基者效應”放大，導致菌落外圍出現(xiàn)紅綠相嵌合的扇區(qū)狀斑圖。這種噪聲誘導的對稱性破缺現(xiàn)象，揭示了細菌菌落在均勻生長環(huán)境中如何通過自組織行為產(chǎn)生復雜的空間模式。（圖3）研究的意義與未來展望傳統(tǒng)上，生物模式的形成往往被歸因于復雜的基因調(diào)控網(wǎng)絡或細胞間信號傳導，而該研究表明，即使在沒有復雜調(diào)控機制的情況下，簡單的物理化學作用（如營養(yǎng)擴散、消耗和反應動力學）也能通過時空耦合產(chǎn)生復雜的模式。該發(fā)現(xiàn)為理解胚胎發(fā)育早期體軸形成、腫瘤微環(huán)境異質(zhì)性等生物自組織現(xiàn)象提供了新視角。作者信息中國科學院深圳先進技術研究院研究員傅雄飛為通訊作者，博士生儲攀、助理研究員朱靜雯為共同第一作者。研究獲國家合成生物學重點研發(fā)計劃、中國科學院戰(zhàn)略先導專項、深圳市科技計劃支持。深圳合成生物學創(chuàng)新研究院與深圳合成生物研究重大科技基礎設施提供關鍵技術平臺支撐。文章上線截圖圖1 | 一個簡單的基因線路如何產(chǎn)生復雜的菌落斑圖：當細胞從綠色狀態(tài)起始，菌落可演化出環(huán)狀或均勻的紅色斑圖；從紅色狀態(tài)起始，則可演化出隨機的扇區(qū)狀斑圖。圖2 | 環(huán)狀斑圖形成機制示意圖：從單個細胞開始，細菌生長分裂形成密集的菌落。在定植后的初期階段，細胞呈指數(shù)增長，同時系統(tǒng)保持雙穩(wěn)態(tài)。隨著菌落的擴展，微環(huán)境中的空間異質(zhì)性逐漸顯現(xiàn)，導致細胞生長速率的變化驅(qū)動了確定性的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。這種空間異質(zhì)性及其引發(fā)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，最終在菌落內(nèi)部形成了獨特的環(huán)狀斑圖模式。圖3 | 隨機的扇區(qū)狀斑圖形成機制示意圖：從紅色狀態(tài)的單個細胞開始，細胞在早期定植狀態(tài)發(fā)生隨機的命運轉(zhuǎn)換，并占據(jù)擴張的前沿，隨著菌落的擴張，奠基者效應將這些微小的隨機事件放大，并形成多樣的斑圖，而斑圖的最終狀態(tài)，則受生命運轉(zhuǎn)換發(fā)生的時間窗口的影響。圖4 |經(jīng)過工程改造的細胞在紅綠兩種狀態(tài)間切換（類比陰陽），并通過“基因-細胞-群體”跨層次調(diào)控，演化出斑圖復雜性，映射出簡單（僅兩個調(diào)控節(jié)點）如何孕育復雜性的奧秘。
    2025-04-10
  • 深圳先進院團隊首次證實外周神經(jīng)系統(tǒng)存在小膠質(zhì)細胞
    北京時間4月7日23時，中國科學院深圳先進技術研究院定量合成生物學全國重點實驗室李漢杰團隊在國際學術期刊《細胞》發(fā)表最新研究，首次證實了人體外周神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)存在小膠質(zhì)細胞。這一成果為探索外周神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育及其疾?。ㄈ缏蕴弁?、嗜神經(jīng)病毒感染等）提供了新視角和潛在靶點。深圳先進院為該研究第一單位。北京時間4月7日23時，中國科學院深圳先進技術研究院定量合成生物學全國重點實驗室李漢杰團隊在國際學術期刊《細胞》發(fā)表最新研究，首次證實了人體外周神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)存在小膠質(zhì)細胞。這一成果為探索外周神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育及其疾病（如慢性疼痛、嗜神經(jīng)病毒感染等）提供了新視角和潛在靶點。深圳先進院為該研究第一單位。值得一提的是，該研究是依托深圳合成生物研究重大科技基礎設施、深圳腦解析與腦模擬重大科技基礎設施，以及中國科學院昆明動物研究所的模式動物表型與遺傳研究國家重大科技基礎設施（靈長類設施）產(chǎn)出的重要成果，進一步凸顯了大科學設施為解決重大科學問題提供的關鍵支撐作用。審稿人對該成果給予了高度評價：“這是一項極為重要的新發(fā)現(xiàn)，突破了現(xiàn)有的認知框架。