科研进展
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亚热带典型小流域稻田周丛生物中微生物来源和群落构建机制取得进展稻田周丛生物是生长于稻田土壤表面的微生物聚集体，主要由细菌、藻类、真菌和原生动物等组成，在氮磷养分循环过程，特别是在面源污染中起重要作用。2025-01-28 -
华南植物园对淫羊藿苷的稳态化研究取得进展淫羊藿苷是传统中药淫羊藿（EpimediumbrevicornumMaxim.）的主要活性成分，具有抗肿瘤、抗炎、抗氧化、神经保护等多种生物活性，在治疗和预防骨质疏松、神经性及心血管疾病方面效果显著。近年来，淫羊藿苷因其广泛的生物活性和良好的药用价值一直受到研究者的极大关注。然而，淫羊藿苷的水溶性差和口服生物利用度低，极大地限制了其在功能食品及医药领域的应用，解决该问题对推进淫羊藿苷在产业上的应用具有重大意义。中国科学院华南植物园果蔬保鲜与加工团队利用豆奶为荷载材料，构建富含淫羊藿苷的豆奶纳米复合体系，增加了淫羊藿苷的溶解性和生物利用度；并结合超声改性和超高压处理，提高了豆奶-淫羊藿苷纳米复合物的稳定性。以上研究表明蛋白基纳米复合物可能是解决淫羊藿苷较低水溶性和生物利用度的有效策略之一。然而，以上方法仍存在一些缺陷，如使用有机溶剂，且纳米复合物荷载容量低。在后续的研究中，该团队通过限制性胰蛋白酶解技术获得了具有较高免疫活性及较好界面活性和荷载能力的核桃蛋白水解物，并且通过简便环保的pH驱动方法构建核桃蛋白水解物-淫羊藿苷纳米粒子。在该体系中，淫羊藿苷的水溶性和生物利用度分别提高了80倍和30倍，并进一步研究了该纳米体系可能的形成机制。然而，由于蛋白质自身的理化性质，该纳米粒子的盐离子、贮存及在低pH值稳定性较差。因此，研究团队通过添加仙草多糖对纳米粒表面进行涂层，构建三元纳米复合物，提高了纳米粒子的稳定性，进一步拓展其在产业中的应用范围（图1）。该研究为异戊烯基类黄酮的稳态化研究提供了思路。相关研究成果分别发表在食品领域知名期刊UltrasonicsSonochemistry（《超声化学》）、InternationalJournalofBiologicalMacromolecules（《国际生物大分子杂志》）、FoodScienceandHumanWellness（《食品科学与人类健康》）和JournaloftheScienceofFoodandAgriculture（《食品和农业科学杂志》）上。华南植物园的博士研究生王金萍为第一作者，华南植物园杨宝研究员和温玲蓉副研究员为通讯作者。相关研究得到了中国科学院青年创新促进会、国家自然科学基金面上项目、广东省科技计划项目等项目的资助。相关论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2022.106230https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.137913https://doi.org/10.26599/FSHW.2022.9250083https://doi.org/10.1002/jsfa.13666图.核桃蛋白水解物-淫羊藿苷纳米粒子（WPHI）的复合作用及其三元纳米复合物（MCP-WPHI）的稳定性分析。2025-01-26 -
华南植物园揭示不同气候区生态系统服务相互作用时空分异及其影响因素的阈值效应理解生态系统服务（ESs）的协同和权衡效应阈值以及在不同气候区异质性对于区域生态系统管理至关重要。该研究选择了从半干旱到干旱气候过渡带的内蒙古为研究对象，定量评估了该区域食物和牧草供应、碳固定、生物多样性、土壤保持、防风固沙、水源涵养、产水量、空气净化和娱乐休闲等关键生态系统服务，并对两个气候区域的生态系统服务权衡协同关系以及影响因素的阈值效应进行了研究。中国科学院华南植物园生态与环境科学研究中心刘红晓副研究员等研究发现，沙漠草原的ESs分布呈现显著的气候差异，半干旱区的总ESs高于干旱区。然而，半干旱区ESs之间的权衡更加严重，且由于人为干扰，决定因素更加复杂和敏感。干旱区受自然因素影响，如荒地比例、气温、降水量和植被指数，而半干旱区则受景观格局指数、人口密度和GDP的影响。主要影响因素存在明显阈值，超过阈值后负面效应加强。干旱区，荒地比例阈值为69%、降水量138mm和NDVI为0.48。在半干旱区，荒地比例阈值为43%，NDVI为0.38，最大斑块指数为87.4%。该研究为温带沙漠草原生态恢复与分区管控提供了支持。相关研究成果已近期发表在国际学术期刊EcologicalIndicators（《生态指标》）上。华南植物园刘红晓副研究员为论文通讯作者。文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1470160X250002872025-01-26 -
