深圳先進院磁共振團隊基于在深度學(xué)習(xí)快速磁共振成像領(lǐng)域的前瞻布局和深厚基礎(chǔ)，針對當(dāng)前技術(shù)需要大量訓(xùn)練樣本及可靠性不足的問題，提出新型深度網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與模型，并充分結(jié)合磁共振成像獨特的物理性質(zhì)，實現(xiàn)高加速下的準(zhǔn)確重建。 深圳先進院醫(yī)學(xué)成像科學(xué)與技術(shù)系統(tǒng)重點實驗室注重交叉利用數(shù)學(xué)和物理前沿，進行關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)的突破。快速磁共振成像技術(shù)是磁共振成像的關(guān)鍵共性技術(shù)，其數(shù)學(xué)本質(zhì)是要求解一個高度病態(tài)反問題，準(zhǔn)確求解困難，深度學(xué)習(xí)技術(shù)已經(jīng)成為求解這一問題的主流工具。深圳先進院磁共振團隊基于在深度學(xué)習(xí)快速磁共振成像領(lǐng)域的前瞻布局和深厚基礎(chǔ)，針對當(dāng)前技術(shù)需要大量訓(xùn)練樣本及可靠性不足的問題，提出新型深度網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與模型，并充分結(jié)合磁共振成像獨特的物理性質(zhì)，實現(xiàn)高加速下的準(zhǔn)確重建。代表性的工作如下。 磁共振利用多通道線圈接收人體生理信號，多線圈的數(shù)據(jù)間具有很強的相關(guān)性。團隊針對磁共振成像中全采數(shù)據(jù)難以獲得的巨大挑戰(zhàn)，提出利用線圈間數(shù)據(jù)相關(guān)性這一物理先驗，來構(gòu)建磁共振物理驅(qū)動的無監(jiān)督深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)成像模型，并分析了網(wǎng)絡(luò)的誤差上界，為成像可靠性提供保障。實驗結(jié)果（圖1）表明，該方法無需訓(xùn)練數(shù)據(jù)就能夠重建出高質(zhì)量圖像，且效果與需要訓(xùn)練數(shù)據(jù)方法類似。研究成果發(fā)表在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域著名期刊Medical Image Analysis。 其次，針對目前主流深度學(xué)習(xí)快速重建方法可靠性不足的問題，提出了零階算法展開網(wǎng)絡(luò)的思想，利用網(wǎng)絡(luò)表示正則化子零階信息（正則化子本身），增強了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的可解釋性，保證了網(wǎng)絡(luò)算法收斂性和魯棒（正則）性。實驗證明（圖2），該方法重建圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法。研究成果發(fā)表在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域著名期刊IEEETransactions on Medical Imaging。 此外，磁共振馳豫值是其重要的物理參數(shù)，可以表征組織的一些生理信息，團隊基于該物理弛豫先驗和圖像的結(jié)構(gòu)相似性，提出了基于低秩張量的快速磁共振T1ρ馳豫定量方法（SMART），將掃描時間由全采樣數(shù)據(jù)所需的49.9分鐘縮短至3.8分鐘，且在高達13.2倍加速倍數(shù)下仍能獲得與全采樣數(shù)據(jù)相當(dāng)?shù)膱D像，且重建誤差小于目前主流的重建方法（圖3）。相關(guān)研究工作發(fā)表在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域著名期刊IEEE Transactions on Medical Imaging。 在上述成果的基礎(chǔ)上，團隊在信號處理頂刊IEEE Signal Processing Magazine發(fā)表深度學(xué)習(xí)磁共振定量成像綜述長文Physics-Driven Deep Learning Methods for Fast Quantitative Magnetic Resonance Imaging，對物理驅(qū)動的快速定量磁共振成像方法進行廣泛和深度的分析，并探討了該領(lǐng)域未來的研究方向。 相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金，科技部重點研發(fā)計劃、廣東省自然科學(xué)基金、深圳市基礎(chǔ)研究重點項目等資助。