此前，我們一直認為中樞神經(jīng)系統(tǒng)之外不存在小膠質(zhì)細胞，然而作者通過強有力的實驗證據(jù)，證明了外周神經(jīng)系統(tǒng)中小膠質(zhì)細胞的存在，這一發(fā)現(xiàn)打破了傳統(tǒng)認知。”????改寫神經(jīng)免疫領域傳統(tǒng)定論免疫細胞是免疫系統(tǒng)的重要部分，分布于身體的各個組織器官，在胚胎發(fā)育、器官形成、維持身體穩(wěn)定以及影響疾病發(fā)生發(fā)展等多方面發(fā)揮著重要的作用。其中，小膠質(zhì)細胞在中樞神經(jīng)發(fā)育、免疫監(jiān)視及退行性病變（如阿爾茲海默癥、帕金森綜合征）等過程中扮演重要角色，但自1919年被發(fā)現(xiàn)以來，小膠質(zhì)細胞一直被認為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)特有的免疫細胞亞群。2023年9月，李漢杰團隊在《細胞》發(fā)表的研究成果中，首次在國際上繪制了覆蓋組織范圍最廣、時間跨度最長、采樣密度最高的人類免疫系統(tǒng)發(fā)育圖譜，并由此觀察到人體發(fā)育早期的皮膚、心臟和睪丸等多個外周組織中存在大量的小膠質(zhì)細胞，一舉打破了小膠質(zhì)細胞僅存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的傳統(tǒng)認知?；谇捌谘芯炕A，李漢杰團隊進而提出一個大膽猜想：在外周神經(jīng)系統(tǒng)中或許也存在小膠質(zhì)細胞?！捌鸪酰覀冎挥^察到小膠質(zhì)細胞在除中樞神經(jīng)系統(tǒng)以外的其他組織中出現(xiàn)，但具體是否存在于外周神經(jīng)系統(tǒng)并未確認，于是開啟了一年多的‘自由探索’?！闭撐牡谝蛔髡邊侵旧貞浀溃@項研究需要在食蟹猴和豬等各種體型大小各異的非經(jīng)典模式動物上開展，團隊不僅要從野外、養(yǎng)殖場收集生物樣本，且由于傳統(tǒng)的研究手段無法運用到非經(jīng)典實驗動物中，還需要重新搭建研究體系?！拔覀冊谂R床樣本、食蟹猴樣本和豬樣本的外周神經(jīng)節(jié)中，觀察到了一類與大腦小膠質(zhì)細胞基因特征相同的細胞類群。而外周神經(jīng)節(jié)恰好是外周神經(jīng)系統(tǒng)的一部分，負責接收和傳遞外周的感覺信息到大腦。”吳志生說道。為了確保結(jié)果的準確性，研究團隊又通過表觀遺傳特征、細胞溯源分析以及功能實驗等實驗，進一步確認了中樞神經(jīng)和外周神經(jīng)系統(tǒng)中的小膠質(zhì)細胞不僅在表觀遺傳特征上高度相似，且均起源于卵黃囊來源的前體細胞，在功能上也具有一定的相似性，從而證實了“外周神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細胞”的存在。????存在于約4.3億年前，與體型大小相關為了探尋外周神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細胞的演化歷程，研究人員進一步對24種脊椎動物的外周神經(jīng)節(jié)進行分析，涵蓋了魚類、兩棲類、爬行類和哺乳類。他們發(fā)現(xiàn)，外周神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細胞起源古老，至少在約4.3億年前硬骨魚類的共同祖先時期，這類細胞就已出現(xiàn)在生物演化進程中。通過系統(tǒng)演化分析顯示，外周神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細胞的數(shù)量和物種體型大小、外周神經(jīng)元胞體大小呈顯著正相關。“也就是說，物種體型越大，外周神經(jīng)元胞體越大，外周神經(jīng)系統(tǒng)中的小膠質(zhì)細胞數(shù)量也就越多；反之，物種體型越小，其胞體越小，外周神經(jīng)系統(tǒng)中的小膠質(zhì)細胞數(shù)量也就越少甚至完全缺失?！眳侵旧榻B。這意味著，在進化中，外周神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細胞對大體型物種的神經(jīng)元發(fā)育與成熟起到關鍵作用，它根據(jù)遠古時代經(jīng)自然選擇機制保留下來，逐漸進化成數(shù)量與脊椎動物體型相關的免疫細胞?！巴庵苌窠?jīng)系統(tǒng)的小膠質(zhì)細胞在小鼠和大鼠這一類體型較小的脊椎動物中并不存在。