亚热带生态所科研人员发现稳定的土壤生物网络促进了土壤生态多功能性农业干扰作为最常见和最严重的全球扰动和全球变化的驱动因子之一，对生物多样性和生态系统过程产生深远影响。农田是粮食的主要来源，世界上巨大的人口压力使人类不得不通过频繁地耕作、施肥和使用农药等集约化做法来增加粮食产量。这些农业做法导致土壤健康显著下降、土壤有机碳和养分流失以及土壤结构变化。然而，对于农业干扰如何影响土壤生物网络复杂性和稳定性以及土壤多功能性之间的关系人们知之甚少。2025-01-25 -
连发两项重要成果！深圳先进院科研团队为减毒活疫苗开发提供新策略北京时间1月15日18时，中国科学院深圳先进技术研究院（简称“深圳先进院”）合成生物学研究所研究员司龙龙团队在国际权威学术期刊《自然—微生物学》和《自然—化学生物学》上同期发表两项重要研究成果。2025-01-22 -
广州地化所孙明道，徐义刚等-EPSL：燕山科学钻探辽西九佛堂组年代学研究最新进展近日，中国科学院广州地球化学研究所孙明道副研究员、徐义刚研究员等学者合作，在辽西九佛堂组年代学方面取得新进展，相关成果以“TerrestrialecosystemresponsetoEarlyCretaceousglobalenvironmentalchange:acalibrated,high-resolutionAptianrecordfromNortheastChina”为题，发表在国际知名期刊《EarthandPlanetaryScienceLetters》。 燕山科学钻探是国家自然科学基金委基础科学中心项目“克拉通破坏与陆地生物演化”的核心内容之一，其聚焦华北克拉通热河生物群富集层位，开展全取芯钻探与沉积学-年代学-地球化学-古生物学研究，旨在重建热河生物群期间古气候古环境变化，高分辨率标定全球重大地质事件层位，揭示陆地生物灭绝、进化、迁徙的时间节点和深部过程控制机制。 辽西九佛堂组记录了热河生物群晚期，也是热河生物群面貌最繁盛的时期，普遍发育湖相黑色页岩。前人对九佛堂组内部凝灰岩夹层开展锆石年代学研究，指出其时代为Aptian阶早期约122-119Ma，但下部义县组形成于Barremian阶约125-121Ma，上部整合覆盖的沙海组、阜新组始于Albian阶约112-111Ma。因此，已有的九佛堂组内部年龄与上下地层年龄不一致。另一方面，前人指出过九佛堂组记录了早白垩世大洋缺氧事件、板内火山爆炸式喷发事件、风暴事件等，但这些事件具体在哪个层位、沉积学/地球化学标志是什么仍不清楚。 研究团队在辽西喀左盆地开展科学钻探，获取了1497.5m连续完整的九佛堂组岩芯。通过CA-ID-TIMS锆石年代学分析，确定下部1464m和中部852m处两层凝灰岩的时代分别为121.05±0.32Ma和117.359±0.031Ma，根据贝叶斯年龄-深度模型，基于黑色页岩Ca/Fe比值、δ13Corg等指标建立的天文旋回周期，以及沉积碳同位素偏移特征，指出钻得九佛堂组的持续时间约为121.3至111.9Ma，大洋缺氧事件OAE1a发生在120.2Ma，持续了约45万年；区域板内火山最大规模爆炸式喷发事件发生在117.359Ma；风暴与古水文环境转换事件发生在约114.3Ma。九佛堂组底部记录了OAE1a、顶部记录了OAE1b事件，两次事件沉积特征十分相似，而上部又存在区域火山静默期，没有合适的定年矿物，是导致之前地层学研究没有识别出晚Aptian部分九佛堂组的原因。 本次研究证实湖相沉积能够可靠记录全球碳循环扰动，帮助理解早白垩世气候变化，显著提升深时地球研究的时间分辨率。研究为后续基于磁性地层学、化学地层学、微体古生物学等手段进一步揭示Aptian阶全球重大地质事件的陆内响应奠定了良好基础，对热河生物群演化研究有着重要的参考意义。 共有来自6家单位的68位科研人员参加了本文研究工作。论文信息：Ming-DaoSun,QinLin,JahandarRamezani,Jiang-SiLiu,Zheng-AnLu,Han-QingYang,Jiang-HaoBai,Shi-XiCai,Jun-CaiChen,Xuan-YuChen,HaoCui,Guang-ChaoDeng,Hai-FengGai,Hai-TaoGao,JunGuo,HaoGuo,Lu-BingHong,Yong-ShengHou,Yuan-YuanHua,LongHuang,KaiKong,Chao-PengLi,Xu-RanLiang,ZheLiu,LiangLiu,BenLiu,Shang-LiLiu,Xiao-JunLong,ChangLu,Gui-MeiLu,KaiLuo,Si-YuanMa,FeiMo,Qing