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以木質纖維素類生物質為原料制備高價值能源、材料和化學品的生物煉制替代石油煉制是降低溫室氣體排放和解決化石能源短缺的有效途徑之一。木質纖維素類生物質主要由纖維素、半纖維素和木質素組成，其結構復雜致密，預處理是決定轉化水平和經濟性的重要步驟。當前，通過木質素優(yōu)先策略（lignin-first）穩(wěn)定拆解木質素組分，在獲得高活性木質素的同時有效保留原料碳水化合物組分（纖維素和半纖維素），是木質纖維素預處理研究的熱點。現有木質素優(yōu)先策略需要酸性環(huán)境，使得預處理過程存在溫度高、半纖維素組分損失嚴重、洗滌用水消耗量大等問題。以木質纖維素類生物質為原料制備高價值能源、材料和化學品的生物煉制替代石油煉制是降低溫室氣體排放和解決化石能源短缺的有效途徑之一。木質纖維素類生物質主要由纖維素、半纖維素和木質素組成，其結構復雜致密，預處理是決定轉化水平和經濟性的重要步驟。當前，通過木質素優(yōu)先策略（lignin-first）穩(wěn)定拆解木質素組分，在獲得高活性木質素的同時有效保留原料碳水化合物組分（纖維素和半纖維素），是木質纖維素預處理研究的熱點。現有木質素優(yōu)先策略需要酸性環(huán)境，使得預處理過程存在溫度高、半纖維素組分損失嚴重、洗滌用水消耗量大等問題。針對上述問題，中國科學院廣州能源研究所生物質能生化轉化研究室莊新姝研究員課題組率先提出了堿性木質素優(yōu)先策略，并構建了新型的堿性三乙二醇/水（TEG/H2O）預處理體系。在溫和條件（90 ）下，甘蔗渣中90%以上的碳水化合物保留在固體殘渣中，且無需洗滌即可直接高效酶解；制備得到的溶劑穩(wěn)定木質素具有高效的熱解活性。該研究實現了對甘蔗渣組分的有效拆解和回收，為生物煉制提供了一條綠色高效的組分分離路線。相關研究成果發(fā)表于Chemical Engineering Journal，博士研究生李吾環(huán)為第一作者，莊新姝研究員和譚雪松副研究員為共同通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃國際科技創(chuàng)新合作項目(2021YFE0114400)、國家自然科學基金(51976221)和廣東省自然科學基金(2022A1515012078)等項目的資助。原文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.148695