這或許是因為以往的科學研究主要依賴小鼠和大鼠作為模式生物，導致這類細胞一直未被發(fā)現(xiàn)?！闭撐耐ㄓ嵶髡呃顫h杰研究員表示。此外，研究團隊在解析結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)神經(jīng)科學教科書中的外周神經(jīng)元結(jié)構(gòu)的“神經(jīng)元-衛(wèi)星膠質(zhì)細胞”二元結(jié)構(gòu)不同，外周神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細胞在較大體型物種中直接接觸并包裹外周神經(jīng)元胞體，形成“神經(jīng)元-小膠質(zhì)細胞-衛(wèi)星膠質(zhì)細胞”三元結(jié)構(gòu)，進一步刷新了科學界對人體外周神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的認知。???“大設施+大科學”，產(chǎn)出大成果近年來，我國的重大科技基礎設施建設進入快速發(fā)展時期，一批大科學設施建成運營，通過“大設施+大科學”的協(xié)同創(chuàng)新模式，重大成果不斷涌現(xiàn)，為科技強國建設和經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展提供了堅實支撐。2024年12月，由深圳先進院牽頭建設的合成生物、腦解析與腦模擬重大科技基礎設施宣布正式啟用，為國家科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級注入強勁動力?！霸撗芯康耐黄齐x不開大科學設施的關鍵性支撐?！崩顫h杰介紹，在該研究中，研究團隊利用深圳合成生物研究重大科技基礎設施的自動化、高通量、標準化平臺，對多物種的中樞及外周神經(jīng)系統(tǒng)免疫細胞進行無偏差單細胞轉(zhuǎn)錄組測序與生物信息學分析，重點研究了外周神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細胞的發(fā)育分化及跨物種比較；利用深圳腦解析與腦模擬重大科技基礎設施開展了模式動物神經(jīng)電信號分析研究。在進行跨物種的系統(tǒng)演化分析中，研究團隊借助中國科學院昆明動物研究所的模式動物表型與遺傳研究國家重大科技基礎設施（靈長類設施）、國家非人靈長類實驗動物資源庫平臺，使得非人靈長類等多物種的采樣與研究順利進行。當前，大科學設施已成為科技創(chuàng)新的重要利器?！霸撗芯砍晒癸@了我國重大科技基礎設施的創(chuàng)新能力，重大科技基礎設施通過設備資源共享、人才交流合作等機制，實現(xiàn)科學研究重大發(fā)現(xiàn)?！崩顫h杰表示，該研究成果的發(fā)現(xiàn)不僅印證了多平臺聯(lián)動的科研價值，也為后續(xù)生命科學領域的重大攻關提供了實踐經(jīng)驗。未來，隨著我國大科學設施網(wǎng)絡的不斷完善，設施間的協(xié)同效應將持續(xù)釋放，為源頭創(chuàng)新和技術突破注入更強動力。文章上線截圖論文通訊作者李漢杰（后排）與論文第一作者吳志生交流實驗結(jié)果李漢杰團隊合影團隊利用深圳合成生物研究重大科技基礎設施開展研究
    2025-04-08
  • 華南植物園揭示亞熱帶森林演替中物種多樣性通過功能優(yōu)勢性影響地上生物量
    已有控制實驗研究表明，物種功能多樣性和功能優(yōu)勢性共同影響植物群落的地上生物量，且隨著時間推移，功能多樣性對地上生物量的影響逐漸增強。然而，在自然森林演替進程中，這兩者對樹木地上生物量的相對貢獻尚不明確。針對這一科學問題，中國科學院華南植物園恢復生態(tài)學團隊博士后古春鳳以鼎湖山森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測站中代表早期、中期和晚期演替階段的森林為研究對象，利用2010至2020年間森林固定樣地的樹木監(jiān)測數(shù)據(jù)，探討不同演替階段中樹種物種多樣性是否以及如何通過基于五個關鍵功能性狀的群落功能多樣性（互補性假說）和功能優(yōu)勢性（生物量比率假說）來影響地上生物量。研究結(jié)果表明，在亞熱帶森林演替過程中，物種多樣性主要通過影響群落的功能優(yōu)勢性來影響地上生物量。具體而言，在演替早期，具有快速葉經(jīng)濟譜性狀的樹種占主導地位，其對地上生物量產(chǎn)生負向影響；而在演替晚期，高大樹種的主導性則對地上生物量產(chǎn)生正向作用。