近日，深海所張海濱研究團(tuán)隊(duì)在Science子刊Science Advances（一區(qū) TOP) 上在線發(fā)表了題為《Genetic adaptations of sea anemone to hydrothermal environment》的研究論文。該研究破解了中印度洋(Central Indian Ridge)Edmond熱液口海葵（Alvinactis idsseensis sp. nov.）的染色體水平的基因組，解析了海葵在深海熱液極端環(huán)境中的生存機(jī)制。近日，深海所張海濱研究團(tuán)隊(duì)在Science子刊Science Advances（一區(qū) TOP) 上在線發(fā)表了題為《Genetic adaptations of sea anemone to hydrothermal environment》的研究論文。該研究破解了中印度洋(Central Indian Ridge)Edmond熱液口海葵（Alvinactis idsseensis sp. nov.）的染色體水平的基因組，解析了海葵在深海熱液極端環(huán)境中的生存機(jī)制。深海熱液噴口的特征是極端的溫度和壓力、高濃度金屬離子、有毒化學(xué)物質(zhì)和常年黑暗，但大量生物卻在此繁衍生息，建立了一個獨(dú)特而有趣的生態(tài)系統(tǒng)。Edmond和Kairei是中印度洋脊上具有高度地理連通性的兩個熱液口，其多種金屬離子(如Fe2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+)的含量遠(yuǎn)高于周圍海水。該海葵是生活在Edmond熱液口的優(yōu)勢物種，常見于硫化物豐富的熱液噴口周邊區(qū)(棲息環(huán)境溫度為1 ~ 2 )，主要通過捕食盲蝦獲取營養(yǎng)，但針對該海葵對極端環(huán)境適應(yīng)機(jī)制的研究較少。圖1 采樣信息研究團(tuán)隊(duì)通過比較基因組分析發(fā)現(xiàn)，該海葵基因組中分別有736/31個基因家族顯著擴(kuò)增/收縮。擴(kuò)增基因家族主要與金屬離子的結(jié)合、細(xì)胞膜和應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)，其中與金屬離子耐受相關(guān)的MTPs基因家族顯著擴(kuò)張，轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)大多數(shù)MTP基因主要在觸手中表達(dá)。由于MTP基因在無脊椎動物中研究較少，為了更好地了解MTPs的功能，研究人員利用酵母表達(dá)系統(tǒng)對其進(jìn)行功能驗(yàn)證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)攜帶MTP的酵母細(xì)胞只能在含有高濃度Fe2+和Mn2+的培養(yǎng)基中生長，這證明MTP可以幫助該海葵耐受Edmond熱液口環(huán)境中高濃度的Fe2+和Mn2+。盡管Fe2+是所有生物體中支持氧運(yùn)輸?shù)壬锕δ艿鞍椎谋匾煞郑^量的鐵會導(dǎo)致過氧化物的產(chǎn)生。因此，維持細(xì)胞鐵穩(wěn)態(tài)對生物體的正常分子功能極為重要。該研究發(fā)現(xiàn)fech基因在高度保守的亞鐵螯合酶結(jié)構(gòu)域中檢測到正選擇信號位點(diǎn)(P283H)和突變位點(diǎn) (N279H)，這表明 fech基因可能增加了該海葵與鐵或其他金屬離子的結(jié)合能力。此外，還發(fā)現(xiàn)與Fe-S簇的形成相關(guān)基因（nfs和fxn ）發(fā)生了正選擇，這些基因之間協(xié)作可能在該海葵中維持細(xì)胞金屬離子的穩(wěn)態(tài)中起重要作用。圖2 深海海葵對金屬離子的適應(yīng)性高靜水壓力會影響細(xì)胞膜流動性、蛋白質(zhì)穩(wěn)定性、DNA 結(jié)構(gòu)和細(xì)胞骨架等，該研究結(jié)合團(tuán)隊(duì)已發(fā)表的深海海葵（Paraphelliactis xishaensis）基因組，通過分析發(fā)現(xiàn)在兩個深海海葵中有22個基因家族發(fā)生了共同擴(kuò)張，富集分析發(fā)現(xiàn)這些基因家族與DNA修復(fù)和細(xì)胞膜有關(guān)。為進(jìn)一步分析高靜水壓力對于細(xì)胞膜功能的影響，研究人員比較了該海葵和淺海海葵的總脂含量，發(fā)現(xiàn)該海葵相對于淺海海葵具有較高含量的多不飽和脂肪酸。有趣的是，參與不飽和脂肪酸合成的多個基因（fasn, acss3, pfi,和 Rv3720）發(fā)生了改變，其中fasn 基因在馬里亞納獅子魚Pseudoliparis swirei 基因組中同樣發(fā)生擴(kuò)張，這可能是深海生物應(yīng)對高靜水壓力的趨同進(jìn)化。