-LongOuyang,Xue-SongShi,Zhao-YangSun,Yi-ZhuoSun,HeTang,FengTian,Han-MingWang,XingWang,XiWang,Li-WeiWang,DanWang,Yu-XuanWei,WeiWu,ChaoWu,HeXiao,Chuan-MaoYang,FanYang,Bin-YanYin,Xiao-XiaoYu,Wan-FengZhang,Zhi-HuaZhang,Rui-PengZhao,Chang-ShengZheng,QinZhou,Zu-YangZou,Ze-XianCui,QiangMa,LiangMa,Jian-XiZhu,Jian-FangHu,Gang-JianWei,Yu-TingZhong,JunShen,TiZeng,Yi-GangXu，2025，Terrestrial ecosystemresponsetoEarlyCretaceousglobalenvironmentalchange:A calibrated,high-resolutionAptianrecordfromNortheastChina，653，119206，doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119206.论文链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119206图1喀左盆地地质剖面图与科学钻探位置图2凌源钻孔岩芯照片 (856m左下-840 m右上）见黑色页岩夹厚层凝灰岩。凝灰岩具粒序分选，形成于火山单次爆炸式喷发。2025-01-21 -
深圳先进院 | 肠道微生物群落建模：探索肠道菌群的潜力（Current Opinion in Biotechnology）肠道菌群的多样性深刻影响着人类健康，其失调已被证明与糖尿病、阿尔茨海默症等多种代谢性疾病密切相关。然而，肠道微生物的复杂性与个体差异性给传统研究方法带来了巨大挑战，使得精准解读和调控肠道微生物成为科学研究的前沿课题。近年来，基因组规模代谢模型（Genome-scale metabolic model, GEM）作为一种包含基因组、生化和生理数据的数学工具，为预测微生物代谢活性提供了可能性。然而，单一GEM仅能对单一菌株的代谢能力进行表征。为了更全面和系统地研究微生物群落，通过整合多种单一菌株模型和宏基因组数据构建群落水平模型（Community-level GEM, Co-GEM），可以预测不同菌株之间的相互作用及群落整体代谢能力，揭示不同物种在群落中的功能角色以及与宿主疾病之间的潜在机制，并在指导设计合成微生物群落实现精准医疗和个性化饮食等领域展现了广阔的应用潜力。2025-01-20 -
国家重点研发计划课题5“生态服务整体提升与乡村振兴融合模式” 年度总结会议在环江召开1月13日至14日，由中国科学院亚热带农业生态研究所张伟研究员主持的国家重点研发计划课题5“生态服务整体提升与乡村振兴融合模式”在环江召开年度总结暨实施计划研讨会。课题参与单位代表、骨干成员、台站支撑工作人员和部分研究生参加会议，并邀请项目组兄弟课题部分代表参与讨论。2025-01-16 -
南海海洋所 | PNAS发文揭示细菌复杂鞭毛马达结构的新组分中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室高贝乐研究员团队联合耶鲁大学医学院JunLiu团队，揭示了细菌复杂鞭毛马达结构的新组分，丰富了对定子-转子相互作用复杂性的理解。相关成果以“TetramericPilZproteinstabilizesstatorringincomplexflagellarmotorandisrequiredformotilityinCampylobacterjejuni”为题，发表于国际著名综合性期刊PNAS。中国科学院南海海洋研究所2020级博士生陈园园和耶鲁大学医学院ShoichiTachiyama为共同第一作者，研究员高贝乐为通讯作者。细菌鞭毛马达是首个被发现的生物旋转机器，其驱动力由定子单元MotAB通过消耗离子动力势提供。MotAB的同源蛋白参与多种重要的细胞生命过程，研究鞭毛马达有助于加深我们对这类旋转复合体的理解。在鞭毛马达“齿轮传动”模型中，定子作为小型的主动齿轮驱动大型被动齿轮转子的旋转。近期多项研究发现，在模式物种E.coli和S.enterica以外的许多物种中存在额外的周质支架蛋白，这些蛋白能稳定并形成更宽的定子环以产生更大的扭矩。然而，迄今尚无报道表明胞质侧存在能与定子形成稳定复合物的支架蛋白。研究团队揭示，位于胞质侧的FlgX蛋白构成空肠弯曲杆菌复杂鞭毛马达结构的新组分，能够与MotA的胞质部分相互作用并稳定马达中的定子环。