国产欧美日韩精品第一区_科研進(jìn)展--中國科學(xué)院廣州分院

南海海洋所在斯里蘭卡成功實(shí)施短周期地震臺陣觀(guān)測實(shí)驗

　　時(shí)值“一帶一路”倡議10周年之際，在中國科學(xué)院南海海洋研究所和中國科學(xué)院中國—斯里蘭卡聯(lián)合科教中心共同幫助與支持下，中國科學(xué)院南海海洋研究所研究員趙明輝率領(lǐng)的“地質(zhì)結構探測與地質(zhì)災害團隊”（圖1），赴斯里蘭卡開(kāi)展前期實(shí)地臺站考察與臺站布設，實(shí)現了沿海城市長(cháng)期的數據采集，進(jìn)一步推進(jìn)了國際開(kāi)放數據平臺建立，為解決斯里蘭卡可持續發(fā)展提供技術(shù)支撐。
　　斯里蘭卡是我國在印度洋區域全天候的戰略合作伙伴，是連接亞非歐的核心中轉站。斯里蘭卡海岸線(xiàn)綿長(cháng)，區域基礎地質(zhì)研究十分薄弱，歷史上地震、海嘯等地質(zhì)災害造成了大量人員傷亡和重大經(jīng)濟損失；而且其沿海城市的經(jīng)濟快速發(fā)展、人口密度增加、城市脆弱性凸顯而導致地質(zhì)災害風(fēng)險不斷累積增強。因此，迫切需要部署地質(zhì)地球物理監測臺網(wǎng)，開(kāi)展長(cháng)期觀(guān)測及研究，建立地震、海嘯、滑坡等基礎數據庫，為一帶一路沿線(xiàn)國家災害預防與經(jīng)濟發(fā)展服務(wù)。
　　研究團隊針對上述問(wèn)題，在斯里蘭卡沿海城市馬塔勒布設了9臺短周期地震儀臺陣（圖2），開(kāi)展了連續地震臺網(wǎng)觀(guān)測實(shí)驗，記錄到多個(gè)天然地震數據及連續背景噪聲波形數據。圖3展示了SL.MT04臺站記錄的2023年4月24日19:15:00（UTC）發(fā)生在漢班托特南部海域的4.4級地震（圖2中五角星）。
　　此次布臺實(shí)驗獲得的海量地震波形與背景噪聲數據，為研究區淺層地質(zhì)結構研究提供了重要基礎，有望解決研究區淺層地質(zhì)結構與地質(zhì)災害相關(guān)的重大民生問(wèn)題，同時(shí)對沿海城市的工程建設和防災減災提供科學(xué)依據。
　　圖1 “地質(zhì)結構探測與地質(zhì)災害團隊”部分成員訪(fǎng)問(wèn)中-斯中心
　　圖2 2023年在沿海城市馬塔拉的地震臺站布設圖
　　圖3 臺站04記錄的天然地震P波與S波到時(shí)圖
　　

2023-05-22

中國科學(xué)院科考團隊發(fā)現南海大型古代沉船

5月21日，國家文物局、海南省、科技部和中國科學(xué)院等單位在海南三亞舉辦新聞發(fā)布會(huì )，正式宣布我國首次在深海發(fā)現大型古代沉船文物遺址，文物數量巨大，保存相對完好，年代為明代弘治—正德年間，具有極高的歷史、科學(xué)及藝術(shù)價(jià)值。
　　[video:新聞發(fā)布會(huì )現場(chǎng)]
　　5月21日，國家文物局、海南省、科技部和中國科學(xué)院等單位在海南三亞舉辦新聞發(fā)布會(huì )，正式宣布我國首次在深海發(fā)現大型古代沉船文物遺址，文物數量巨大，保存相對完好，年代為明代弘治—正德年間，具有極高的歷史、科學(xué)及藝術(shù)價(jià)值。
　　1號沉船遺址點(diǎn)
　　據悉，2022年10月，中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所在我國南海海域執行中科院戰略性先導科技專(zhuān)項科學(xué)考察和深潛作業(yè)時(shí)，于南海西北陸坡約1500米深度海域發(fā)現兩處大型海底沉船遺址，并及時(shí)通報國家和地方有關(guān)部門(mén)。
　　1號沉船遺址點(diǎn)
　　兩處沉船分別被命名為南海西北陸坡一號沉船、二號沉船。其中，一號沉船遺物以瓷器為主，推測文物數量超過(guò)10萬(wàn)件，根據出水文物初步判斷為明代正德年間（1506—1521）。利用中國科學(xué)院自主研發(fā)的潛載測深側掃聲吶獲取了沉船區域水下全局分布圖，為快速厘清文物分布范圍、測繪基點(diǎn)選址及文物保護方案制定提供了關(guān)鍵數據圖像支撐。
　　2號沉船遺址點(diǎn)
　　二號沉船遺物以大量原木為主，初步研判是從海外裝載貨物駛往中國的古代沉船，時(shí)代約為明代弘治年間（1488—1505），定名為南海西北陸坡二號沉船。兩處沉船文物數量巨大，時(shí)代比較明確，具有重要的歷史、科學(xué)及藝術(shù)價(jià)值。這一發(fā)現實(shí)證了中國先民開(kāi)發(fā)、利用、往來(lái)南海的歷史事實(shí)，對中國海洋史、陶瓷史、海外貿易史、海上絲綢之路研究等都具有突破性的貢獻。
　　1號沉船遺址點(diǎn)
　　據悉，深海考古是世界水下考古研究的前沿領(lǐng)域，也是我國水下考古的重要發(fā)展方向。近年來(lái)，我國深海考古迅速起步，取得了重大進(jìn)展。2018年4月、2022年8月，國家文物局考古研究中心、中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所、中國（海南）南海博物館等單位先后在西沙北礁海域、西沙海槽海域成功實(shí)施兩次深海考古調查，發(fā)現若干沉船和遺物點(diǎn)。
　　2號沉船遺址點(diǎn)
　　中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所科學(xué)部副主任陳傳緒介紹，近年來(lái)，中國科學(xué)院先導專(zhuān)項等自主部署研發(fā)的船載多波束系統、應急救援打撈作業(yè)工具、水下無(wú)人探測平臺等系列技術(shù)和裝備，為深海文物水下發(fā)現打撈奠定了堅實(shí)基礎。
　　接下來(lái)，將利用“探索一號”和“探索二號”科考船，搭載“深海勇士”號4500米級和“奮斗者”號萬(wàn)米載人潛水器，以及“獅子魚(yú)一號”無(wú)人遙控潛水器等載人無(wú)人平臺裝備，在沉船區開(kāi)展多類(lèi)型的探測、取樣和文物提取工作。針對文物現場(chǎng)觀(guān)察和文物提取的特殊要求，將利用載人無(wú)人潛水器，配合使用新型力反饋柔性機械手、潛載吹沙清理裝置等，對海底文物進(jìn)行無(wú)損的保護性提取，對被沉積物覆蓋的關(guān)鍵文物進(jìn)行水下清理方便考古學(xué)家進(jìn)行原位觀(guān)測。同時(shí)搭載4K、8K攝像，對水下文物現場(chǎng)進(jìn)行高清拍攝。
　　“深海勇士”號載人潛水器
　　經(jīng)國家文物局批準，國家文物局考古研究中心、中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所、中國（海南）南海博物館將按照水下考古工作規程，用一年左右時(shí)間，分三個(gè)階段實(shí)施南海西北陸坡一號、二號古代沉船遺址考古調查工作。
　　其中第一階段將從5月20日持續至6月上旬，使用載人潛水器搜索摸清沉船分布范圍，對沉船遺址進(jìn)行多角度、全方位的資料采集和考古記錄工作，適量提取有代表性的文物標本，以及海底底質(zhì)等科學(xué)檢測樣本；第二階段、第三階段計劃于2023年8月至9月、2024年3月至4月實(shí)施。考古調查工作結束后，將科學(xué)評估沉船保存狀況和技術(shù)條件，研究提出下一步考古和遺址保護方案。
　　