2024-01-23

廣州健康院發(fā)現線粒體DNA突變引發(fā)小腸衰老的全新通路與逆轉方案

近日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院劉興國課題組在Nature Communications發(fā)表了文章NAD+ dependent UPRmt activation underlies intestinal aging caused by mitochondrial DNA mutations9。該研究發(fā)現，老齡動物的腸中線粒體DNA低頻點突變（0.005-0.05）的特異積累。近日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院劉興國課題組在Nature Communications發(fā)表了文章NAD+ dependent UPRmt activation underlies intestinal aging caused by mitochondrial DNA mutations9。該研究發(fā)現，老齡動物的腸中線粒體DNA低頻點突變（0.005-0.05）的特異積累。利用動物模型和類器官技術論證線粒體DNA突變累積會導致腸道衰老過程中NADH/NAD+氧化還原態(tài)的消耗，并通過激活轉錄因子5（Activating transcription factor 5, ATF5)依賴的線粒體未折疊蛋白反應(mitochondrial unfolded protein response, UPRmt)激活，損傷Wnt/ -catenin信號和耗竭腸干細胞以引發(fā)腸衰老，并進一步開發(fā)了通過補充NAD+前體NMN（煙酰胺單核苷酸）的逆轉衰老方案。“廉頗老矣，尚能飯否”和“一飯三遺矢”這兩個成語都出自《史記廉頗藺相如列傳》，分別指的是衡量人的衰老看他的飯量，及短時間內跑了三趟廁所說明年老。自古以來，腸道的器官穩(wěn)態(tài)失衡被認為與個體衰老密切相關。腸上皮是成年哺乳動物中自我更新速度最快的組織，約4-5天更新一次。成年人的腸上皮由形成絨毛的分化細胞和隱窩中的干細胞組成。腸干細胞可以分化為不同的上皮細胞，從而形成有序的腸道結構，以維持腸道穩(wěn)態(tài)和吸收、分泌、屏障和抗微生物功能等基本功能。然而，腸衰老的標志物及應答信號通路還不清楚。目前認為，線粒體功能障礙是細胞衰老的重要原因。研究表明，老年人類臨床腸道樣本存在線粒體DNA突變的積累。然而，隨著年齡的增長，線粒體DNA突變累積是否以及如何調控腸衰老？這依然是未知之謎。該團隊揭示了自然衰老動物的腸線粒體DNA突變隨年齡變化的規(guī)律，并鑒定了類型為線粒體DNA低頻點突變（0.005-0.05）。為了回答線粒體DNA突變對腸衰老的因果作用，研究團隊使用了線粒體DNA突變（線粒體DNA聚合酶 ——POLG突變）小鼠，這一廣泛應用研究線粒體DNA突變引發(fā)衰老的實驗模型。團隊使用POLG突變小鼠和野生型鼠產生了四類不同線粒體DNA突變率的小鼠，其中POLG突變純合子小鼠的線粒體DNA突變率最高，并且和自然衰老小鼠一樣，主要積累低頻點突變（0.005-0.05）。結合腸類器官技術和腸干細胞內源標記技術，結果發(fā)現，相同月齡下僅POLG突變純合子小鼠更早出現了腸衰老的表型，展示出腸類器官分化程度低和腸干細胞數量銳減的現象，說明高負擔的線粒體DNA突變能促進腸衰老的發(fā)生。這為腸衰老提供了線粒體DNA低頻點突變（0.005-0.05）這一新的生物標記。團隊通過多組學分析和實驗抽絲剝繭，定位到線粒體相關的通路，及NADH/NAD+氧化還原態(tài)的消耗，從而導致腸功能中發(fā)揮重要作用的Wnt/ -catenin信號衰減。進一步，通過NAD+前體NMN回補挽救了腸衰老表型，包括腸類器官分化和腸干細胞數量在一定程度上的恢復。研究人員發(fā)現高負擔的線粒體DNA突變導致NAD+缺失，激活了轉錄因子ATF5依賴的UPRmt這一全新通路，進而促進和加劇了腸衰老表型的發(fā)生。值得一提的是，UPRmt被各種線粒體應激激活，包括線粒體與細胞核的蛋白失衡和線粒體蛋白運輸障礙等。UPRmt的標志是 LONP1、HSP60 和 ClpP 蛋白表達增加。而線粒體DNA 突變引發(fā)的衰老UPRmt 激活中，僅有 LONP1 蛋白特異上調，為腸衰老提供了候選標志物。綜上，該研究成果首次回答了衰老累積的線粒體DNA突變與哺乳動物腸衰老之間因果關系的基本問題，鑒定了其中線粒體DNA低頻點突變（0.005-0.05）與LONP1 蛋白特異上調兩個標志物，發(fā)現了從線粒體DNA突變，到線粒體反向信號、干細胞耗竭、細胞間信號，再到器官衰老的多層次時空機制，為延緩腸衰老提供了全新的思路、靶點和策略。“紅影瘦盡晚春光，華發(fā)鬢生卻斜陽”，當辛棄疾感嘆風流總被雨打風吹去的青春易逝時，留下了千古之問：“憑誰問，廉頗老矣，尚能飯否？”。此情垂淚，一線一粒，更那堪斷人腸。這恰似本文線粒體引發(fā)腸衰老之“線粒體斷腸”。本研究與廣州醫(yī)科大學、中國科學院香港創(chuàng)新研究院、香港中文大學和新西蘭奧克蘭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費支持。論文鏈接線粒體DNA突變引發(fā)腸衰老機制與逆轉方案

