科研進展
  • 華南植物園等發(fā)表茜草科1新族和1新屬
    ????茜草科（Rubiaceae）是被子植物第四大科（以物種數(shù)計），含71族、580屬、約14000種。茜草科植物除了具有較高的物種多樣性以外，另一個有趣的現(xiàn)象是該科具有極高比例的單型族和單型屬，即許多族或?qū)傧聝H含1個物種。已有研究表明，茜草科中單型屬的占比高達34.5%。由于部分茜草科類群未被充分研究，該科植物中是否存在更多的單型族或單型屬還未可知。????中國科學(xué)院華南植物園涂鐵要、張奠湘等學(xué)者聯(lián)合廣東省林業(yè)科學(xué)研究院謝佩吾副研究員、美國國家標本館Jun Wen教授、瑞典自然歷史博物館茜草科專家（Sylvain G. Razafimandimbison）等對采自廣東、廣西、云南以及越南、馬來西亞、尼泊爾、泰國等地的茜草科水錦樹屬等類群進行了詳細的形態(tài)學(xué)和分子系統(tǒng)學(xué)研究，研究結(jié)果表明水錦樹屬并非單系類群，其中垂枝水錦樹和丁茜族互為姐妹類群，但是未發(fā)現(xiàn)二者之間存在明顯的共衍征。和其它9個近緣族相比，垂枝水錦樹不僅系統(tǒng)發(fā)育位置獨立于茜草科其它各族，其形態(tài)特征也十分獨特：葉二列排列或3-4枚輪生；花序復(fù)傘圓錐狀；柱頭棒狀、具花粉二次呈現(xiàn)現(xiàn)象；子房二室、胚珠多數(shù)；蒴果室背開裂；種子三角錐形等?；诖怪λ\樹在茜草科中獨立的系統(tǒng)位置和獨特的形態(tài)特征，新成立茜草科1新族、1新屬和1新組合，即棒柱茜族（Clavistigmateae T. Y. Tu et P. W. Xie）、棒柱茜屬(Clavistigma T. Y. Tu et P. W. Xie)和垂枝棒柱茜(Clavistigma pendulla (Wall.) T. Y. Tu et P. W. Xie)。至此，茜草科中族和屬的總數(shù)分別達到72族和581屬。????該研究結(jié)果提示應(yīng)當優(yōu)先對茜草科中一些形態(tài)獨特的種類開展經(jīng)典分類學(xué)和分子系統(tǒng)學(xué)研究以不斷完善茜草科族一級和屬一級分類系統(tǒng)，同時，此類研究對茜草科植物的生物地理起源和物種分化模式也具有重要科學(xué)意義。相關(guān)研究結(jié)果已近期在線發(fā)表于生物多樣性專業(yè)期刊Biological Diversity（《生物多樣性》）上。華南植物園涂鐵要副研究員為論文第一作者，廣東省林業(yè)科學(xué)研究院謝佩吾副研究員為論文通訊作者。該研究得到了廣東省林木種質(zhì)資源調(diào)查項目和國家自然基金項目的支持。論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/bod2.12013圖1. 茜草科木蘭茜亞科系統(tǒng)發(fā)育；圖2. 垂枝水錦樹和丁茜形態(tài)特征；圖3. 木蘭茜亞科族一級分化時間。
    2024-09-25
  • 亞熱帶所研究團隊在跨氣候帶尺度農(nóng)田土壤有機碳形成途徑與保護機制研究取得系列進展
    稻田和旱地作為我國兩類最主要農(nóng)業(yè)土地利用類型，同步分布于中國東部糧食主產(chǎn)區(qū)，并擔負著我國大宗農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的重任。稻田長期淹水耕作下土壤水分條件顯著區(qū)別于旱地土壤，系統(tǒng)研究跨氣候帶尺度稻田和旱地土壤有機碳形成途徑與保護機制，對我國東部糧食主產(chǎn)區(qū)耕地地力和土壤固碳減排管理均具有重要意義。稻田和旱地作為我國兩類最主要農(nóng)業(yè)土地利用類型，同步分布于中國東部糧食主產(chǎn)區(qū)，并擔負著我國大宗農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的重任。稻田長期淹水耕作下土壤水分條件顯著區(qū)別于旱地土壤，系統(tǒng)研究跨氣候帶尺度稻田和旱地土壤有機碳形成途徑與保護機制，對我國東部糧食主產(chǎn)區(qū)耕地地力和土壤固碳減排管理均具有重要意義。亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)所蘇以榮研究員、陳香碧研究員團隊，運用區(qū)域調(diào)研、生物標識物分析結(jié)合同位素示蹤模擬試驗，系統(tǒng)解析了我國東部跨氣候帶尺度稻田和旱地土壤有機碳積累差異、形成途徑及其內(nèi)在機理。近5年來，發(fā)表SCI論文9篇，包括Global Change Biology、Biology and Fertility of Soils、Agriculture,Ecosystems and Environment、Soil and Tillage Research、Catena、Journal of Soils and Sediments、European Journal of Soil Science等期刊。