2023-05-22

亞熱帶生態(tài)所在實(shí)驗動(dòng)物早期斷奶導致小腸上皮發(fā)育不良的機制研究取得進(jìn)展

在現代集約化生豬養殖中，為了提高母豬的生產(chǎn)效率，養殖場(chǎng)普遍采取早期斷奶措施。然而，早期斷奶往往會(huì )造成仔豬斷奶應激，從而導致仔豬的生長(cháng)性能下降和死亡率上升，造成嚴重的經(jīng)濟損失。仔豬腸道上皮的損傷和發(fā)育異常被認為是斷奶應激引起的主要危害所在。目前，人們對早期斷奶引起的腸道損傷的認知多集中在成熟的小腸上皮細胞層面。值得注意是，健康仔豬的小腸上皮細胞3-5天更新一次，是機體更新最快的組織之一。腸道上皮的更新和修復是由隱窩處的小腸干細胞驅動(dòng)的，而絨毛部位成熟的腸上皮細胞不再增殖。因此，從小腸干細胞層面，解析早期斷奶期間小腸上皮發(fā)育不良的機制，顯得尤為重要。
　　在現代集約化生豬養殖中，為了提高母豬的生產(chǎn)效率，養殖場(chǎng)普遍采取早期斷奶措施。然而，早期斷奶往往會(huì )造成仔豬斷奶應激，從而導致仔豬的生長(cháng)性能下降和死亡率上升，造成嚴重的經(jīng)濟損失。仔豬腸道上皮的損傷和發(fā)育異常被認為是斷奶應激引起的主要危害所在。目前，人們對早期斷奶引起的腸道損傷的認知多集中在成熟的小腸上皮細胞層面。值得注意是，健康仔豬的小腸上皮細胞3-5天更新一次，是機體更新最快的組織之一。腸道上皮的更新和修復是由隱窩處的小腸干細胞驅動(dòng)的，而絨毛部位成熟的腸上皮細胞不再增殖。因此，從小腸干細胞層面，解析早期斷奶期間小腸上皮發(fā)育不良的機制，顯得尤為重要。
　　近期，中國科學(xué)院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所印遇龍院士團隊姚康研究員課題組從小腸干細胞層面解析了早期斷奶期間小腸上皮發(fā)育不良的新機制。研究發(fā)現，早期斷奶可抑制小腸干細胞的自我更新活性和驅動(dòng)小腸上皮細胞的再生功能。原代小腸類(lèi)器官培養實(shí)驗也表明，早期斷奶抑制了小腸干細胞驅動(dòng)腸道上皮再生的能力。該研究也闡明了早期斷奶可引起小腸上皮萎縮的動(dòng)態(tài)過(guò)程，即成熟的腸上皮細胞過(guò)度凋亡和小腸干細胞向過(guò)渡態(tài)細胞分化的速度減緩共同導致了早期斷奶期間小腸上皮的萎縮。在分子機制方面，該研究發(fā)現早期斷奶減弱了小腸干細胞Wnt信號通路的活性，從而抑制了小腸干細胞驅動(dòng)腸上皮再生的能力。該研究從小腸干細胞角度為緩解早期斷奶引起的腸道損傷提供了理論依據。
　　該成果以Early weaning causes small intestinal atrophy by inhibiting the activity of intestinal stem cells: involvement of Wnt/β-catenin signaling為題發(fā)表在干細胞領(lǐng)域著(zhù)名國際期刊Stem Cell Res Ther上。姚康研究員為論文的通訊作者，在讀博士研究生田軍權為論文的第一作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計劃和泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才項目的共同資助。
　　論文鏈接
　　文章摘要圖
　　