圖3 深海海葵的深海高靜水壓力適應(yīng) 研究發(fā)現(xiàn)該海葵可能通過更加敏感的視蛋白增強(qiáng)紅外感知能力以幫助其在黑暗環(huán)境中捕食盲蝦，并存在完整的晝夜節(jié)律通路基因，這些改變可能有助于該海葵在熱液環(huán)境中生存。 論文第一作者為周洋博士，張海濱研究員為論文通訊作者。深海所為第一作者單位和通訊作者單位。該研究得到了中國科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)、海南省重大科技計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。 論文信息：Y. Zhou, H. Liu, C. Feng, Z. Lu, J. Liu, Y. Huang, H. Tang, Z. Xu, Y. Pu, H. Zhang, Genetic adaptations of sea anemone to hydrothermal environment. Science Advances 9, eadh0474 (2023). 論文連接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh0474
如今，城市化的快速發(fā)展和群眾對于生活質(zhì)量的提高從根本上影響了文娛服務(wù)（ recreational ecosystem service ， CES ）的供需關(guān)系和其空間分布模式。了解文娛服務(wù)供需錯配的空間特征和不同居民群體的游憩偏好將為城鄉(xiāng)景觀規(guī)劃提供支撐。但目前對中國的城市群文娛服務(wù)供需及不同群體的游憩偏好的評估方法還不成熟。研究發(fā)現(xiàn)，文娛服務(wù)的供需錯配具有空間異質(zhì)性，主要表現(xiàn)在文娛服務(wù)供給在城鄉(xiāng)梯度上呈遞增或無特殊規(guī)律，而需求呈現(xiàn)城市地區(qū)高、城鄉(xiāng)結(jié)合部供需平衡和鄉(xiāng)村供給高。Spatial relationships of recreational ecosystem service ( RES ) supply – demand overlap in the Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration region .如今，城市化的快速發(fā)展和群眾對于生活質(zhì)量的提高從根本上影響了文娛服務(wù)（recreational ecosystem service，CES）的供需關(guān)系和其空間分布模式。了解文娛服務(wù)供需錯配的空間特征和不同居民群體的游憩偏好將為城鄉(xiāng)景觀規(guī)劃提供支撐。但目前對中國的城市群文娛服務(wù)供需及不同群體的游憩偏好的評估方法還不成熟。中國科學(xué)院華南植物園生態(tài)中心研究人員在2021年對于京津冀地區(qū)開展了問卷調(diào)查，并建立了文娛服務(wù)供需的評估模型，對研究區(qū)域文娛服務(wù)供需關(guān)系進(jìn)行了空間量化。研究發(fā)現(xiàn)，文娛服務(wù)的供需錯配具有空間異質(zhì)性，主要表現(xiàn)在文娛服務(wù)供給在城鄉(xiāng)梯度上呈遞增或無特殊規(guī)律，而需求呈現(xiàn)城市地區(qū)高、城鄉(xiāng)結(jié)合部供需平衡和鄉(xiāng)村供給高。不同性別、年齡、城市和收入情況的人群對游憩生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的偏好具有異質(zhì)性，女性對各類景觀的偏好程度更高，高收入和非本地人群旅行距離更長、老年人的出行距離也相對較短。相關(guān)研究成果已近期發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Landscape and Urban Planning（《景觀與城市規(guī)劃》）上。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所孫曉副研究員為第一作者，中國科學(xué)院華南植物園生態(tài)中心劉紅曉為通訊作者，研究工作獲得國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會資助項(xiàng)目的支持。論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169204623002220Fig. 8. Spatial relationships of recreational ecosystem service (RES) supply–demand overlap in the Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration region.