進展一：明確了長期農(nóng)業(yè)利用塑造的土壤碳氮磷含量和計量比特征基于大樣本分析，發(fā)現(xiàn)我國東部四個氣候帶相鄰稻田、旱地和林地表層土壤C、N、P的含量和計量比呈現(xiàn)大致一致的特征：與相鄰林地相比，長期旱地利用降低C含量、增加P含量，造成C:N、C:P和N:P降低；稻田較林地C、N、P含量均增加，但N、P增加幅度高于C，導(dǎo)致C:N、C:P降低；南方比北方對農(nóng)業(yè)利用的響應(yīng)更強烈。區(qū)域尺度上土壤元素限制規(guī)律：四個區(qū)域旱地均呈現(xiàn)出的C、N限制和P富集，亞熱帶林地表現(xiàn)為P限制，暖溫帶地區(qū)C、N限制（圖1）。圖1 四個氣候區(qū)土壤碳氮磷賦存規(guī)律進展二：闡明了稻田和旱地土壤有機碳的來源和穩(wěn)定性規(guī)律，揭示了稻田比旱地土壤具有強有機碳積累能力的微生物學(xué)機理分析四個氣候帶240對相鄰稻田和旱地土壤有機碳含量，發(fā)現(xiàn)稻田土壤有機碳積累效率比相鄰旱地土壤高39%~127%，且以亞熱帶地區(qū)差異最大，突出了該區(qū)稻田土壤強大的固碳能力。進一步量化了兩類土壤中植物殘體和微生物殘留物來源碳對總有機碳積累的貢獻，發(fā)現(xiàn)長期稻作下土壤積累的有機碳以植物殘體（33%~54%）大于微生物殘留物（28%~36%），而旱作下以微生物殘留物（40%~59%）大于植物殘體（19%~42%），且稻田土壤中植物殘體來源碳的數(shù)量是旱地土壤的3.3倍，即稻田土壤突出的碳固持能力歸因于植物殘體大量積累?；诖?，構(gòu)建了稻田和旱地土壤有機碳形成途徑的理論模型（圖2）。圖2 稻田和旱地土壤有機碳形成途徑機理論證：采用短期18O-H2O示蹤培養(yǎng)試驗，監(jiān)測土壤“老碳”的微生物代謝過程，發(fā)現(xiàn)：與旱地土壤相比，稻田土壤微生物的生長速率更高、呼吸速率更低，使得其土壤微生物碳利用效率更高。盡管如此，稻田較旱地土壤微生物對碳源的攝取效率低，表明稻田土壤有機碳轉(zhuǎn)化和積累過程微生物參與程度較低。基于短期13C標記培養(yǎng)試驗，監(jiān)測微生物對“新碳”的合成代謝過程，發(fā)現(xiàn)：稻田土壤13C標記微生物活體碳含量是相鄰旱地的38%~71%，進而引起稻田13C標記微生物殘體碳含量是旱地的26%~55%，尤其是真菌殘留物的含量遠低于旱地土壤。因此，稻田較旱地土壤擁有更高的有機碳含量是由于其更弱的微生物碳攝取強度和代謝效率（圖3）。圖3 稻田和旱地土壤微生物對碳源合成代謝概念圖進展三：從團聚體和礦物保護、微生物代謝角度，闡釋了南方和北方農(nóng)田土壤有機碳保護的差異機理南方和北方氣候條件、土壤屬性、耕作頻率差異極大，可能影響土壤有機碳積累的團聚體和礦物保護以及微生物代謝過程。采用密度和粒徑分級結(jié)合同位素示蹤試驗，發(fā)現(xiàn)：團聚體保護態(tài)有機碳對稻田和旱地全土有機碳積累的貢獻從北到南減少；游離礦物結(jié)合態(tài)有機碳的貢獻率呈遞增趨勢；微生物殘體碳對游離礦物結(jié)合態(tài)有機碳的貢獻率從北到南增加。因此，我國東部北方農(nóng)田土壤有機碳積累受團聚體保護主導(dǎo)，南方受礦物保護主導(dǎo)，且北方微生物合成代謝對有機碳積累的參與程度弱于南方（圖4）。圖4 南方和北方農(nóng)田土壤有機碳保護機制論文鏈接：1?2?3?4?5?6?7?8?9
    2024-09-25
  • 廣州健康院合作開發(fā)抗實體腫瘤的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶/組蛋白去乙酰化酶的雙效抑制劑
    近日，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院孔祥謙研究員與山東大學(xué)藥學(xué)院侯旭奔副教授團隊合作，以“Development of a First-in-Class DNMT1/HDAC Inhibitor with Improved Therapeutic Potential and Potentiated Antitumor Immunity”為題在美國化學(xué)會期刊Journal of Medicinal Chemistry上發(fā)表論文，報道了一系列新型、高效的DNMT1/HDAC雙效抑制劑。表觀遺傳修飾異常是惡性腫瘤發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動力。其中，啟動子區(qū)DNA過度甲基化和組蛋白乙酰化缺失在癌癥中廣泛存在，是導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)錄失調(diào)和異常譜系分化的重要因素。