2024-01-23

廣州地化所：多主量元素穩(wěn)定同位素聯合示蹤循環(huán)洋殼

地球不同圈層之間的相互作用塑造了如今的宜居環(huán)境。板塊構造運動是地球深部和淺部圈層之間相互作用的核心機制。新生洋殼不斷地在洋中脊生成，并通過板塊構造運動循環(huán)至深部地幔。循環(huán)洋殼及上覆沉積物在俯沖過程中會相變，形成高密度的榴輝巖。這些循環(huán)榴輝巖的加入是改造深部地幔（如成分和巖性不均一）的主要方式之一。鑒別并約束循環(huán)榴輝巖在深部地幔的命運對板塊構造理論具有重大意義。　　相較于地幔，循環(huán)物質富集不相容元素且具有不同的放射性同位素組成。因此，長期以來幔源巖漿中的這些地球化學組分被用于研究殼幔相互作用。由于循環(huán)物質多為易融組分，雖然極小量的循環(huán)物質的加入不會改變地幔源區(qū)的巖性，但是可以造成派生熔體中具有強烈的循環(huán)物質信號。相對于微量元素，主量元素通常進入到礦物的晶格中，控制著源區(qū)的巖性，其穩(wěn)定同位素組成能從巖石學角度反映地幔源區(qū)異常。例如，俯沖蝕變洋殼轉變而來的榴輝巖本身具有與地幔不一樣的Ca-Fe-Mg同位素組成，同時Ca-Fe同位素的分餾對榴輝巖相礦物組合敏感。特別地，由于巖石圈相對虧損Ca，深部地幔巖漿在穿越巨厚的巖石圈后，其初始Ca同位素組成理論上更易于被保存。這意味著Ca同位素與其他主量穩(wěn)定同位素聯用在示蹤循環(huán)洋殼方面具有巨大的優(yōu)勢。目前，天然榴輝巖熔體的Ca同位素組成，以及榴輝巖熔體在地幔遷移反應過程中Ca同位素組成的變化仍然需要進一步進行研究。　　中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室地幔地球化學學科組鄒宗琪博士、徐義剛院士聯合中國地質大學（武漢）汪在聰教授、西北大學陳立輝教授和王小均副教授，通過對東北新生代鉀質玄武巖進行Ca同位素分析，并結合同一套樣品的Fe-Mg同位素，對以上問題進行約束。結果表明榴輝巖化的循環(huán)沉積物部分熔融產生了低MgO的初始熔體（圖1）。該熔體具有輕Ca-Mg同位素和重Fe同位素的特征（圖2-3）。初始熔體的Ca同位素組成顯著低于MORB值，并且該特征在后續(xù)穿越巖石圈（貧CaO,富FeO和MgO）的過程中未被巖石圈改造。而初始熔體的Fe-Mg同位素組成則隨著反應逐級趨向于地幔值（圖3-4）。這一研究表明了Ca同位素是示蹤榴輝巖的高效示蹤劑。將Ca-Fe-Mg同位素結合，可以有效鑒別巖石圈對穿越其中的榴輝巖熔體的改造作用，進一步建立成分不均一和巖性不均一之間的聯系（圖4）。　　該研究已發(fā)表在國際地球科學領域著名期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上，本研究受國家自然科學基金青年基金項目（42203006)、國家自然科學基金基礎科學中心項目(42288201)以及南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）人才團隊引進重大專項（GML2022006）等基金聯合資助。　　論文信息：Zou, Zongqi (鄒宗琪), Wang, Zaicong* (汪在聰), Wang, Xiao-Jun* (王小均), Xu, Yi-Gang (徐義剛), Chen, Li-Hui (陳立輝), Wang, Meiling (王美玲), Feng, Lanping (馮蘭平), Li, Ming (李明), Liu, Yongsheng (劉勇勝) (2024), Calcium isotopic compositions of eclogite melts and negligible modification during reaction with lithospheric mantle. Geochim. Cosmochim. Acta 367, 58-71. https://doi.org/10.1016/j.gca.2023.12.031 論文鏈接圖1，放射性同位素(如Sr-Nd-Pb同位素)和主量元素（如MgO）以及Mg(Fe)同位素之間的線性關系，表明該套玄武巖樣品由高MgO端元和低MgO端元混合形成。低MgO端元具有低CaO/Al 2O 3，高Dy/Yb，重Fe同位素和輕Mg同位素特征。這一低MgO熔體來自循環(huán)的榴輝巖部分熔融。圖2，來自榴輝巖的低MgO熔體的Ca同位素組成約為0.67-0.75‰，低于MORBs值（0.85 0.09 ‰)。雖然碳酸鹽化橄欖巖部分熔融可以生成具有較輕的Ca同位素組成的熔體，但該熔體通常具有高CaO/Al 2O 3的特征，顯著不同于東北鉀質玄武巖樣品。東北鉀質玄武巖的Ca同位素組成和MgO， Nd以及Dy/Yb等指標之間無線性關系。而OIBs的Ca同位素組成展現出榴輝巖熔體和橄欖巖組分混合的趨勢。圖3，(a-b) 在地幔中，Ca主要賦存于單斜輝石、石榴石和碳酸鹽中。地幔橄欖巖中單斜輝石是Ca的主要賦存礦物，而單斜輝石和硅酸鹽熔體之間的Ca同位素分餾極小。因此，典型的地幔橄欖巖部分熔融產生的Ca分餾一般較小（<0.1‰）。而原巖為蝕變洋殼及沉積物的榴輝巖其Ca同位素比橄欖巖地幔偏輕。另一方面，在榴輝巖中Ca受控于石榴石和單斜輝石，且石榴石相對硅酸鹽熔體更富集重的Ca同位素。因此，榴輝巖部分熔融可以形成具有輕Ca同位素組成的熔體。（c-d）低MgO熔體在向上遷移的過程中與虧損巖石圈反應 (SCLM+melt1=Opx+melt2)，形成高MgO玄武巖。這一過程導致初始熔體的Mg-Fe同位素顯著變化（巖石圈富集FeO和MgO），而巖石圈對Ca同位素組成的改造極弱 (~0.66-0.78‰)。圖4，Ca同位素是示蹤榴輝巖的有力示蹤劑，并且將Ca-Fe(Mg)同位素結合，可以有效鑒別巖石圈對穿越其中的榴輝巖熔體的改造作用。同時，OIBs中隨著榴輝巖信號的減弱（如Dy/Yb），榴輝巖熔體特征的Ca同位素組成也逐漸被橄欖巖組分稀釋（圖2），顯著不同于東北鉀質玄武巖。由于洋殼較薄，地幔柱溫度較高，在地幔柱減壓過程中，其橄欖巖也發(fā)生部分熔融，形成富CaO，FeO和MgO的熔體，從而在地幔源區(qū)與榴輝巖熔體混合，并稀釋了榴輝巖的Ca-Fe-Mg信號。因此，將Ca-Mg-Fe同位素結合，能夠在有效鑒別榴輝巖的同時，有效地揭示地幔源區(qū)的巖漿動力學過程。

2024-01-23

廣州地化所：銅同位素約束洋殼巖漿儲運系統(tǒng)