該研究開發(fā)了一種基于CRISPR/Cas12a和等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)（LOC-CRISPR）的簡單、全封閉、高度集成的微流控系統(tǒng)，可以特異性識別多種常見呼吸道病毒及其變種。中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院生物醫(yī)學(xué)與健康工程研究所楊慧研究員團(tuán)隊(duì)，與深圳市兒童醫(yī)院麻曉鵬、謝中建團(tuán)隊(duì)合作，在Biosensors and Bioelectronics上發(fā)表了題為CRISPR/Cas12a-Assisted isothermal amplification for rapid and specific diagnosis of respiratory virus on an microfluidic platform的文章。該研究開發(fā)了一種基于CRISPR/Cas12a和等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)（LOC-CRISPR）的簡單、全封閉、高度集成的微流控系統(tǒng)，可以特異性識別多種常見呼吸道病毒及其變種。本研究中，沈杰男博士、陳摯博士和謝瑞彬?yàn)楣餐谝蛔髡撸闀赠i院長、楊慧研究員和謝中建教授為共同通訊作者，深圳市兒童醫(yī)院與中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院為通訊單位。呼吸道病毒是導(dǎo)致呼吸道感染的主要因素之一，包括冠狀病毒、流感病毒和呼吸道合胞病毒（RSV）等。在兒童和老年人等高風(fēng)險人群中，病毒感染導(dǎo)致的死亡率極高。傳統(tǒng)的診斷方法通常需要復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和較長的檢測周期，且存在著高成本、低靈敏度等問題。并且傳統(tǒng)的PCR技術(shù)只能確定病毒類型，如果要檢測同一病毒的不同變異株，就需要進(jìn)行昂貴且耗時的基因測序。為了解決上述問題，研究人員開發(fā)了一種名為LOC-CRISPR的新技術(shù)，它基于CRISPR/Cas12a和等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)，是一種簡單、全封閉、高度集成的微流控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對SARS-CoV-2（新冠）及其變異株（BA.1、BA.2和BA.5）、H1N1（甲型流感病毒）、H3N2（甲型流感病毒）、IVB（流感病毒）和HRSV（呼吸道感染病毒）的進(jìn)行精準(zhǔn)識別。在臨床樣本測試中，研究團(tuán)隊(duì)使用LOC-CRISPR芯片分析了50份鼻咽拭子樣本（44份陽性和6份陰性），并獲得了優(yōu)異的靈敏度（97.8％）和特異性（100％）。該系統(tǒng)中，研究人員在LOC-CRISPR芯片中集成了核酸提取、核酸擴(kuò)增和熒光檢測三個功能區(qū)。并且LOC-CRISPR芯片還設(shè)計(jì)了用于多重檢測（兩個樣本輸入和十個結(jié)果輸出）需求的特殊結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)中的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是CRISPR/Cas12a技術(shù)，它是一種基于RNA導(dǎo)向的基因編輯技術(shù)，能夠通過特異性識別和切割DNA序列，具有高度特異性和高效率的特點(diǎn)。研究團(tuán)隊(duì)利用CRISPR/Cas12a的導(dǎo)向作用，將其與等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)相結(jié)合，減少檢測步驟，降低檢測時間，不僅實(shí)現(xiàn)了呼吸道病毒的種類識別，而且還實(shí)現(xiàn)了對新型冠狀病毒的不同變異株之間的堿基序列識別。總之，該項(xiàng)研究的進(jìn)展，具有將實(shí)驗(yàn)室科學(xué)帶入社區(qū)診所的能力，是診斷技術(shù)領(lǐng)域的一個重大突破。未來，隨著針對多種疾病診斷試劑的持續(xù)開發(fā)，該款微流控芯片將在疾病預(yù)防、健康監(jiān)測以及個性化醫(yī)療方面，具有巨大的潛力和應(yīng)用價值，值得各方關(guān)注和期待。LOC-CRISPR系統(tǒng)文章鏈接