目前，已有多種DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMTs)和組蛋白去乙?；?HDACs)抑制劑獲批用于血液系統(tǒng)腫瘤治療。然而，這些藥物的代謝穩(wěn)定性差，治療窗口窄，實體瘤治療效果不足，臨床治療亟需發(fā)現(xiàn)新型表觀遺傳藥物或探索聯(lián)用方案。在該研究中，團隊通過融合DNMT1和HDAC抑制劑的關(guān)鍵藥效基團，獲得了一系列DNMT1/HDAC雙效抑制劑。其中，化合物(R)-23a在體外和細胞中對DNMT1和Class-I HDAC表現(xiàn)出有效的“在靶”抑制活性，從而逆轉(zhuǎn)腫瘤特異性DNA高甲基化和組蛋白低乙?；?。與DNMT1或HDAC單靶點抑制劑相比，化合物(R)-23a引起更為顯著的轉(zhuǎn)錄組變化，包括激活多個表觀遺傳沉默的抑癌基因和下調(diào)關(guān)鍵致癌基因。在抗腫瘤活性和安全性方面，DNMT1/HDAC雙效抑制劑(R)-23a可通過直接殺傷腫瘤細胞，或重編程腫瘤免疫微環(huán)境，進而誘導(dǎo)實體腫瘤的消退，其抗腫瘤活性和安全性優(yōu)于單一靶點藥物聯(lián)用。該研究提供一種新型DNMT1/HDAC雙效抑制劑，能夠有效逆轉(zhuǎn)表觀遺傳修飾異常，進而發(fā)揮抗實體瘤活性，為新型抗腫瘤藥物的研發(fā)和基于異常譜系重塑的腫瘤治療新策略提供藥物先導(dǎo)化合物。廣州健康院博士生郭鏵慧，山東大學(xué)博士生常英杰、李雪為本文共同第一作者。侯旭奔副教授和孔祥謙研究員為該論文共同通訊作者。該研究得到山東大學(xué)方浩教授、中國科學(xué)院上海藥物所羅成研究員、國科大杭州高等研究院李智海副研究員的大力幫助，還得到國家自然科學(xué)基金、山東省泰山學(xué)者項目、中國科學(xué)院和珠江人才計劃等項目支持。論文鏈接DNMT1/HDAC雙效抑制劑(R)-23a設(shè)計策略及活性數(shù)據(jù)
    2024-09-25
  • 南海海洋所研究團隊揭示兩類大西洋尼諾對西非和南美氣候的不同影響
    中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室（LTO）、全球海洋與氣候研究中心（GOCRC）以及廣東省海洋遙感重點實驗室（LORS）的王春在研究員研究團隊，近期揭示了大西洋尼諾中部型（CAN）和東部型（EAN）對西非與南美夏季風系統(tǒng)的不同影響及其作用機制。該研究成果發(fā)表在Nature子刊 npj Climate and Atmospheric Science上，第一作者為LTO研究員邢雯，通訊作者為研究員王春在，參與研究的還包括LTO研究員張磊、博士后陳柏洋及博士生劉衡。非洲西部以及南美洲地區(qū)降水受季風系統(tǒng)的顯著調(diào)控，因此準確預(yù)測季風降水變化對于當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)、水資源管理和災(zāi)害預(yù)防具有重要意義。大西洋尼諾，即熱帶大西洋海表溫度異常增暖現(xiàn)象，顯著影響這些地區(qū)的季風降水。此前的研究通常將大西洋尼諾視為一個統(tǒng)一現(xiàn)象。然而，最近的研究將大西洋尼諾劃分為中部型（CAN）和東部型（EAN）兩種類型，分別對應(yīng)大西洋中部和東部的海溫增暖。這兩種類型的大西洋尼諾對全球氣候系統(tǒng)的影響各不相同，特別是在西非和南美的季風降水方面。研究結(jié)果顯示，EAN顯著增強了西非的夏季風降水，特別是在幾內(nèi)亞灣沿岸，EAN解釋了超過40%的降水變率。這一現(xiàn)象主要是由于東大西洋海溫變暖導(dǎo)致了強烈的水汽輻合（圖1a-b）。相比之下，CAN則對南美的夏季降水產(chǎn)生了更顯著的影響，表現(xiàn)為亞馬遜盆地降水減少和巴西東部降水增加的偶極型分布。這種降水分布與中部大西洋海溫升高引發(fā)的氣旋性環(huán)流密切相關(guān)，環(huán)流將更多的水汽從大西洋輸送至巴西東部，導(dǎo)致該地區(qū)降水增加，而亞馬遜盆地因水汽減少，降水受到抑制（圖1c-d）?；贑AN和EAN對不同地區(qū)季風降水的差異性影響，研究團隊探討了區(qū)分這兩類尼諾事件是否能夠提高季節(jié)降水預(yù)測的準確性。結(jié)果表明，使用EAN事件作為預(yù)測因子時，預(yù)測西非夏季降水的準確性顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的大西洋尼諾指數(shù)（圖2）。同樣，在預(yù)測巴西東部和亞馬遜盆地降水時，使用CAN事件的預(yù)測技巧也明顯提高。該研究揭示了將大西洋尼諾現(xiàn)象細分為不同類型有助于提高季風降水的預(yù)測準確性，并為理解和預(yù)測熱帶大西洋區(qū)域氣候系統(tǒng)提供了新視角。本研究得到了國家自然科學(xué)基金重大項目、國家重點研發(fā)計劃項目和中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項的資助。