地幔作為地球最大的地質構造單元，其物質組成記錄了大量的地球演化信息，同時其動力學過程也顯著影響地球淺部圈層。俗話說，上天容易，入地難。現階段直接測量地幔的物質組成信息和動力學過程存在巨大挑戰(zhàn)。而在洋底綿延數萬公里的洋中脊玄武巖作為全球最大規(guī)模的幔源巖漿，成為了地質學家們的首選目標，為了解地球深部物質組成和深部動力學過程提供了大量的數據基礎。然而噴發(fā)的巖漿作為匯聚熔體，許多繼承自地幔源區(qū)和巖漿過程的地球化學信息會在洋殼匯聚過程中（巖漿儲運系統(tǒng)，magma plumbing system）被均一化，從而導致許多深部信息被抹除。因此，了解這些殼內巖漿過程不僅僅對洋殼的形成與演化非常必要，同時也對如何使用洋中脊玄武巖來反演深部地幔的物質組成和動力學至關重要。　　相較于最終噴發(fā)的巖漿，下洋殼的堆晶巖則記錄了更為豐富的洋殼演化信息。這些堆晶一旦從熔體分離并堆積在下洋殼，它們的地球化學成分便實時記錄了對應熔體的信息。特別地，相比親石元素，親銅元素在硫化物飽和的高溫巖漿過程中，其行為主要受控于硫化物。而硫化物作為副礦物，在堆晶巖石中被硅酸鹽礦物所包圍或者包裹，可以極大程度地與后續(xù)巖漿過程隔離。與此同時，硫化物的分離結晶可以造成硫化物Cu同位素的巨大變化。因此，下洋殼堆晶巖的Cu同位素組成可以更為簡單、高效地揭示洋中脊巖漿儲運系統(tǒng)。　　為此，中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室地幔地球化學學科組鄒宗琪博士、徐義剛院士聯合中國地質大學（武漢）汪在聰教授以西南印度洋的下洋殼輝長巖堆晶和來自不同擴張速率的洋中脊玄武巖為研究對象，從Cu同位素的角度探究洋殼巖漿儲運系統(tǒng)，主要取得以下認識：　　（1）下洋殼（輝長巖）的Cu同位素組成極不均一 ( 65Cu = -1.14 ‰ to 0.87 ‰)，而來自全球不同構造背景的洋中脊玄武巖則具有非常均一的Cu同位素組成 ( 65Cu = 0.08 0.08 ‰)。上、下洋殼之間顯著的Cu同位素差異，表明了巖漿儲運系統(tǒng)具有高效的均一化作用（圖1）。　　（2）雖然洋中脊玄武巖經歷了不同程度的硫化物分離結晶且硫化物富集輕的Cu同位素組成，但是洋中脊玄武巖的Cu同位素組成并沒有變重（圖2）。我們的模擬結果表明，洋殼巖漿房作為一個開放體系，多期次的初始巖漿的填充、熔體-堆晶反應（消耗富集輕Cu同位素的硫化物）以及熔體混合等過程可以平衡硫化物分離導致的Cu同位素分餾，從而形成Cu同位素與平均地幔值一致的洋中脊玄武巖（圖2-4）。　　（3）雖然部分熔融、熔體-巖石反應和分離結晶等過程會造成Cu同位素的顯著變化，但是這些過程引起的Cu同位素變化可以被巖漿儲運系統(tǒng)高效均一化（圖3）。洋中脊玄武巖的Cu同位素組成可以代表地幔源區(qū)的Cu同位素平均值。結合高熔融程度成因的科馬提巖，我們得出硅酸鹽地球的Cu同位素組成為0.08 0.08 ‰。類似地，洋中脊玄武巖的不相容元素的同位素和不相容性相似元素的比值可以代表其地幔源區(qū)的平均值。　　該研究已發(fā)表在國際地球科學領域著名期刊《Earth and Planetary Science Letters》上，本研究受南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）人才團隊引進重大專項（GML2022006）、自然科學基金基礎科學中心項目(42288201)以及國家自然科學基金青年基金項目（42203006)等基金的聯合資助。　　論文信息：Zou, Zongqi (鄒宗琪), Wang, Zaicong* (汪在聰), Xu, Yi-Gang (徐義剛), Ciazela, Jakub, Wang, Xia (王霞), Foley, Stephen, Zhang, Wei-Qi (張維騏), Li, Wei (李偉)，Li, Ming (李明), Liu, Yongsheng (劉勇勝) (2024), Contrasting Cu isotopes in mid-ocean ridge basalts and lower oceanic crust: Insights into the oceanic crustal magma plumbing systems. Earth Planet. Sci. Lett. 627 118563. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2023.118563. 論文鏈接圖1，（a-b）洋中脊玄武巖（MORBs）經歷了不同程度的硫化物分離結晶。(c-d) 洋中脊玄武巖依然具有原始地幔特征的、均一的Cu同位素組成，顯著不同于下洋殼（輝長巖）極其不均一的Cu同位素組成。圖2，（a）中高程度部分熔融過程產生的Cu同位素分餾極小。（b）MORBs經歷不同的硫化物分離結晶，按照理論計算，其Cu同位素組成會逐漸變重，顯然與MORBs均一的Cu同位素組成不一致。（c-f）我們的模擬結果表明洋殼殼內巖漿儲運系統(tǒng)的多期次的巖漿填充、地幔或者堆晶硫化物再溶解、巖漿噴發(fā)和分離結晶過程可以形成Cu同位素均一的MORBs。圖3，地幔的Cu同位素不均一，以及巖漿遷移演化過程中產生的Cu同位素變化可以被洋殼殼內巖漿儲運系統(tǒng)高效均一化。由于部分熔融、熔體-橄欖巖反應可以造成橄欖巖巨大的Cu同位素變化。因此，在對硅酸鹽地球的Cu同位素組成進行約束時，將橄欖巖包括在內會導致估計值得范圍較大。因此，本研究使用MORBs和科馬提巖得Cu同位素數據對硅酸鹽地球的Cu同位素組成進行估計，得出 65Cu BSE = 0.08 0.08 ‰。圖4，洋殼殼內巖漿儲運系統(tǒng)模式圖。