同時，雖然功能多樣性對地上生物量的正向作用在演替過程中逐漸增強，但其影響主要是通過調(diào)節(jié)功能優(yōu)勢性的表達而實現(xiàn)。該研究明確了在森林演替過程中，功能優(yōu)勢性所代表的生物量比率假說是影響樹種多樣性和地上生物量關系的主要機制。研究結(jié)果對理解森林生態(tài)系統(tǒng)功能維持機制具有重要意義，也為生態(tài)恢復和森林管理實踐提供了理論依據(jù)，強調(diào)在恢復過程中需關注并合理配置具關鍵功能性狀的優(yōu)勢樹種，以提升生態(tài)系統(tǒng)功能。相關研究成果已近期在線發(fā)表在生態(tài)學期刊?Journal of Plant Ecology（《植物生態(tài)學報》）。該研究得到了國家自然科學基金和中國科學院華南植物園項目的資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1093/jpe/rtaf038圖1.?不同演替階段樹木地上生物量與各個預測變量之間關系的混合效應模型結(jié)果。(a)–(c) 展示了早期、中期和晚期演替階段中，樹木地上生物量與各預測變量之間關系的標準化估計系數(shù)及其95%置信區(qū)間。圖中堆疊柱顯示各預測變量組的相對重要性，反映其對地上生物量解釋能力的貢獻大小。統(tǒng)計顯著性水平分別以 *P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001 標注。<!--!doctype-->
    2025-04-08
  • 華南植物園助力三種瀕危報春苣苔成功回歸原生境
    喀斯特洞穴是生物多樣性和特有性的熱點區(qū)域，受人為活動和氣候變化的影響，許多洞穴植物面臨著極高的滅絕風險。如何在原生洞穴就地保護這些特有植物的同時，尋找其它可能的替代棲息地，成為當前洞穴植物保護亟待解決的問題。報春苣苔屬（Primulina）植物是我國南方喀斯特地區(qū)最具代表性的植物類群，由于喀斯特的“孤島”性質(zhì)，大多數(shù)報春苣苔屬植物都是分布范圍極為狹窄的特有種，通常僅限于喀斯特地區(qū)特定的微生境中，許多物種的生存受到了嚴重的威脅，亟需搶救保護。懷集報春苣苔（P. huaijiensis）、紅花報春苣苔（P. rubella）和封開報春苣苔（P. fengkaiensis）是喀斯特洞穴典型瀕危種。其中，懷集報春苣苔野生個體數(shù)量僅剩3株，被評估為極危（CR）；紅花報春苣苔已經(jīng)野外滅絕（EW）；封開報春苣苔現(xiàn)存種群約500株，被評估為易危（VU）。為了復壯懷集報春苣苔種群、重建紅花報春苣苔種群、探索喀斯特洞穴植物多樣性保護策略，中國科學院華南植物園引種保育團隊對三種報春苣苔屬植物進行了跨洞穴和同一洞穴不同微生境的交互移植-重植試驗（recoprocal transplant experiments）。通過持續(xù)監(jiān)測回歸種群的生長狀況，并對其存活率、表型、光合效率、抗氧化酶活性等指標進行綜合分析，發(fā)現(xiàn)將三種報春苣苔移植至氣候條件相似的異質(zhì)洞穴“弱光區(qū)”種植，其生長表現(xiàn)較好；光照強度、相對濕度以及土壤養(yǎng)分是影響它們生長的核心限制因子。該研究為巖溶洞穴區(qū)域植物多樣性保護提供了新路徑：在優(yōu)先原生洞穴就地保護的同時，可選擇生境相似的喀斯特洞穴作為遷移或回歸的棲息地，構(gòu)建天然種質(zhì)資源庫。相關研究結(jié)果以“Experimental translocation of?Primulina?species provides insights into the conservation of threatened karst cave plants”為題，于近期發(fā)表在生物多樣性保護領域?qū)I(yè)期刊Global Ecology and Conservation（《全球生態(tài)與保護》）上。華南植物園李夢靈為論文第一作者，劉慧和寧祖林為論文共同通訊作者，劉蓉、李冬梅、董書鵬參與了相關工作。該研究得到廣東省重點領域研發(fā)計劃項目和廣東省科技計劃項目資助的支持。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.gecco.2025.e03531圖1. 三種報春苣苔屬植物移植后的生長情況圖2. 三種報春苣苔屬植物在四個回歸地點的葉綠素熒光參數(shù)圖3. 報春苣苔屬植物對不同喀斯特洞穴及洞穴微生境的適應性
    2025-04-08