相關(guān)論文信息：Xing,W.,Wang,C.,Zhang,L.,Chen,B. & Liu,H. (2024). Influences of Central and Eastern Atlantic Ni?o on the West African and South American summer monsoons.? npj Clim. Atmos. Sci.,7,214.原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41612-024-00762-7圖1. 東部型（EAN）以及中部型（CAN）大西洋尼諾事件對應(yīng)的降水及環(huán)流異常結(jié)構(gòu)。（a-b）EAN指數(shù)與北半球夏季降水（a），SLP以及850hPa風場（b）的回歸；（c-d）與（a-b）類似，但為CAN指數(shù)與南半球夏季降水與環(huán)流的回歸。點狀陰影區(qū)域以及黑色矢量箭頭代表顯著性超過95%信度檢驗圖2. 利用不同大西洋尼諾指數(shù)對西非及南美夏季降水預(yù)測技巧對比。（a）利用CAN指數(shù)（CANI，黃色）、EAN指數(shù)（EANI，桔色）以及傳統(tǒng)大西洋尼諾指數(shù)（ATL3，紫色）對非洲西部降水預(yù)測技巧對比。（b）、（c）與（a）類似，但為巴西東部（b）以及亞馬遜地區(qū)（c）
    2024-09-24
  • 亞熱帶所環(huán)江站研究揭示明清時期人類干擾加劇喀斯特洼地侵蝕產(chǎn)沙
    中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站王克林研究員團隊在歷史時期人類擾動對我國西南喀斯特地區(qū)土壤侵蝕的影響取得重要進展中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站王克林研究員團隊在歷史時期人類擾動對我國西南喀斯特地區(qū)土壤侵蝕的影響取得重要進展，相關(guān)研究成果近期以Human disturbance exacerbated erosion and deposition in the karst peak-cluster depressions during the Ming and Qing dynasties為題發(fā)表在Science China-Earth Sciences（中英文版）。大規(guī)模生態(tài)修復(fù)背景下，我國西南喀斯特地區(qū)成為近20年來全球植被覆蓋“變綠”的熱點區(qū)，然而，受碳酸鹽巖地質(zhì)背景制約，部分喀斯特地區(qū)人為破壞后自然恢復(fù)的植被正向演替緩慢，白云巖地區(qū)植被自然恢復(fù)以草叢為主，而石灰?guī)r地區(qū)常常形成相對穩(wěn)定的低矮灌叢，森林景觀恢復(fù)困難，影響喀斯特地區(qū)“變綠”的可持續(xù)性。亟需了解歷史時期的人類擾動事件對當前西南喀斯特地區(qū)難成林區(qū)石漠化的影響，以指導(dǎo)未來喀斯特地區(qū)精準還林還草。據(jù)史料記載與文獻分析，人為毀林是造成石漠化的重要原因之一，但歷史文獻記載較為零散、且可能有一定的主觀性，難以連續(xù)且定量衡量一個地區(qū)石漠化演變歷史。針對這一問題，王克林團隊利用人類干擾下喀斯特洼地沉積物的充填過程及沉積物賦存的歷史環(huán)境信息，來剖析歷史時期的流域地表過程及人類干擾成因基于洼地沉積物137Cs、210Pb和炭屑14C定年技術(shù)，量化了近五百年來洼地沉積物的沉積速率及產(chǎn)沙模數(shù)變化，結(jié)果表明明清時期產(chǎn)沙模數(shù)(2.51~13.11t ha?1 a?1)顯著高于近百年(0.95~6.99t ha-1 a-1)，近百年來的前40年（1921-1963年）產(chǎn)沙模數(shù)高于近60年（1963-2021年）；并建立了歷史時期（1500~2000 年）人口、耕地、糧食及森林面積等變化與同期毀林事件的經(jīng)驗聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)在明末清初(1628~1700年)瑤族遷徙、1573~1620年玉米引種后，廣西全區(qū)的人口與耕地增加了3倍以上，而森林面積顯著減少。研究表明，明清時期(1500~1800年)人類干擾是喀斯特森林破壞、洼地沉積加快的主要原因。該研究結(jié)合沉積物記錄和史料記載，闡明了喀斯特地區(qū)歷史人類擾動對自然環(huán)境演變的影響，對認識石漠化演變歷史、理解當前植被恢復(fù)、評估和預(yù)測未來喀斯特植被恢復(fù)趨勢和造林潛力有重要意義。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項目和國家重點研發(fā)計劃項目的資助。論文鏈接圖1 喀斯特洼地人類擾動與侵蝕產(chǎn)沙沉積過程?圖2 歷史時期以來廣西喀斯特地區(qū)人類擾動事件及人口、糧食、耕地與森林面積變化