2024-01-23

華南植物園揭示全球陸表大氣實際水汽壓增速減緩的現象和原因

近些年，除了傳統(tǒng)的土壤干旱，大氣干旱（即飽和水汽壓差增加）受到了越來越多的關注和研究。大氣飽和水汽壓差（ VPD ）表征了大氣飽和水汽壓（ SVP ）與實際水汽壓（ AVP ）的差值（即VPD = SVP-AVP ）。VPD增加意味著通過植物蒸騰和土壤蒸發(fā)作用散失到大氣中的水汽含量增加，這會在很大程度上增加植被受水分脅迫的程度。但關閉氣孔的同時也會限制植物對CO2的攝取，從而降低植物光合作用，進而限制植被生長。全球變暖背景下，溫度上升會引起全球飽和水汽壓（ SVP ）增加，進而引起全球大氣干旱加劇。全球海洋大氣實際水汽壓1975 -2 019年的變化。近些年，除了傳統(tǒng)的土壤干旱，大氣干旱（即飽和水汽壓差增加）受到了越來越多的關注和研究。大氣飽和水汽壓差（VPD）表征了大氣飽和水汽壓（SVP）與實際水汽壓（AVP）的差值（即VPD=SVP-AVP）。VPD增加意味著通過植物蒸騰和土壤蒸發(fā)作用散失到大氣中的水汽含量增加，這會在很大程度上增加植被受水分脅迫的程度。植物為了減少水分損失，會關閉氣孔；但關閉氣孔的同時也會限制植物對CO2的攝取，從而降低植物光合作用，進而限制植被生長。全球變暖背景下，溫度上升會引起全球飽和水汽壓（SVP）增加，進而引起全球大氣干旱加劇；然而AVP能否與SVP以相同的速度增加，仍鮮有報道。中國科學院華南植物園生態(tài)中心徐文芳副研究員等科研人員，利用多源陸地和海洋的觀測、再分析數據，探究了自上世紀末以來全球陸表大氣實際水汽壓增速減緩的現象及原因。該研究基于1975-2019年陸地和海洋大氣實際水汽壓的觀測和再分析數據，發(fā)現了1975-1998年期間陸地和海洋的AVP顯著增加，但這種增速自1998年后顯著變緩。該現象在五種數據集均有體現（CRU，GSOD，HadISDH.land，HadISDH.Marine，和ICOADS數據集）。本研究進一步分析發(fā)現，自上個世紀末以來全球陸表大氣水汽壓增速減緩現象是由于來自海洋蒸發(fā)減少和陸地蒸散發(fā)降低所致；而海洋和陸地的蒸散發(fā)變化又受到了海表溫度、近地面溫度、風速等變化的影響。全球變暖背景下，SVP隨溫度升高而指數增加，1998年后SVP繼續(xù)以相近的速度繼續(xù)增加，但1998年后AVP的增速顯著減緩，進一步加劇了全球大氣干旱的程度。該項研究在全球尺度強調了實際水汽壓變化對加劇大氣干旱的重要作用，對全球變化背景下陸地生態(tài)系統(tǒng)碳-水循環(huán)過程的研究具有重要意義。相關研究已近期發(fā)表在學術期刊Geophysical Research Letters（《地球物理研究通訊》）（Nature Index檢索雜志，中國科學院地球科學一區(qū)TOP期刊）。華南植物園徐文芳副研究員為第一作者，北京大學樸世龍教授和袁文平教授（通訊作者）、華南植物園武東海研究員、中山大學楊崧教授、黎偉標教授和夏曉圣博士為論文合作者。該研究得到了國家自然科學基金、廣東省重點研發(fā)計劃和中國科學院華南植物園項目的共同資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1029/2023GL107909圖1. 全球陸地大氣實際水汽壓1975-2019年的變化圖2. 全球海洋大氣實際水汽壓1975-2019年的變化