结构分析表明，FlgX属于四聚体PilZ家族，但与其他作为c-di-GMP受体的PilZ家族蛋白不同，研究显示FlgX不具备c-di-GMP结合能力，表明其在空肠弯曲杆菌中独立于c-di-GMP调控发挥功能。此外，胞质侧还发现了新的球形密度结构，将两个FlgX连接在一起，而蛋白组分尚不清晰。FlgX或定子单元的缺失均会导致周质空间中FliL环和笼状结构的不完整，这表明FlgX-定子复合体的组装可能早于FliL环和笼状结构的形成。对弯曲菌门的进化分析显示，FlgX与该门祖先的F3趋化系统绑定出现，表明FlgX极有可能是从该门的共同祖先中进化而来。FlgX四聚体在鞭毛马达中的特殊位置增加了我们对定子-转子相互作用复杂性的理解。其作为鞭毛马达结构组分，独立于c-di-GMP的调控发挥功能，也代表了PilZ超家族一种新的功能分化。此外，对复杂马达结构、功能和进化的深入分析为大分子机器的理性设计提供了重要的理论依据。图1FlgX具备四聚体PilZ特征且不能结合c-di-GMP图2空肠弯曲杆菌FlgX-MotA复合体的假原子模型本研究得到了南沙群岛珊瑚礁生态系统国家野外科学观测研究站开放基金、国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省科技计划项目、南方海洋科学与工程引进人才团队重点专项广东省实验室（广州），以及中国科学院南海生态环境工程创新研究院的资助。相关论文信息：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.24125941212025-01-17 -
南海海洋所 | 放线菌的运动秘密：鞭毛退化与非传统运动方式的新发现中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室高贝乐研究员团队总结分析了放线菌鞭毛的退化性演化及其非鞭毛依赖的多样化运动方式，并探讨了这些现象与生态适应和细胞结构演化间的关联。相关成果以“Flagellarevolutionandflagella-independentmotilityinActinobacteria”为题，发表于微生物前沿领域研究的权威期刊TrendsinMicrobiology。中国科学院南海海洋研究所2020级博士生陈园园和助理研究员朱思琦为共同第一作者，研究员高贝乐为通讯作者。放线菌门（Actinobacteria）是细菌域中物种最丰富的细菌门之一，其成员广泛分布于地球各个角落。虽然传统观点认为大多数放线菌是不具备运动能力的，但近年来的研究揭示了一些关于该细菌门运动机制的新发现，其中包括鞭毛的退化性演化及非鞭毛依赖的运动方式。放线菌门的鞭毛进化分析显示，尽管该细菌门中仅有13%的物种携带鞭毛基因，但这些基因可能源自共同祖先并通过垂直遗传得以保留。研究表明，生活在水生环境中的单细胞放线菌更倾向具有鞭毛，而生活在土壤的丝状放线菌或宿主相关环境中的病原菌或共生菌则往往缺乏鞭毛。这种鞭毛的大量独立丢失现象可能与放线菌向陆生丝状生长或宿主相关生活方式的转变有关。放线菌鞭毛的退化性进化在具鞭毛物种的马达组成上也有所体现。早期具有鞭毛的放线菌物种中存在完整的鞭毛杆成分，而在进化晚期则出现部分丢失，主要缺失鞭毛杆的远端蛋白FlgFG。能形成游动孢子的放线菌物种例如Actinoplanesspp.具有极高的运动速度但没有FlgFG，表明退化后的鞭毛依然具备运动功能。当鞭毛完全退化时，一些物种表现出非鞭毛依赖的运动能力。例如，链霉菌属（Streptomycesspp.）可以通过“微生物搭便车”机制依附于其他细菌的鞭毛以实现孢子传播。此外，链霉菌还展现了“探索性生长”的现象，其运动速度远超菌丝尖端的生长速度，并受到真菌或挥发性有机化合物的触发。部分分枝杆菌（Mycobacteriumspp.）如结核分枝杆菌则被观察到具有滑行运动能力，但其分子机制仍需进一步研究。鞭毛马达跨越整个细菌细胞膜，因此膜结构的变化不可避免地会影响马达的组成、结构和组装。未来高分辨率冷冻电镜技术的发展有望揭示放线菌门中鞭毛退化物种的细胞膜结构变化。这些研究将帮助揭示鞭毛及其他细胞表面附属物的存在或缺失、结构多样性和功能分化的决定因素。目前，放线菌门的大部分属尚未深入研究，探索非传统运动方式和潜在结构将为其多样性提供新的线索。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省科技计划项目、南方海洋科学与工程引进人才团队重点专项广东省实验室（广州），以及中国科学院南海生态环境工程创新研究院的资助。相关论文信息：DOI:10.1016/j.tim.2024.07.010图1放线菌门多样性图2放线菌门的鞭毛退化性演化2025-01-17