    2024-09-23
  • 華南植物園揭示亞熱帶河口紅樹林土壤有機碳來源
    ???紅樹林是重要的濱?！八{碳”生態(tài)系統(tǒng)，具有強大的碳匯功能，對全球碳循環(huán)有深遠的影響。近年來，紅樹林濕地沉積物有機碳的來源和埋藏特征已成為國內(nèi)外研究熱點，但對河口紅樹林濕地相關(guān)研究較少，特別是沉積物有機碳來源和生物地球化學(xué)循環(huán)過程亟需開展深入研究。????中國科學(xué)院華南植物園生態(tài)中心海岸帶生態(tài)系統(tǒng)過程與環(huán)境健康研究組在珠海淇澳紅樹林自然保護區(qū)開展的野外實驗回答了這一科學(xué)問題。該研究團隊通過分析對不同潮位下土壤中總有機碳（TOC）、總氮（TN）、穩(wěn)定碳氮同位素（δ13C、δ15N）值及植物來源生物標志物（木質(zhì)素酚），以區(qū)分土壤有機碳的來源。C/N比值與木質(zhì)素酚生物標志物的結(jié)合使用，已被證明是揭示有機碳來源的有效方法?；贑/N比與δ13C的三端元貝葉斯混合模型結(jié)果顯示，近岸紅樹林群落土壤中，有機碳的主要來源是原位植物的貢獻（占比62%），其次是陸源（27%）和海源（11%）的貢獻。隨著距離海岸線的增加，靠海紅樹林群落中土壤有機碳的來源逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殛懺矗?3%）和海源（35%）為主。潮位的高位和植被類型被認為是影響土壤有機碳來源的重要因素。本研究不僅深入探討了紅樹林濕地中有機碳的來源及其動態(tài)變化，而且為未來藍碳平衡的監(jiān)測和濕地管理提供了重要的科學(xué)依據(jù)。研究者建議加強沿海植被的保護與管理，以確保這些生態(tài)系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮其作為高效碳匯的功能。????上述研究成果已近期在線發(fā)表在國際土壤學(xué)專業(yè)期刊Catena（《土壤學(xué)報》）上。中國科學(xué)院華南植物園博士后覃國銘為論文的第一作者，研究組長王法明研究員為論文通訊作者。該項研究得到國家自然科學(xué)基金、廣東省重點研發(fā)計劃、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、“一帶一路”科學(xué)組織國際合作項目、中國科學(xué)院基礎(chǔ)研究青年團隊和青年創(chuàng)新促進會等項目的共同資助。文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.catena.2024.108401
    2024-09-22
  • 南海海洋所科研團隊發(fā)現(xiàn)PNAS揭示海洋巨型單細胞多核鈣化藻基因組異源多倍化與生物鈣化機制
    近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所中國科學(xué)院熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點實驗室（LMB）林強研究員團隊，聯(lián)合廈門大學(xué)、美國康涅狄格大學(xué)、青島華大基因等研究機構(gòu)，率先獲得了海洋典型鈣化藻-仙掌藻和叉節(jié)藻的全基因組，揭示了仙掌藻基因組異源多倍化與不對稱進化機制，闡明了鈣化藻生物鈣化與單細胞多核發(fā)生的遺傳與分子調(diào)控機理。相關(guān)研究成果以Article形式發(fā)表于國際著名綜合性期刊《PNAS》。仙掌藻是一類胞外鈣化綠藻，盡管其植株能夠生長至30厘米，卻僅由一個管狀細胞構(gòu)成，是真正的“巨型單細胞”；而叉節(jié)藻則是一類次級細胞壁內(nèi)鈣化的紅藻，主要生活在淺海的島礁區(qū)域。已有研究表明藻類的鈣化性狀影響了其對島礁環(huán)境的適應(yīng)能力，如機械穩(wěn)定性增強、抵御捕食者以及光合效率升高等，從而維持了較高的生長速率和生物量。盡管學(xué)術(shù)界長期以來一直關(guān)注海洋鈣化藻的發(fā)生與演化規(guī)律，但是關(guān)于藻類鈣化復(fù)雜性狀的進化與遺傳學(xué)基礎(chǔ)及其分子調(diào)控機制問題均一直懸而未解。針對鈣化藻本身具有細菌污染程度高的特征，研究團隊構(gòu)建了全基因組中細菌序列去除方案，從而獲得了高質(zhì)量的仙掌藻和叉節(jié)藻基因組?；诖?，團隊研究揭示了仙掌藻 “巨型單細胞”通過調(diào)節(jié)細胞質(zhì)內(nèi)細胞核數(shù)量、倍性以及擴張細胞骨架動力調(diào)控和相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子基因家族來維持巨大體型，同時，研究發(fā)現(xiàn)Myo8基因的丟失則可能導(dǎo)致胞質(zhì)不能正常分裂，進而造成單細胞多核的性狀（圖1）。