2024-01-20

廣州健康院揭示人滋養(yǎng)外胚層譜系調控新機制

近日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院在 Nature Communications 期刊發(fā)表了題為“VGLL1 cooperates with TEAD4 to control human trophectoderm lineage specification”的文章，成功地解析了VGLL1/TEAD4復合物調控人類na？ve多能干細胞來源的滋養(yǎng)外胚層譜系中細胞命運決定和自我更新的作用機制。近日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院在 Nature Communications 期刊發(fā)表了題為“VGLL1 cooperates with TEAD4 to control human trophectoderm lineage specification”的文章，成功地解析了VGLL1/TEAD4復合物調控人類na？ve多能干細胞來源的滋養(yǎng)外胚層譜系中細胞命運決定和自我更新的作用機制。人類胎盤主要由囊胚期的滋養(yǎng)外胚層發(fā)育而成。滋養(yǎng)外胚層的異常發(fā)育分化將導致胚胎著床失敗或者胎盤功能障礙，繼而引發(fā)嚴重的妊娠疾病，增加胎兒的流產率和死亡率。因此，探索滋養(yǎng)外胚層譜系調控機制對于胚胎早期發(fā)育領域至關重要。本項研究首先基于團隊前期開發(fā)的4CL na？ve人多能干細胞(PSCs)培養(yǎng)體系成功分化得到了滋養(yǎng)外胚層樣細胞（TELCs）和滋養(yǎng)外胚層干細胞（TSCs），并且發(fā)現轉錄輔因子VGLL1是TELCs分化和TSCs維持的關鍵調節(jié)因子。在TELCs和TSCs中，敲除VGLL1導致細胞周期基因和TE/TSC相關基因的表達下調，影響了細胞的增殖和分化特性。VGLL1與轉錄因子TEAD4相互作用，通過增加靶位點處H3K27ac水平影響細胞周期基因和TE/TSC相關基因的染色質開放性。這與之前研究中TEAD4在癌細胞中促進組蛋白乙酰化的作用是一致的。與na？ve PSCs相比，TEAD4在TELCs中的作用模式部分重塑和拓展，招募VGLL1是細胞命運決定的關鍵步驟。此外，研究團隊通過探索不同因子與TEAD4之間的潛在功能關系發(fā)現，除YAP和WWTR1之外，VGLL1作為TEAD4的強輔因子，為保護人類TE的正常發(fā)育增加了靈活性。且VGLL1/TEAD4復合物與GATA3和TFAP2C協同作用，是滋養(yǎng)外胚層調控網絡的重要組成部分。值得注意的是，VGLL1在靈長類滋養(yǎng)外胚層中高表達，但在小鼠中幾乎不表達，這也表明了早期滋養(yǎng)外胚層譜系分化中可能存在的種間差異。綜上，該研究成功地揭示了VGLL1/TEAD4復合物是人滋養(yǎng)外胚層譜系中細胞命運決定和自我更新的核心調節(jié)因子，為人類滋養(yǎng)外胚層功能與胚胎植入失敗等臨床問題提供了新的研究視角。吉林大學碩士生楊月麗和中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院博士生賈雯淇為該論文的共同第一作者。中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院李文娟副研究員，Md. Abdul Mazid副研究員與Miguel A. Esteban研究員為該論文的共同通訊作者。該研究成果得到了國家自然科學基金，廣東省基礎與應用基礎研究基金，廣東省科技計劃項目，廣州市科學技術基金，中國科學院國際人才計劃（CAS-PIFI），外國青年人才計劃等資助。論文鏈接VGLL1/TEAD4復合物調控人滋養(yǎng)外胚層譜系的示意圖