2023-05-19

廣州地化所揭示全球埃達克質(zhì)巖成因機理

　　埃達克巖最早以阿留申島新生代中酸性巖漿巖命名，具有高SiO 2、Al 2O 3、Sr、低Y、低重稀土元素和高Sr/Y的特征。顯生宙的埃達克質(zhì)巖泛指與原始定義的埃達克巖具有一致地球化學(xué)特征的一類(lèi)巖石。它們與太古宙奧長(cháng)花崗巖-英云閃長(cháng)巖-花崗巖(TTG)巖套具有相似的地球化學(xué)特征，因此被認為是理解地殼起源的關(guān)鍵。此外，全球最重要的銅金屬來(lái)源——斑巖型銅礦中大量斑巖體具有埃達克巖特征。因此，準確理解埃達克質(zhì)巖石成因具有重要的科學(xué)意義。
　　廣州地化所吳超副研究員在陳華勇研究員指導下，與日內瓦大學(xué)Massimo教授和廣州地化所唐功建研究員合作，從已發(fā)表的文獻中匯編了7000組全球顯生宙類(lèi)埃達克巖的全巖地球化學(xué)和Nd同位素數據（圖1）。研究通過(guò)成巖過(guò)程模擬和蒙特卡洛分析探討地幔源區和地殼演化過(guò)程對形成于俯沖、碰撞和后碰撞背景的埃達克質(zhì)巖成因的影響，研究成果有助于理解埃達克質(zhì)巖石地球化學(xué)的時(shí)空規律，揭示造山過(guò)程中地殼厚度的變化規律。
　　研究取得的具體認識包括以下方面：1）對全球埃達克巖類(lèi)巖石的稀土元素地球化學(xué)模擬表明，僅靠從玄武巖中經(jīng)歷角閃石和/或石榴石的結晶分異過(guò)程不能解釋觀(guān)測到的埃達克質(zhì)巖石地球化學(xué)特征；2）榴輝巖化洋殼或下陸殼的部分熔融假說(shuō)可以再現新生地體中的稀土元素的配分形式，但不能解釋成熟地殼中埃達克質(zhì)巖的Nd同位素特征；3）由下地殼來(lái)源的熔體和虧損地幔來(lái)源的玄武巖巖漿組成的混合熔體經(jīng)歷進(jìn)一步的分離結晶，可以解釋成熟地體和年輕地體中的埃達克巖特征，因此是一個(gè)更可靠的假說(shuō)機制；4）全球顯生宙埃達克巖的La/Yb演化峰值與主要的擠壓構造環(huán)境相吻合，指示造山峰期階段或古老克拉通的再活化事件。
　　項目成果近期發(fā)表于國際地學(xué)權威期刊《Chemical Geology》，該項研究成果獲得了國家自然科學(xué)基金(42230810，41921003)、科技部重點(diǎn)研發(fā)項目（2022YFC2903301）和廣東省重點(diǎn)實(shí)驗室項目(2020B1212060055)的資助。
　　論文信息：Wu, C.（吳超）, Chiaradia, M., Tang, G.J.（唐功建）, Chen, H.Y.*（陳華勇） Crustal control on the petrogenesis of adakite-like rocks. Chemical Geology (2023). https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2023.121548
　　論文鏈接
　　圖1 全球顯生宙埃達克質(zhì)巖的時(shí)分布
　　