圖1. 兩種鈣化藻類系統(tǒng)演化與仙掌藻核分裂圖示本研究創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)仙掌藻是AAAB型的異源多倍體，并成功分離了仙掌藻的4套亞基因組（圖2）?；蚪M結(jié)構(gòu)進化分析揭示了4套亞基因組的不對稱進化特征，其中S1亞基因組占主導(dǎo)地位，不僅編碼了更多參與離子運輸、有機酸生物合成、堿基合成等重要生物學(xué)過程的高表達直系同源基因，還同步顯著富集了編碼Ca2+運輸?shù)幕?，表明仙掌藻基因組多倍化與其鈣化性狀的耦合關(guān)系。圖2. 仙掌藻異源多倍化及其亞基因組不對稱進化進一步研究發(fā)現(xiàn)，仙掌藻多倍化與亞基因組分化與海平面降低和大氣CO2升高等重要事件相吻合。海平面降低會導(dǎo)致藻體暴露在高光強與紫外線，海水酸化則會促進其鈣質(zhì)溶解，而仙掌藻通過全基因組復(fù)制增強了基因多樣性以應(yīng)對脅迫環(huán)境，在生態(tài)位競爭中占據(jù)了優(yōu)勢并快速實現(xiàn)種群擴張。這一推論也在珊瑚礁鉆井（NK-1）的生物地層演化研究中得到了印證，礁體大型鈣化藻暴發(fā)約在690-600萬年前和360-150萬年前，均發(fā)生在仙掌藻亞基因組分化和多倍化之后不久（圖3）。圖3. 仙掌藻亞基因組分化時間與氣候事件的耦合特征針對仙掌藻和脆叉節(jié)藻的鈣化模式存在明顯差異，本研究深入揭示了仙掌藻胞外鈣化和脆叉節(jié)藻次級細胞壁鈣化的遺傳調(diào)控特征（圖4）。發(fā)現(xiàn)兩種鈣化藻在實現(xiàn)鈣化區(qū)域的鈣化離子飽和與分泌有機基底促進晶體成核發(fā)育方面有明顯差異。仙掌藻中轉(zhuǎn)運鈣化離子的Pmca，V-ATPase和Slc4特異性擴張，脆叉節(jié)藻則顯著擴張了催化碳酸鹽體系離子轉(zhuǎn)化的胞外CA；在有機基底方面，仙掌藻顯著擴張Col1a、Fn3，而脆叉節(jié)藻顯著擴張了細胞壁內(nèi)多聚糖和糖蛋白合成基因家族。多組學(xué)聯(lián)合解析表明，仙掌藻的鈣化反應(yīng)與光合作用緊密耦合，屬于“生物學(xué)過程誘導(dǎo)”的鈣化模式。圖4. 仙掌藻和脆叉節(jié)藻的生物鈣化模型及其遺傳調(diào)控特征上述研究以“Genome of Halimeda opuntia reveals differentiation of subgenomes and molecular bases of multinucleation and calcification in algae”為題，于2024年9月20日在線發(fā)表于《PNAS》。中國科學(xué)院南海海洋研究所副研究員張浩、王信、曲朦、研究員殷建平、聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生于海燕與青島華大基因助理研究員劉小川為本文的共同第一作者，中國科學(xué)院南海海洋研究所林強研究員、廈門大學(xué)王大志教授和美國康涅狄格大學(xué)林森杰教授為共同通訊作者。南海海洋所龍麗娟研究員團隊，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）孫軍教授等參與該項研究。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃等項目聯(lián)合資助。相關(guān)論文信息：Hao Zhang#,Xin Wang#,Meng Qu#,Haiyan Yu#,Jianping Yin#,Xiaochuan Liu#,Yuhong Liu,Bo Zhang,Yanhong Zhang,Zhangliang Wei,Fangfang Yang,Jingtian Wang,Chengcheng Shi,Guangyi Fan,Jun Sun,Lijuan Long,David A. Hutchins,Chris Bowler,Senjie Lin*,Dazhi Wang*,Qiang Lin*. 2024. PNAS. DOI: 10.1073/pnas.2403222121.論文鏈接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2403222121
    2024-09-21
  • 華南植物園揭示殼斗科錐屬物種間相似基因組變異模式形成的進化機制