近日，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) 研究員李芊團隊聯(lián)合加拿大紐芬蘭紀(jì)念大學(xué)教授Richard B. Rivkin以及美國康涅狄格大學(xué)教授林森杰，揭示了大灣區(qū)近海硅藻水華及其氧脂類代謝物在磷循環(huán)中的作用機制。相關(guān)研究發(fā)表于國際知名期刊Science of the Total Environment上，副研究員吳正超為第一作者，李芊為通訊作者。 硅藻在地球的總初級生產(chǎn)中占據(jù)20-40%的份額，通過其在水體中的垂直沉降，對全球海洋碳輸出和碳儲存發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在近海，硅藻的水華會在藻華后期因真光層中的氮磷等營養(yǎng)鹽耗盡而消亡，伴隨著大規(guī)模生物量的沉降到海底。在這一過程中，異養(yǎng)細菌對硅藻的有機物質(zhì)降解和再礦化對硅藻水華動力學(xué)、海洋營養(yǎng)鹽循環(huán)和碳循環(huán)產(chǎn)生顯著影響。然而，盡管硅藻和細菌在海洋中長期共存，通過藻際環(huán)境等多界面快速交換代謝產(chǎn)物和信號化合物，但我們對信號化合物介導(dǎo)的硅藻-細菌相互作用過程及其對藻華動力學(xué)和近海碳循環(huán)的調(diào)控機制的理解仍有待完善。 這項研究重點關(guān)注了硅藻在藻華后期產(chǎn)生的多不飽和醛（PUAs）氧脂類代謝有機物，它們被廣泛證實在調(diào)節(jié)不同浮游生物碳功能類群的相互作用中發(fā)揮關(guān)鍵作用，研究團隊研究了PUAs在磷限制的河口近海顆粒物微生物磷循環(huán)中的作用。該研究選擇了粵港澳大灣區(qū)近海，作為一個典型的受人類活動影響顯著的海域，聚焦在珠江羽流影響下的藻華海區(qū)（圖1A）。在藻華區(qū)，浮游植物群落以產(chǎn)生PUAs的硅藻為優(yōu)勢種群，合成了高濃度的藻源顆粒結(jié)合態(tài)PUAs（圖1B）。通過結(jié)合原位大體積過濾技術(shù)和PUAs現(xiàn)場衍生化監(jiān)測方法，研究確定了藻華區(qū)內(nèi)外顆粒吸附態(tài)PUAs的濃度水平和組成差異（藻際環(huán)境，微摩爾量級，圖2A）。隨后進行的原位受控實驗發(fā)現(xiàn)，低濃度的PUAs（<30 μM）對藻華區(qū)內(nèi)和區(qū)外的顆粒附著細菌堿性磷酸酶（APase）活性和細菌豐度沒有顯著影響。然而，高濃度的PUAs（300 μM）導(dǎo)致藻華區(qū)外的附著細菌APase活性和豐度顯著降低，而藻華區(qū)內(nèi)沒有明顯變化(圖2B)。這表明藻際環(huán)境中的微摩爾量級的藻源PUAs在磷限制的近海硅藻水華區(qū)域的細菌磷降解和再礦化中發(fā)揮重要作用。 圖1：研究區(qū)域為全球富營養(yǎng)化河口的典型代表——粵港澳大灣區(qū)近海，以及珠江羽流影響下的硅藻大規(guī)模水華海區(qū)（A，以葉綠素代表藻華生物量）。圖1B展示了藻華區(qū)內(nèi)和區(qū)外表層水中藻源顆粒結(jié)合態(tài)PUAs的原位監(jiān)測結(jié)果（水柱環(huán)境中的納摩爾級別水平）。 圖2：展示了藻華區(qū)內(nèi)和區(qū)外底層水中顆粒吸附態(tài)PUAs的原位監(jiān)測對比（A，藻際環(huán)境中的微摩爾級別水平），以及顆粒物附著細菌對微摩爾級PUAs受控實驗的響應(yīng)規(guī)律對比（B，包括堿性磷酸酶活性和細菌豐度）。 藻際環(huán)境下的顆粒附著細菌可以適應(yīng)硅藻（或其碎屑）釋放的高濃度PUAs，協(xié)同地維持高速的有機磷循環(huán)速率，支持近海的硅藻水華和凈生產(chǎn)力。這些過程導(dǎo)致的額外生物碳積累可能會增加近海二氧化碳吸收和pH值，從而對抗近海酸化和缺氧現(xiàn)象。因此，富含PUAs的硅藻與細菌之間的相互作用可能會影響全球各地河口近海的浮游植物藻華生消和碳封存（圖3）。本研究揭示了硅藻氧脂類代謝信號化合物在近海顆粒有機磷循環(huán)和藻華生消中的作用與調(diào)控機制，為大灣區(qū)海域生態(tài)環(huán)境的保護和全球富營養(yǎng)化磷限制近海藻華的管理提供了理論基礎(chǔ)。 圖3：全球影響與應(yīng)用——富營養(yǎng)化河口近海的磷限制硅藻水華以及與之相關(guān)的藻源PUAs類信號代謝物在藻華動態(tài)和近海碳匯中的潛在功能。 該研究得到了廣東省自然科學(xué)基金-區(qū)域聯(lián)合基金重點項目、國家自然科學(xué)基金面上項目以及中國科學(xué)院國際人才計劃（PIFI）項目等的聯(lián)合資助。 相關(guān)論文信息：Zhengchao Wu, Qian P. Li*, Richard B. Rivkin, & Senjie Lin (2023). " Role of diatom-derived oxylipins in organic phosphorus recycling during coastal diatom blooms in the northern South China Sea." Science of the Total Environment, 903, 166518. 論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.166518