2023-05-22

廣州地化所在中性侵入巖堆晶成因的研究中取得新進(jìn)展

　　中性侵入巖的成因是個(gè)爭議強烈的巖石學(xué)問(wèn)題。中性侵入體既不具有基性巖的高密度也不具有酸性巖的高黏度，因此堆晶結構和過(guò)程很難識別。雖然在一些輝長(cháng)巖和高硅花崗巖的研究實(shí)例中已經(jīng)識別出侵入巖的堆晶成因，但是熔體抽取的效率不高導致部分熔體仍困在堆晶之中，掩蓋了晶體堆積的證據。
　　針對上述問(wèn)題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士生馬建鋒在導師趙太平研究員的指導下，對華北克拉通南緣中元古代的閃長(cháng)巖和二長(cháng)巖開(kāi)展了詳細的野外地質(zhì)考察、巖石學(xué)、年代學(xué)、地球化學(xué)分析以及alphaMELTS模擬，揭示了中性侵入巖堆晶成因的具體過(guò)程。本次研究發(fā)現：
　　（1）木植街閃長(cháng)巖、付店閃長(cháng)巖和二長(cháng)巖侵位時(shí)代為1780 ± 10 Ma，且具有相同的全巖Nd同位素和鋯石Hf同位素組成，表明是同源巖漿。
　　（2）閃長(cháng)巖和二長(cháng)巖中的斜長(cháng)石具有不同的礦物結構，可以分為三種，分別形成于熔體抽取之前和之后，單斜輝石和角閃石也與全巖不平衡（圖1）。
　　（3）全巖Zr和P 2O 5的alphaMELTS模擬顯示，在閃長(cháng)巖和二長(cháng)巖的SiO 2含量下巖漿中不可能結晶出鋯石和磷灰石，因此不能代表liquid line of descent(LLD)，支持閃長(cháng)巖和二長(cháng)巖堆晶成因（圖2）。
　　（4）鋯石Eu含量和溫度存在協(xié)變關(guān)系，指示抽離溫度分別是760℃和820℃，并且質(zhì)量平衡計算出受困熔體的比例是10-40 wt%（圖3）。
　　（5）熱力學(xué)模擬結果發(fā)現，巖漿中高水含量降低了粘度，增加了造巖礦物的沉降與壓實(shí)速率，從而促進(jìn)晶體-熔體分離（圖4）。
　　上述工作表明中性侵入巖的堆晶成因是大陸地殼生長(cháng)和多樣化的重要原因之一，淺部巖漿房中的高水含量可能是促進(jìn)晶體-熔體分離的重要控制因素。
　　相關(guān)成果發(fā)表在Nature Index (NI)期刊Geophysical Research Letters，受到加州大學(xué)Joshua Schwartz教授高度評價(jià)。該項研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃(Grant 2020YFA0714803)的資助。
　　論文信息：Ma, J.-F.（馬建鋒）, Wang, X.-L.（王孝磊）, Yang, A. Y.（楊陽(yáng)）, & Zhao, T.-P*（趙太平）. 2023. Tracking crystal-melt segregation and accumulation in the intermediate magma reservoir. Geophysical Research Letters, 50, e2022GL102540. https://doi.org/10.1029/2022GL102540
　　圖1. 閃長(cháng)巖與二長(cháng)巖的礦物結構與化學(xué)成分指示晶體堆積
　　圖2. 全巖化學(xué)成分和alphaMELTS模擬指示閃長(cháng)巖和二長(cháng)巖的堆晶成因
　　圖3. 鋯石指示熔體抽取的溫度和受困熔體的比例
　　圖4. 熱力學(xué)模擬水和溫度在晶體-熔體分離中的作用
　　

2023-05-22

深圳先進(jìn)院研究復雜生物振蕩中的“三體問(wèn)題”