    ????遺傳變異的形成與維持機制是進化生物學(xué)研究的重要議題。已有研究表明不同物種間的基因組變異模式存在一定的相似性，受到多種進化力量的影響。但是不同進化機制對相似基因組變異景觀形成的貢獻，以及不同機制間復(fù)雜的互作模式尚不清楚。此外，已有的研究大都基于近期快速輻射產(chǎn)生的物種或者少量分化時間較長的物種對，缺乏在長期進化尺度上對基因組變異景觀的系統(tǒng)性研究。????該研究首先組裝了一個高質(zhì)量的甜櫧（Castanopsis eyrei）參考基因組，繼而對我國亞熱帶常綠闊葉林中廣泛分布的12個錐屬物種進行群體水平的取樣，通過基因組重測序獲得了5千多萬個單堿基核酸變異位點（SNP）。群體基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)這些物種的基因組變異格局高度相似，并且遺傳變異水平與重組率以及基因密度高度相關(guān)，說明長期的連鎖選擇和保守的基因組特征共同塑造了相似的基因組變異景觀。本研究進一步通過追蹤多個遺傳參數(shù)間相關(guān)性隨著物種分化時間增加的變化趨勢，證實除背景選擇以外反復(fù)的選擇性清除也是導(dǎo)致基因組相似變異模式的重要驅(qū)動力。最后，本研究通過對不同物種基因組上等位基因分布模式、遺傳負荷積累程度，以及正選擇信號的綜合分析，揭示了種間漸滲特別是適應(yīng)性漸滲對錐屬物種基因組變異模式的影響。????該研究揭示了多種進化力量共同驅(qū)動基因組變異格局的復(fù)雜過程與機制。相關(guān)研究成果已近期發(fā)表在進化生物學(xué)主流期刊Molecular Biology and Evolution（《分子生物學(xué)與進化》）（IF5-year = 15.1）。華南植物園已畢業(yè)博士生陳雪燕和周標峰助理研究員為該論文的共同第一作者，王寶生研究員為通訊作者。本研究主要得到廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究旗艦項目和廣東省重點實驗室項目資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1093/molbev/msae191圖. 錐屬物種基因組變異的驅(qū)動機制。（A）12個錐屬物種間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。（B）遺傳變異、重組率、基因密度、基因流等參數(shù)間的相關(guān)性。（C）遺傳參數(shù)間相關(guān)性隨分化時間增加的變化趨勢。
    2024-09-18
  • 南海海洋所在海洋生物物種分布模型交叉驗證方法研究取得新進展
    近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所林強研究員團隊在海洋生物物種分布模型構(gòu)建中如何選擇交叉驗證方法取得新的研究進展，相關(guān)成果“Cross-validation matters in species distribution models: A case study with goatfish species”于2024年9月17日在線發(fā)表在國際頂尖生態(tài)學(xué)期刊Ecography上。聯(lián)合培養(yǎng)研究生黃紅偉、研究員張志新為本文共同第一作者，研究員林強和張志新為本文共同通訊作者。在全球生物多樣性持續(xù)喪失的背景下，準確評估生物多樣性的空間分布模式對于制定有效的保護和管理策略至關(guān)重要。物種分布模型（SDMs）已成為評估生物多樣性的一種重要工具，它通過分析物種分布數(shù)據(jù)與生態(tài)因子之間的關(guān)系來預(yù)測目標物種的適宜棲息地分布。在模型構(gòu)建過程中，交叉驗證是評估模型預(yù)測性能的關(guān)鍵步驟。交叉驗證通過在不同數(shù)據(jù)集上反復(fù)訓(xùn)練和驗證模型，幫助研究人員選擇最佳模型參數(shù)。雖然隨機交叉驗證方法是最常見的選擇，但最近一些研究者提出了空間交叉驗證方法，以解決隨機交叉驗證忽視空間自相關(guān)性的問題。該研究通過隨機交叉驗證與空間交叉驗證方法，以海洋近海典型魚類—羊魚（Actinopteri: Syngnathiformes: Mullidae）為對象進行模型的參數(shù)優(yōu)化和性能評估。研究發(fā)現(xiàn)，兩種交叉驗證方法在95%的物種中得出了不同的最佳模型參數(shù)組合，并且在預(yù)測當前和未來的棲息地分布方面存在顯著差異（圖1）。隨機交叉驗證方法在預(yù)測性能上可能存在過高估計的風險，而空間交叉驗證方法傾向于保守。圖1 基于隨機交叉驗證和空間交叉驗證方法的模型預(yù)測能力和變量重要性同步研究結(jié)果表明，盡管隨機交叉驗證和空間交叉驗證方法在物種分布預(yù)測上存在差異，但兩者均一致得出印度-澳大利亞群島是羊魚物種豐富度最高的地區(qū)，并且最易受到氣候變化的影響（圖2）。圖2 當前氣候下基于隨機交叉驗證和空間交叉驗證方法模型預(yù)測的空間及緯度分布格局本研究首次系統(tǒng)性地比較了隨機交叉驗證與空間交叉驗證方法對SDMs結(jié)果的影響，揭示了選擇交叉驗證方法對SDMs預(yù)測性能和結(jié)果的重要影響，為生物多樣性評估研究提供了新的視角。