近日，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院張小飛團隊在Cell Reports期刊發(fā)表了題為“MARCH7-Mediated Ubiquitination Decreases the Solubility of ATG14 to Inhibit Autophagy”的研究論文，揭示了E3泛素連接酶MARCH7通過泛素化修飾ATG14抑制自噬，導(dǎo)致蛋白聚集體通過自噬途徑降解受阻的機制。 近日，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院張小飛團隊在Cell Reports期刊發(fā)表了題為“MARCH7-Mediated Ubiquitination Decreases the Solubility of ATG14 to Inhibit Autophagy”的研究論文，揭示了E3泛素連接酶MARCH7通過泛素化修飾ATG14抑制自噬，導(dǎo)致蛋白聚集體通過自噬途徑降解受阻的機制。 自噬是真核細胞中保守且重要的分解代謝機制，自噬失調(diào)、紊亂與癌癥、神經(jīng)退行性疾病、衰老等密切相關(guān)。近年來隨著對自噬的研究不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)泛素化這種廣泛存在的蛋白翻譯后修飾在其中發(fā)揮著重要的作用。然而自噬復(fù)雜而精準(zhǔn)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)至今仍未完全清晰，對自噬密碼的解讀仍然是未來幾十年基礎(chǔ)研究工作不可缺少的部分。 該研究通過蛋白質(zhì)譜等技術(shù)鑒定出自噬核心機制中關(guān)鍵蛋白ATG14的E3泛素連接酶MARCH7，并進一步確定其對ATG14的泛素化修飾位點以及修飾類型。研究為補充泛素鏈功能提供研究依據(jù)，為完善自噬調(diào)控機制提供新的證據(jù)，也為自噬相關(guān)疾病的治療提供新的方向及研究靶點。 廣州健康院張小飛課題組博士生史雪為該論文的第一作者，廣州健康院張小飛研究員為通訊作者。成果得到廣東省珠江人才計劃、廣東省科技計劃項目、香港創(chuàng)新科技署項目資助。 論文鏈接 MARCH7泛素化ATG14抑制自噬的示意圖
在全球畜禽養(yǎng)殖業(yè)禁用促生長抗生素背景下，斷奶仔豬腹瀉問題愈加突出，腹瀉防控成為斷奶仔豬飼養(yǎng)管理的重中之重。仔豬腹瀉的誘因復(fù)雜多樣，其相關(guān)分子機制尚有待深入解析。 在全球畜禽養(yǎng)殖業(yè)禁用促生長抗生素背景下，斷奶仔豬腹瀉問題愈加突出，腹瀉防控成為斷奶仔豬飼養(yǎng)管理的重中之重。仔豬腹瀉的誘因復(fù)雜多樣，其相關(guān)分子機制尚有待深入解析。 近期，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所印遇龍院士團隊研究發(fā)現(xiàn)，斷奶腹瀉仔豬糞便中真菌Candida Tropicalis豐度顯著降低，代謝物磷酸膽堿含量顯著升高，且斷奶腹瀉仔豬結(jié)腸組織中的氧自由基和中性粒細胞誘捕網(wǎng)形成增加；斷奶應(yīng)激導(dǎo)致形成的氧自由基通過激活dectin-1基因表達，促進中性粒細胞誘捕網(wǎng)生成，進而殺死Candida Tropicalis。Candida Tropicalis豐度減少，其消耗的磷酸膽堿減少，導(dǎo)致磷酸膽堿在結(jié)腸富集。磷酸膽堿可通過激活腺苷環(huán)化酶促進cAMP生成，進而促進水分泌，從而有利于病原菌清除。因此，斷奶仔豬初期腹瀉有利于病原菌的排出，這為斷奶仔豬腹瀉防控提供了理論基礎(chǔ)。 該研究成果以Colonic phosphocholine is correlated with Candida tropicalisand promotes diarrhea and pathogen clearance為題發(fā)表在Nature子刊NPJ Biofilms and Microbiomes上，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所周錫紅副研究員為本文第一作者，熊霞研究員和印遇龍院士為本文共同通訊作者。該文是團隊繼在Gut Microbes上發(fā)表題為Intestinal accumulation of microbiota-produced succinate caused by loss of microRNAs leads to diarrhea in weanling piglets論文后，關(guān)于斷奶仔豬腹瀉機制解析的又一研究成果。該研究得到國家重點研發(fā)計劃青年科學(xué)家項目、國家自然科學(xué)基金項目、湖南省科技領(lǐng)軍人才項目、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會項目以及國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目的共同資助。 論文鏈接 真菌介導(dǎo)的斷奶仔豬腹瀉發(fā)生機制