通過(guò)合成生物學(xué)方法構建了一種三元耦合振蕩系統，并結合數學(xué)模型，首次深入地探討了生命系統中多重耦合振蕩系統中的調控機理。
　　2023年5月17日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所細胞與基因線(xiàn)路設計中心魏平課題組與丹麥皇家科學(xué)院院長(cháng)Mogens H. Jensen課題組合作在Cell Systems上發(fā)表研究論文“Coupled oscillator cooperativity as a control mechanism in chronobiology”，通過(guò)合成生物學(xué)方法構建了一種三元耦合振蕩系統，并結合數學(xué)模型，首次深入地探討了生命系統中多重耦合振蕩系統中的調控機理。
　　文章上線(xiàn)截圖
　　文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cels.2023.04.001
　　物理世界中，多個(gè)振蕩波的相互疊加可能產(chǎn)生干涉條紋等復雜現象。事實(shí)上，周期振蕩式的動(dòng)力學(xué)行為不僅出現在物理現象中，在生命系統內也廣泛存在。從生物鐘、體節發(fā)育、神經(jīng)沖動(dòng)，到細胞周期、免疫調控、信號轉導，生物系統中各組分的周期性變化幫助我們維持穩定的節律、產(chǎn)生正確的發(fā)育結構、對外界信息做出精準而定量的響應；在這些過(guò)程中，往往會(huì )涉及到多種振蕩信號之間的相互作用。這種復雜系統中蘊含著(zhù)怎樣的調控原理，是一個(gè)重要卻難解的問(wèn)題。
　　同頻振蕩波的干涉（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò )）
　　小鼠體節發(fā)育中Hes7的行波（引自Yoshioka-Kobayashi et al., 2020）
　　圖1 物理系統與生物系統中的振蕩
　　早在17世紀，物理學(xué)家惠更斯就發(fā)現兩個(gè)相互耦合的鐘擺在特定條件下可以發(fā)生神奇的同步現象，對這類(lèi)問(wèn)題的研究促生了非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)中著(zhù)名的耦合振子模型（coupled oscillators）。這一模型可以預測兩個(gè)彼此關(guān)聯(lián)（或單向關(guān)聯(lián)）的振子在何種條件下產(chǎn)生鎖頻、多穩態(tài)極限環(huán)以及混沌。然而，經(jīng)典耦合振子模型刻畫(huà)的只是振子數n=2的簡(jiǎn)單情況，無(wú)法探討真實(shí)生物系統中當n≥3時(shí)多種振蕩信號同時(shí)存在帶來(lái)的復雜性。多個(gè)振子會(huì )使系統變得更混亂還是更穩定？這其中是否存在全新的調控機理？探索這一問(wèn)題不僅需要在理論模型上進(jìn)行拓展，更需要簡(jiǎn)潔明了、沒(méi)有干擾的實(shí)驗體系。
　　兩節拍器通過(guò)底部木板相互作用形成反相同步（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò )）
　　大腸桿菌中的合成振蕩系統被周期性阿拉伯糖刺激所同步（引自Mondragón-Palomino et al., 2011）
　　圖2 機械系統與生物系統中的耦合振子
　　為了探究這一問(wèn)題，本文作者對前期在酵母細胞中人工構建的NF-κB振蕩系統（Zhang et al., 2017）進(jìn)行了改造，進(jìn)一步增加了系統的復雜度，實(shí)現系統能夠受到兩種外部信號的控制。該系統的核心設計是基于人體細胞中的與免疫響應相關(guān)的NF-κB/IκB信號分子構成的負反饋線(xiàn)路，通過(guò)信號分子嫁接的方式，在酵母細胞中形成NF-κB的周期性激活過(guò)程。利用微流控芯片系統，作者可以精確編程兩種外部輸入信號的振蕩周期與強度，從而實(shí)現了2個(gè)部周期信號與1個(gè)內部周期信號相互作用的三振蕩系統，為研究生命過(guò)程中多振蕩耦合問(wèn)題提供了可定量調控的活細胞實(shí)驗系統。
　　圖3 雙輸入振蕩系統的基本設計
　　基于這一系統結合數學(xué)模型，作者發(fā)現，雙重周期信號同時(shí)存在能夠顯著(zhù)地提高內外振蕩同步化的范圍、降低細胞群體振蕩動(dòng)力學(xué)的差異、提高同步化細胞在群體中所占的比例。模型模擬結果更表明，雙輸入條件能夠推遲混沌的發(fā)生。這些結果說(shuō)明了外界兩種周期信號對系統的作用并不是簡(jiǎn)單的線(xiàn)性疊加，而是以一種相互協(xié)同的形式產(chǎn)生作用。
　　圖4 雙重周期信號擴大同步范圍、提高同步化細胞比例、延遲混沌發(fā)生
　　進(jìn)一步，作者注意到調整外界信號間的相位差能夠非常明顯地改變內部振蕩的振幅，而保持內部振蕩周期不變，從而實(shí)現理論上嚴格的“調幅不調頻”。深入探究表明，帶來(lái)最大振幅的信號相位組合與內部系統的動(dòng)力學(xué)參數之間存在高度相關(guān)性。為了驗證以上結論的普適性，作者還選取了三個(gè)不同的振蕩系統進(jìn)行數值模擬。在范德波爾振子、p53振蕩系統和天然NF-κB振蕩系統中，以上結論均得到很好的重復。
　　圖5 調控外界周期信號相位實(shí)現調幅不調頻
　　最后，通過(guò)引入下游熒光報告基因，作者在實(shí)驗和模型中確認了這種相位調整帶來(lái)的振幅變化的確能造成基因表達水平的差異。這種差異與振蕩的基線(xiàn)水平、振蕩周期均無(wú)關(guān)。
　　圖6 通過(guò)改變外界周期信號間相位差，調控基因表達
　　本項研究首次同時(shí)在實(shí)驗和理論水平揭示了多耦合振蕩系統中的協(xié)同性現象，發(fā)現了這類(lèi)系統中獨特的相位調控原理，拓寬了學(xué)界對于生物耦合振蕩系統的認識，以及對生物學(xué)中時(shí)間調控的理解。本研究中構建的雙輸入人工合成振蕩系統，可為后續進(jìn)一步探索多耦合振蕩中的基本問(wèn)題提供穩健、可靠的實(shí)驗平臺。這種從根本上理解生命系統設計原理的工作，為人工設計合成生命、理解復雜疾病的發(fā)生機理提供了重要的理論基礎。
　　哥本哈根波爾研究所Mathias S. Helberg博士（中科院深圳先進(jìn)院訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者）、北京大學(xué)定量生物學(xué)中心博士研究生姜源旭（中科院深圳先進(jìn)院客座學(xué)生）、中科院深圳先進(jìn)院博士后范盈盈（原北京大學(xué)定量生物學(xué)中心博士）為本文的共同第一作者。中科院深圳先進(jìn)院魏平研究員與哥本哈根大學(xué)玻爾研究所Mogens H. Jensen教授為本文的共同通訊作者。北京大學(xué)定量生物學(xué)中心歐陽(yáng)頎院士、錢(qián)瓏研究員對本項研究提供了寶貴的指導和意見(jiàn)。北京大學(xué)定量生物學(xué)中心博士研究生林維、原北京大學(xué)定量生物學(xué)中心博士張志博對本研究的前期結果提供了重要貢獻。本項研究獲得了國家科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目、中國科學(xué)院戰略重點(diǎn)研究項目及深圳合成生物學(xué)創(chuàng )新研究院等項目的支持。
　　參考文獻
　　1. Yoshioka-Kobayashi, K., Matsumiya, M., Niino, Y., Isomura, A., Kori, H., Miyawaki, A., & Kageyama, R. (2020). Coupling delay controls synchronized oscillation in the segmentation clock. Nature, 580, 119-123.
　　2. Mondragón-Palomino, O., Danino, T., Selimkhanov, J., Tsimring, L.S., & Hasty, J. (2011). Entrainment of a Population of Synthetic Genetic Oscillators. Science, 333, 1315 - 1319.
　　3. Zhang, Z., Wang, Q., Ke, Y., Liu, S., Ju, J., Lim, W.A., Tang, C., & Wei, P. (2017). Design of Tunable Oscillatory Dynamics in a Synthetic NF-κB Signaling Circuit. Cell systems, 5 5, 460-470.e5 .
　　