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項目、國家重點研發(fā)計劃項目等的聯(lián)合資助。相關(guān)論文信息：Hongwei Huang,Zhixin Zhang*,ákos Bede-Fazekas,Stefano Mammola,Jiqi Gu,Jinxin Zhou,Junmei Qu,& Qiang Lin*,2024: Cross-validation matters in species distribution models: a case study with goatfish species. Ecography. DOI: 10.1111/ecog.07354.原文鏈接：https://nsojournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/ecog.07354
    2024-09-18
  • 亞熱帶所承擔的國家重點研發(fā)計劃項目“豬禽動態(tài)營養(yǎng)需求與營養(yǎng)精準供給技術(shù)研究”順利通過中期檢查
    近日，由中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所主持的國家重點研發(fā)計劃項目豬禽動態(tài)營養(yǎng)需求與營養(yǎng)精準供給技術(shù)研究順利通過中期檢查。近日，由中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所主持的國家重點研發(fā)計劃項目“豬禽動態(tài)營養(yǎng)需求與營養(yǎng)精準供給技術(shù)研究”順利通過中期檢查。項目中期檢查包括檢查交流會和現(xiàn)場檢查。7月23日，“十四五”國家重點研發(fā)計劃“農(nóng)業(yè)生物重要性狀形成與環(huán)境適應(yīng)性基礎(chǔ)研究”等3個種業(yè)重點專項交流會在北京召開。項目主持人黃瑞林研究員重點匯報了本項目的考核指標完成情況及已取得的代表性成果與成效等內(nèi)容。項目自實施以來，已建立后備母豬培養(yǎng)新指標及關(guān)鍵培育參數(shù)，并構(gòu)建多品系仔豬、生長育肥豬、黃羽肉雞、白羽肉雞、番鴨、北京鴨、京粉蛋雞等畜禽多階段生長曲線及養(yǎng)分沉積規(guī)律，并研究了不同養(yǎng)殖模式下豬禽能量、蛋白質(zhì)與關(guān)鍵氨基酸的動態(tài)需求預(yù)測方程，初步建立營養(yǎng)精準供給技術(shù)。9月11日，項目現(xiàn)場檢查會議在項目應(yīng)用示范單位-廣西揚翔集團股份有限公司召開。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部中國農(nóng)村技術(shù)開發(fā)中心項目專員、項目負責人黃瑞林研究員、課題負責人彭健教授、項目組骨干及廣西揚翔研究院譚家健院長等十余人出席會議。項目中期檢查專家組由來自河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、云南農(nóng)業(yè)大學(xué)、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)和西北農(nóng)林科技大學(xué)的4位領(lǐng)域?qū)＜医M成。會議期間，專家組通過現(xiàn)場交流、豬場實時監(jiān)控等方式重點對后備母豬營養(yǎng)需要量研究、妊娠母豬動態(tài)營養(yǎng)需求模型的構(gòu)建、母豬節(jié)料增效精準飼養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用效果以及精準營養(yǎng)智能化設(shè)施設(shè)備等進行了檢查，并審閱了任務(wù)書和中期執(zhí)行報告。經(jīng)過交流會與現(xiàn)場檢查，專家組充分肯定了項目組在階段性研究中的顯著進展，認為項目中期完成了預(yù)定任務(wù)，達到了預(yù)期目標。國家重點研發(fā)計劃項目“豬禽動態(tài)營養(yǎng)需求與營養(yǎng)精準供給技術(shù)研究”由中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所牽頭，聯(lián)合高校、科研院所與企業(yè)多家單位共同承擔。項目針對豬禽動態(tài)營養(yǎng)需求不明、種豬禽與子代營養(yǎng)傳遞級聯(lián)效應(yīng)不清、母豬終身繁殖性能低下及營養(yǎng)精準供給研究滯后等問題，研究不同遺傳背景、不同生長階段、不同養(yǎng)殖模式、不同養(yǎng)殖環(huán)境條件下的豬禽生長曲線及動態(tài)營養(yǎng)需求，研發(fā)營養(yǎng)精準供給技術(shù)，最終確定豬禽動態(tài)營養(yǎng)需求以及配套的營養(yǎng)精準供給技術(shù)體系。參會人員合影
    2024-09-14