2024-01-19

廣州健康院揭示堿基類似物調節(jié)體細胞重編程新機制

近日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康院研究院劉晶團隊在Cell & Bioscience期刊發(fā)表了題為“Epigenetic reshaping through damage: promoting cell fate transition by BrdU and IdU incorporation”的文章。該研究揭示了堿基類似物BrdU和IdU通過DNA損傷修復途徑調控組蛋白乙酰化和DNA去甲基化從而促進體細胞重編程的分子作用機制，同時在多個重編程系統(tǒng)中驗證并發(fā)現了其劑量與作用結果之間的相關性。近日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康院研究院劉晶團隊在Cell & Bioscience期刊發(fā)表了題為“Epigenetic reshaping through damage: promoting cell fate transition by BrdU and IdU incorporation”的文章。該研究揭示了堿基類似物BrdU和IdU通過DNA損傷修復途徑調控組蛋白乙酰化和DNA去甲基化從而促進體細胞重編程的分子作用機制，同時在多個重編程系統(tǒng)中驗證并發(fā)現了其劑量與作用結果之間的相關性。該研究基于實驗室前期建立的化學成分明確的高效化學重編程體系（Cao et al., 2018），其中BrdU作為堿基類似物在該系統(tǒng)中發(fā)揮著至關重要的作用，但機制尚不明確。堿基類似物具有隨機整合到基因組中的特征，其隨機性如何參與精密的體細胞重編程過程，同時體細胞重編程本質是表觀遺傳重編程的過程，這種影響基因組的作用方式最終如何調控表觀遺傳重編程是該研究擬解決的關鍵科學問題。研究首先發(fā)現BrdU可在化學重編程過程兩個階段發(fā)揮作用并可被IdU替代。在第一階段即體細胞向XEN-like轉變階段，BrdU/IdU的持續(xù)處理會造成DNA的損傷累積，通過小分子干擾雙鏈斷裂的主要修復通路ATM（ataxia telangiectasia-mutated）可顯著降低化學重編程的效率。XEN-like狀態(tài)關鍵基因Gata4、Sox17、Sall4的H3K9和H3K27乙酰化會在堿基類似物處理下特異性上調。而ATM的激活伴隨著磷酸化-乙酰化的級聯反應，因此得出堿基類似物可通過誘導DNA損傷激活ATM信號通路造成損傷位點的乙酰化累積，從而調控基因表達。第二階段XEN-like狀態(tài)往多能性轉變的過程中，DNA甲基化是主要的限制因素，堿基類似物造成的持續(xù)損傷可使新合成的DNA雙鏈失去原有的甲基化修飾，從而起到DNA去甲基化的作用。最后，團隊進一步在轉錄因子介導重編程系統(tǒng)中驗證了該機制的普遍性，并建立了以BrdU為核心的KLF4與SOX2（KS）高效體細胞重編程系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，BrdU仍可通過ATM信號通路激活XEN基因進而促進體細胞重編程進程，同時發(fā)現了堿基類似物在不同重編程系統(tǒng)的分子作用特點，并總結了其劑量與作用結果之間的相關性。綜上，研究發(fā)現BrdU/IdU可以激活DNA損傷修復途徑（HRR），導致組蛋白乙酰化和全基因組DNA去甲基化增加，從而調節(jié)體細胞重編程。該研究了揭示了基因組與表觀遺傳在體細胞重編程中的互作關系，為細胞命運轉變的機制提供了新的見解。中國科學技術大學博士研究生李闖、碩士研究生徐小朵以及廣州健康院碩士研究生陳舒妍為該論文的共同第一作者。廣州健康院劉晶研究員、吳昊凱峰博士和西湖大學裴端卿教授為該論文的共同通訊作者，該研究成果得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等項目的資助。論文鏈接Brdu和Idu通過DNA損傷修復途徑調節(jié)體細胞重編程

2024-01-19

南極羅斯海新生代放射蟲研究取得重大進展

近日，由中國科學院南海海洋研究所研究員張?zhí)m蘭、副研究員張強和研究員陳木宏共同完成的逾67萬字科研專著《南極羅斯海的新生代放射蟲》在科學出版社正式出版。該項研究成果標志著我國在南極羅斯海區(qū)域的綜合地球科學研究中取得了突破性進展。羅斯海是遼闊太平洋南端的一個最高緯度邊緣海，具有典型的極地環(huán)境特征，成為探索南太平洋古海洋及極地氣候歷史演變的關鍵區(qū)域。隨著我國開始在南極羅斯海建立科學考察站，對這一關鍵極地海域的深入探索全面展開。該研究通過系統(tǒng)分析國際大洋鉆探計劃（IODP）早期巖芯樣品，首次建立了南極羅斯海較為完整的新生代放射蟲生物地層年代框架，并揭示了古新世至第四紀各時期的生物地層序列及階段性差異特征，為高緯度新生代地層劃分提供了重要依據。科研團隊通過對502種放射蟲進行詳細的化石鑒定和分類學研究，共發(fā)現了37科138屬，其中包含4個新屬和126個新種。這些研究成果不僅豐富了南極圈內海區(qū)物種多樣性和歷史變化規(guī)律的認識，也為探討太平洋-南極之間的海洋環(huán)境與生物演變動力特性提供了有力支持。本書的重要發(fā)現之一是，南極羅斯海Site 274所在海區(qū)在新生代地質時期具有獨特的生態(tài)與沉積環(huán)境，其放射蟲動物群雖然與南大洋海區(qū)有過交流，但更多表現出獨立的生物地理與地層差異。研究詳細記錄了不同地質時期羅斯海與南大洋之間放射蟲種類的發(fā)生、消失以及同步演化的事件，這些證據進一步證實了全球氣候變化和地質板塊運動對該地區(qū)生物多樣性的影響。　　此外，研究還揭示了南極羅斯海放射蟲動物群的演化過程與全球氣候及冰蓋變化節(jié)奏的一致性，為理解南極海區(qū)新生代放射蟲化石群的演變過程及其對全球氣候變化和構造運動的響應提供了新的科學認識與證據。　　此次《南極羅斯海的新生代放射蟲》的出版，填補了南極海區(qū)乃至全球放射蟲分類系統(tǒng)及生物地層研究領域重要空白，對推動相關領域的科研進步和應用價值提升具有深遠意義。　　此項研究得到了國際大洋鉆探計劃組織的支持，并受到國家自然科學基金項目、山東省泰山學者攀登計劃項目、中國科學院南海海洋研究所自主部署項目以及中國IODP辦公室等多方資助。