2023-05-22

華南植物園揭示核心長(cháng)蒴苣苔亞族異源多倍體起源及快速分化

全基因組復制（或古多倍化）在被子植物進(jìn)化歷史中普遍存在，但是古多倍化事件在‘生命之樹(shù)’上的具體分布及其對植物多樣性的影響仍不清楚。多倍體一般存在兩種形式，即同源多倍體和異源多倍體。同源多倍體是指同一個(gè)體內的基因組自我復制或同一個(gè)物種內不同個(gè)體間的雜交并導致基因組加倍，而異源多倍體是指不同物種間雜交并導致基因組加倍。相比同源多倍體，異源多倍體的基因組通常表現出更高的可變異性。近年來(lái)，多倍化對物種形成的影響受到了廣泛的關(guān)注，但以往的研究中很少有區分不同多倍體形式（即同源多倍體和異源多倍體）對物種形成的影響，尤其是異源多倍體是否可以促進(jìn)物種分化還缺乏科學(xué)的理論依據及證據支持。
　　
　　全基因組復制（或古多倍化）在被子植物進(jìn)化歷史中普遍存在，但是古多倍化事件在‘生命之樹(shù)’上的具體分布及其對植物多樣性的影響仍不清楚。多倍體一般存在兩種形式，即同源多倍體和異源多倍體。同源多倍體是指同一個(gè)體內的基因組自我復制或同一個(gè)物種內不同個(gè)體間的雜交并導致基因組加倍，而異源多倍體是指不同物種間雜交并導致基因組加倍。相比同源多倍體，異源多倍體的基因組通常表現出更高的可變異性。因此，理論上異源多倍體可能具有更高的進(jìn)化潛力。近年來(lái)，多倍化對物種形成的影響受到了廣泛的關(guān)注，但以往的研究中很少有區分不同多倍體形式（即同源多倍體和異源多倍體）對物種形成的影響，尤其是異源多倍體是否可以促進(jìn)物種分化還缺乏科學(xué)的理論依據及證據支持。
　　苦苣苔科（Gesneriaceae）為唇形目的一個(gè)中等大科，包括150屬3700余種，廣泛分布于全球熱帶和亞熱帶地區。最近的分類(lèi)系統將苦苣苔科分為3個(gè)亞科，7個(gè)族及24個(gè)亞族，其中長(cháng)蒴苣苔亞族（Didymocarpinae）是該科中最大的亞族，占整個(gè)科約57%的物種多樣性。苦苣苔科植物大多數物種為狹域分布，專(zhuān)性生長(cháng)在石灰巖、丹霞山等不同的巖石基質(zhì)上，也有一些物種附生在樹(shù)上（圖1a-d）。另外，苦苣苔科植物還具有極其豐富的形態(tài)多樣性，尤其是其花形態(tài)高度特化，且十分艷麗（圖1e-k），許多種類(lèi)已成為新優(yōu)花卉，如常見(jiàn)的紫羅蘭、大巖桐等。因為其特殊的生態(tài)適應性和極其豐富的形態(tài)多樣性和物種多樣性，苦苣苔科是研究物種快速分化機制（包括多倍化及雜交）的理想類(lèi)群。基于已知的細胞學(xué)數據，可以推測苦苣苔科可能經(jīng)歷復雜的基因組進(jìn)化歷史，其染色體數目變異范圍極大，從2n=8至2n=144。但目前，對苦苣苔科基因組復制的進(jìn)化歷史研究仍十分缺乏。
　　中國科學(xué)院華南植物園康明研究團隊利用轉錄組數據重建了苦苣苔科137個(gè)物種（包括了5個(gè)族19個(gè)亞族）的系統發(fā)育關(guān)系（圖2），結果發(fā)現存在大量的葉綠體-核基因系統發(fā)育沖突和基因樹(shù)-物種樹(shù)沖突，進(jìn)一步分析發(fā)現不完全譜系分選和雜交是造成系統發(fā)育沖突的主要原因。在此基礎上，該研究團隊結合全基因組和轉錄組數據，并利用綜合的分析方法，揭示核心長(cháng)蒴苣苔亞族（包括長(cháng)蒴苣苔亞族中除漢克苣苔屬Henckelina、鉤序苣苔屬Microchirita及齒藥苣苔屬Codonoboea以外的所有屬）經(jīng)歷了一次特有的全基因組復制事件，并進(jìn)一步證實(shí)該基因組復制事件是異源多倍化的結果（圖3和4），這一結果表明核心長(cháng)蒴苣苔亞族是異源多倍體起源。結合分化時(shí)間及物種形成速率分析，發(fā)現核心長(cháng)蒴苣苔亞族在經(jīng)歷異源多倍化事件后其物種分化速率增加，說(shuō)明異源多倍化可能促進(jìn)了該類(lèi)群的快速物種分化（圖5）。
　　相關(guān)研究成果近期在線(xiàn)發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Systematic Biology（《系統生物學(xué)》）上。華南植物園楊麗華助理研究員為論文第一作者，康明研究員為論文通訊作者。該研究得了到中國科學(xué)院先導B、國家自然科學(xué)基金青年基金和華南植物園青年人才專(zhuān)項的支持。論文：https://doi.org/10.1093/sysbio/syad029
　　
　　圖1. 苦苣苔科植物的生態(tài)適應性及形態(tài)多樣性
　　圖2. 基于不同方法及數據集獲得的苦苣苔科各主要支系的系統發(fā)育關(guān)系
　　圖3. Ks及系統發(fā)育基因組分析揭示核心長(cháng)蒴苣苔亞族異源多倍體起源
　　圖4. 比較基因組分析揭示核心長(cháng)蒴苣苔亞族異源多倍體起源
　　圖5. 異源多倍化促進(jìn)了核心長(cháng)蒴苣苔亞族物種快速分化
　　

2023-05-19

深海多功能移動(dòng)作業(yè)系統4500米級海試取得成功

2023年4月30日至5月11日，由中科院先導專(zhuān)項(A類(lèi))支持“深海底多功能移動(dòng)作業(yè)系統”課題研發(fā)的兩型設備“深海浮游式移動(dòng)作業(yè)系統”及“深海底爬行式移動(dòng)作業(yè)系統”在南海海域順利完成了4500米級的海上試驗，并通過(guò)了現場(chǎng)專(zhuān)家組的考核。
　　2023年4月30日至5月11日，由中科院先導專(zhuān)項(A類(lèi))支持“深海底多功能移動(dòng)作業(yè)系統”課題研發(fā)的兩型設備“深海浮游式移動(dòng)作業(yè)系統”及“深海底爬行式移動(dòng)作業(yè)系統”在南海海域順利完成了4500米級的海上試驗，并通過(guò)了現場(chǎng)專(zhuān)家組的考核。
　　深海浮游式移動(dòng)作業(yè)系統充分考慮海上作業(yè)的實(shí)際需求，采用中繼器加浮游平臺分體式結構，增加的中繼器模塊可實(shí)現浮游平臺和光電纜的解耦，增加浮游平臺的運動(dòng)靈活性和作業(yè)范圍，同時(shí)中繼器上的攝像頭可實(shí)時(shí)觀(guān)測浮游平臺周?chē)那闆r，指導平臺開(kāi)展作業(yè)。本次海試過(guò)程中，系統最大作業(yè)水深達到4543米，并利用該平臺將深海化學(xué)實(shí)驗站精準移動(dòng)到海馬冷泉區具備更高科學(xué)調查價(jià)值的試驗站點(diǎn)。
　　深海浮游式移動(dòng)作業(yè)系統
　　深海底爬行式移動(dòng)作業(yè)系統作為深海科學(xué)調查設備的搭載平臺，滿(mǎn)足高負荷、大質(zhì)量、需要穩定支撐的科學(xué)儀器及考察裝備的海底科考需求，該系統具備履帶式行走機構，具備海底移動(dòng)作業(yè)能力，同時(shí)采用輕量化設計，滿(mǎn)足海底沉積物稀軟底質(zhì)的行駛條件，并且通過(guò)更換不同形式的履帶，實(shí)現海底多種復雜條件的行走功能。本次海試的最大深度到達4098米，履帶行走模塊，液壓模塊及控制系統運行正常，并搭載了矢量推進(jìn)器、智能作業(yè)機械手及海底破碎收集模塊開(kāi)展試驗，系統整體運行良好，順利完成海上驗收。
　　
　　深海底爬行式移動(dòng)作業(yè)系統
　　該兩型作業(yè)系統首次用國產(chǎn)化原則進(jìn)行系統配套，如系統的水面支持部分，包括布放回收裝置的絞車(chē)、A架、光電纜、高壓供電單元，系統本體部分的水密接插件、推進(jìn)器、聲學(xué)儀器、電機等關(guān)鍵部件全部采用國產(chǎn)部件。多型部件如攝像頭、水下燈、高清相機、編碼器、云臺、控制閥箱等一系列深海部件在項目支持下自主研發(fā)，此次海試的順利實(shí)施，驗證了該類(lèi)設備的自主創(chuàng )新能力和國產(chǎn)化運行的可行性。
　　研發(fā)團隊合影
　　本次海試的兩型設備“深海浮游式移動(dòng)作業(yè)系統”及“深海底爬行式移動(dòng)作業(yè)平臺”，作為深海科學(xué)考察的通用型搭載平臺，可為今后的深海作業(yè)再添兩臺利器，進(jìn)一步拓展深海領(lǐng)域科學(xué)考察的活動(dòng)范圍和手段。
　　

2023-05-17

深海所：熱液金剛石壓腔實(shí)驗中使用錸片的固有效應

近日，深海極端環(huán)境模擬研究實(shí)驗室周義明研究員課題組在《Chemical Geology》發(fā)表了題為“The intrinsic effects of using rhenium gaskets in hydrothermal diamond anvil cell experiments on background fluorescence, contamination, and redox control”的文章。
　　近日，深海極端環(huán)境模擬研究實(shí)驗室周義明研究員課題組在《Chemical Geology》發(fā)表了題為“The intrinsic effects of using rhenium gaskets in hydrothermal diamond anvil cell experiments on background fluorescence, contamination, and redox control”的文章。
　　本研究利用熱液金剛石壓腔（HDAC，圖1）和熔融毛細硅管（FSCC）開(kāi)展了多組對比實(shí)驗，調查了HDAC實(shí)驗使用錸片可能會(huì )產(chǎn)生的三種固有效應：拉曼熒光（圖2）、樣品污染和氧逸度控制。這些效應源于錸片和水的反應以及體系內氫氣的逃逸。在此基礎上，本研究分析了前人使用該裝置進(jìn)行實(shí)驗的一些潛在問(wèn)題，例如金紅石在水中的溶解度的爭論。最后，本研究總結了四種方法以降低這些效應。
　　程南飛博士為第一作者，周義明研究員為通訊作者，課題組成員萬(wàn)野、王若衡、張海燕和陳穎作為共同作者參與了本項研究工作。
　　圖1. 熱液金剛石壓腔示意圖。其中，rhenium gasket為錸墊片，其內孔用于密封樣品。
　　圖2. 在純水體系HDAC內流體拉曼熒光隨著(zhù)溫度和時(shí)間的變化。a、b、c指示，背底熒光在200℃明顯升起，在300–600℃超過(guò)檢測限，在700℃漸退。d實(shí)驗使用的是c實(shí)驗結束后的墊片，表明預熱可明顯減少熒光的強度和溫度范圍。
　　論文信息：Cheng, N., Chou, I.-M., Wan, Y., Wang, R., Zhang, H., & Chen, Y. (2023). The intrinsic effects of using rhenium gaskets in hydrothermal diamond anvil cell experiments on background fluorescence, contamination, and redox control. Chemical Geology, 632.
　　