2024-01-18

亞熱帶生態(tài)所主持的“農業(yè)水土環(huán)境重金屬削減與安全生產技術集成示范”項目通過驗收

1月17日，湖南省科技廳組織中南大學、湖南省土壤肥料研究所、湖南省環(huán)境科學研究院和湖南天平正大會計師事務所等單位專家，對中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所主持的湖南省高新技術產業(yè)科技創(chuàng)新引領計劃（科技攻關類）“農業(yè)水土環(huán)境重金屬削減與安全生產技術集成示范”項目（2020.07－2022.12）進行了會議綜合績效評價。省科技廳科技監(jiān)督與誠信建設處四級調研員曠昊、事務中心項目運行部部長謝靜波、副部長夏潤龍、亞熱帶生態(tài)所所長陳洪松、科技處處長劉守龍、副處長鄧正苗等領導以及項目首席黃道友研究員、各課題負責人和科研骨干20余人出席會議。1月17日，湖南省科技廳組織中南大學、湖南省土壤肥料研究所、湖南省環(huán)境科學研究院和湖南天平正大會計師事務所等單位專家，對中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所主持的湖南省高新技術產業(yè)科技創(chuàng)新引領計劃（科技攻關類）“農業(yè)水土環(huán)境重金屬削減與安全生產技術集成示范”項目（2020.07－2022.12）進行了會議綜合績效評價。省科技廳科技監(jiān)督與誠信建設處四級調研員曠昊、事務中心項目運行部部長謝靜波、副部長夏潤龍、亞熱帶生態(tài)所所長陳洪松、科技處處長劉守龍、副處長鄧正苗等領導以及項目首席黃道友研究員、各課題負責人和科研骨干20余人出席會議。該項目以“灌溉水-農田土壤-作物”系統(tǒng)為對象，聚焦農業(yè)水土環(huán)境重金屬超標問題進行科技攻關，形成超標灌溉水重金屬立體高效生物凈化、土壤重金屬污染調理劑精準施用、重金屬超標農田生物減量修復、農藝特定靶向調控和農業(yè)水土環(huán)境重金屬超標綜合治理等關鍵技術10余項，組裝集成處置超標灌溉水生物凈化系統(tǒng)2套和重金屬超標農田減量種植與治理修復5套模式并示范，創(chuàng)建了基于重金屬超標農田安全生產和風險管控的綜合解決方案。在研期間，項目獲農業(yè)農村部登記產品2個，確定綠色高效土壤調理劑與葉面阻控劑產品（配方）3個，申請專利9項（已授權6項），發(fā)表論文65篇（其中第一標注論文31篇），制訂地方標準1個，編制技術規(guī)程3個，提交咨詢報告3份，相關成果獲得省部級獎項3項，并將相關技術成果轉化為物化產品，在益陽赫山、常德澧縣建成了1920畝的核心示范區(qū)，向長沙、益陽、常德等9市輻射推廣應用,17萬畝，帶動農民年均增收約900萬元、企業(yè)新增產值約5900萬元。評價專家組一致認為該項目圓滿完成了任務書規(guī)定的目標任務，社會、經濟效益顯著，同意通過驗收。據悉，該項目是“十四五”期間省科技廳農業(yè)科技攻關類的重大項目，湖南農業(yè)大學、湖南師范大學、湖南艾布魯環(huán)保科技股份有限公司、中南林業(yè)科技大學、湖南省農業(yè)生物技術研究所、湖南工業(yè)大學、長沙學院、湖南農杰科技發(fā)展有限公司、湖南人文科技學院等作為協作單位參加了項目研究。會議現場

2024-01-18

廣州能源所獲粵港澳大灣區(qū)高價值專利培育布局大賽銀獎

近日，中國科學院廣州能源研究所“中-深層地熱基于超長重力熱管的變革性取熱及用熱技術”2023年粵港澳大灣區(qū)高價值專利培育布局大賽中斬獲銀獎。近日，中國科學院廣州能源研究所“中-深層地熱基于超長重力熱管的變革性取熱及用熱技術”2023年粵港澳大灣區(qū)高價值專利培育布局大賽中斬獲銀獎。我國地熱資源儲量相當于20余萬年的能源消耗總量，地熱產業(yè)具有萬億級市場潛力，碳減排潛力可觀。該項目獨創(chuàng)超長重力熱管取熱及用熱技術，同時革新了地熱開采和利用技術，克服現有技術面臨的所有難題，對不同深度、不同類型地熱普遍適用。項目已獲國家重點研發(fā)項目、中國科學院戰(zhàn)略先導專項課題等研發(fā)經費支持；核心專利在中國、美國、歐盟、澳大利亞等20余國家獲得授權，核心技術通過成果轉移轉化和許可實施等方式與行業(yè)內企業(yè)開展合作，初步展現經濟價值。該系列技術目前已完成示范工程6項，下管7根，帶動投資超過1億元。示范項目被院士領銜的專家團隊評價為國際領先，中央電視臺等媒體多次報道。近年來，廣州能源所圍繞國家和地方重大需求、行業(yè)關鍵共性技術深入布局，取得了一系列成果。今后，廣州能源所將進一步深入貫徹落實國家及地方相關精神，大力推動高價值專利培育和高效益專利轉化。

2024-01-18

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