2023-05-17

深圳先進(jìn)院：釀酒酵母細胞工廠(chǎng)高效合成維生素B5

該研究在釀酒酵母中構建了D-泛酸的高效合成途徑，并通過(guò)系統代謝工程對合成途徑進(jìn)行優(yōu)化，最終使用廉價(jià)培養基且無(wú)前體、無(wú)誘導劑、無(wú)抗生素添加，實(shí)現4.1 g/L D-泛酸的合成，是目前報道釀酒酵母從葡萄糖從頭合成D-泛酸的最高產(chǎn)量。
　　維生素B5（又稱(chēng)D-泛酸）在細胞中參與碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)的代謝，是人體必需的維生素之一，被廣泛應用于醫藥、飼料、食品、保健等領(lǐng)域。D-泛酸目前主要通過(guò)化學(xué)-酶法生產(chǎn)，該過(guò)程涉及大量含氰廢水的處理，隨著(zhù)人們對環(huán)境保護的重視，該方法面臨著(zhù)巨大的挑戰。微生物細胞工廠(chǎng)因其綠色環(huán)保的特點(diǎn)，是實(shí)現D-泛酸生產(chǎn)可持續發(fā)展的突破口。
　　
　　文章上線(xiàn)截圖
　　文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c01082
　　武漢大學(xué)劉天罡教授與中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院馬田副研究員合作在Journal of Agricultural and Food Chemistry上發(fā)表題為“Metabolic Engineering of Saccharomyces cerevisiae for Vitamin B5 Production”的研究成果。該研究在釀酒酵母中構建了D-泛酸的高效合成途徑，并通過(guò)系統代謝工程對合成途徑進(jìn)行優(yōu)化，最終使用廉價(jià)培養基且無(wú)前體、無(wú)誘導劑、無(wú)抗生素添加，實(shí)現4.1 g/L D-泛酸的合成，是目前報道釀酒酵母從葡萄糖從頭合成D-泛酸的最高產(chǎn)量。
　　
　　圖1. 本研究涉及的D-泛酸生物合成途徑
　　D-泛酸合成途徑關(guān)鍵酶的篩選及適配。該研究首先將D-泛酸的生物合成途徑設計為三個(gè)模塊：β-丙氨酸合成模塊、D-泛解酸合成模塊和兩者的縮合模塊，過(guò)程涉及7步關(guān)鍵酶（圖1）。將來(lái)自細菌、酵母、真菌、藻類(lèi)、植物、動(dòng)物等不同物種來(lái)源的功能酶以模塊為單位進(jìn)行篩選，并通過(guò)組合篩選獲得最佳的元件適配組合。在釀酒酵母中構建了D-泛酸異源合成途徑，并實(shí)現利用基本碳源且無(wú)前體添加合成D-泛酸。
　　D-泛酸生物合成途徑的優(yōu)化。為了進(jìn)一步強化D-泛酸合成途徑，作者對三個(gè)模塊的基因進(jìn)行拷貝數的優(yōu)化，發(fā)現D-泛解酸合成模塊、β-丙氨酸合成模塊和前體縮合模塊拷貝數為3:1:2時(shí)，工程菌合成泛酸的能力最強。
　　另一方面，D-泛酸合成途徑中存在多個(gè)競爭途徑，作者圍繞丙酮酸與酮異戊酸兩個(gè)關(guān)鍵中間代謝物對不同競爭途徑進(jìn)行了刪減或削弱。通過(guò)對競爭途徑關(guān)鍵基因的敲除，作者發(fā)現leu4、bat1、gpd1和gpd2四個(gè)潛在D-泛酸增產(chǎn)的有效位點(diǎn)。隨后，通過(guò)過(guò)表達pos5平衡細胞內的氧化還原力，過(guò)表達mae1增加前體丙酮酸，獲得D-泛酸高產(chǎn)菌株。
　　D-泛酸高產(chǎn)菌的發(fā)酵優(yōu)化。在以上研究中，關(guān)鍵基因的表達受半乳糖誘導型啟動(dòng)子調控，作者將關(guān)鍵調控基因gal80敲除，使基因的過(guò)表達僅通過(guò)葡萄糖調控，獲得工程菌DPA171。在發(fā)酵罐中對菌株DPA171進(jìn)行發(fā)酵條件優(yōu)化，通過(guò)控制補料階段乙醇的濃度在5 g/L以下，在不添加誘導劑、前體、抗生素等成分的條件下，以葡萄糖為碳源從頭合成，實(shí)現4.1 g/L D-泛酸的合成。
　　
　　圖2. 釀酒酵母細胞工廠(chǎng)高產(chǎn)D-泛酸
　　綜上，本研究首次在釀酒酵母中構建了完整的D-泛酸異源合成途徑，并進(jìn)行系統代謝工程實(shí)現以葡萄糖為碳源從頭合成D-泛酸，為構建維生素類(lèi)細胞工廠(chǎng)提供了指導。
　　本論文以武漢大學(xué)碩士生郭加璇為第一作者，以劉天罡教授和馬田副研究員為共同通訊作者。該研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和武漢合生科技有限公司支持。
　　通訊作者簡(jiǎn)介：
　　馬田博士，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院副研究員。主要致力于探索微生物高效合成的代謝機理及工程手段以實(shí)現目標生物源藥物的綠色制造。研究成果以第一作者或通訊作者發(fā)表在Nature Communications、Metabolic Engineering等。轉化成果被評為2018年湖北十大科技事件、2019年湖北省科技進(jìn)步一等獎。
　　課題組面向微生物綠色制造方向，現招聘博士后和研究助理，以微生物學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)背景優(yōu)先，歡迎感興趣的同志投遞簡(jiǎn)歷至郵箱tian.ma@siat.ac.cn。
　　

2023-05-17

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