日韩在线视频观看_科研進(jìn)展--中國科學(xué)院廣州分院

華南植物園提出通過(guò)科技創(chuàng )新促進(jìn)國家植物植物園在可持續發(fā)展中的作用

在華南國家植物園獲國務(wù)院批準設立一周年之際，國際植物學(xué)主流期刊Trends in Plant Science （ Cell的子刊之一， 2022年SCI影響因子22.012 ）在線(xiàn)發(fā)表了題為《 The role of National Botanical Gardens to benefit sustainable development 》的文章。華南國家植物園的任海研究員為第一和通訊作者，國際植物園保護聯(lián)盟主席、英國愛(ài)丁堡皇家植物園前主任Stephen Blackmore院士是共同作者。該文更新了國家植物園的概念，針對中國存在的生態(tài)系統退化和生物多樣性喪失等問(wèn)題，提出了中國國家植物園需要在7個(gè)方面提升科技創(chuàng )新能力，為生物多樣性保護和可持續發(fā)展提供科技支撐。全球的國家植物園分布圖。
　　在華南國家植物園獲國務(wù)院批準設立一周年之際，國際植物學(xué)主流期刊Trends in Plant Science（Cell的子刊之一，2022年SCI影響因子22.012）在線(xiàn)發(fā)表了題為《The role of National Botanical Gardens to benefit sustainable development》的文章。華南國家植物園的任海研究員為第一和通訊作者，國際植物園保護聯(lián)盟主席、英國愛(ài)丁堡皇家植物園前主任Stephen Blackmore院士是共同作者。該文更新了國家植物園的概念，針對中國存在的生態(tài)系統退化和生物多樣性喪失等問(wèn)題，提出了中國國家植物園需要在7個(gè)方面提升科技創(chuàng )新能力，為生物多樣性保護和可持續發(fā)展提供科技支撐。
　　現代植物園起源于文藝復興時(shí)期的歐洲，經(jīng)歷了藥用植物收集及與教學(xué)、經(jīng)濟植物開(kāi)發(fā)、市政園林植物展示、植物保護與自然教育等功能變遷，促進(jìn)了植物學(xué)的發(fā)展和經(jīng)濟植物的開(kāi)發(fā)利用。目前全球有3755個(gè)植物園遷地保護了全球1/3的高等植物和41%的珍稀瀕危植物。現在全球有43個(gè)國家建立了80多個(gè)國家植物園（圖1）。2021年10月12日中國國家主席習近平在《生物多樣性公約》第十五次締約方大會(huì )領(lǐng)導人峰會(huì )上宣布：本著(zhù)統籌就地保護與遷地保護相結合的原則，啟動(dòng)北京、廣州等國家植物園體系建設。2021年12月28日和2022年5月30日，中國國務(wù)院分別批復同意在北京建設國家植物園，在廣東省廣州市設立華南國家植物園。下一步，中國將綜合考慮主要氣候帶和植被類(lèi)型、生物多樣性熱點(diǎn)地區、現有植物園的綜合實(shí)力、區域可持續發(fā)展狀況、以及地方政府的支持強度，在保證植物園標準的基礎上，按照國家代表性、保護有效性、社會(huì )公益性和管理可行性，遴選一批國家植物園，按照“科學(xué)的內涵、藝術(shù)的外貌、文化的底蘊、國際的標準和中國的特色”進(jìn)行建設，形成中國的國家植物園體系。至2050年能實(shí)現50%以上中國本土植物、85%以上國家重點(diǎn)保護物種遷地保護，同時(shí)提升相應的科學(xué)研究、自然教育和資源利用水平。
　　中國面臨著(zhù)生態(tài)系統退化、生物多樣性喪失、資源植物開(kāi)發(fā)利用不足等問(wèn)題，在全球氣候變化的疊加影響下，國家的可持續發(fā)展面臨重大挑戰。國務(wù)院批復要求兩個(gè)國家植物園“堅持人與自然和諧共生, 尊重自然、保護第一、惠益分享; 堅持以植物遷地保護為重點(diǎn), 體現國家代表性和社會(huì )公益性; 堅持對植物類(lèi)群系統收集、完整保存、高水平研究、可持續利用, 統籌發(fā)揮多種功能作用; 堅持將植物知識和園林文化融合展示, 提升科普教育功能，講好中國植物故事, 彰顯中華文化和生物多樣性魅力, 強化自主創(chuàng )新, 接軌國際標準, 推動(dòng)構建中國特色、世界一流、萬(wàn)物和諧的國家植物園體系。
　　中國的國家植物園將在堅持保護、科研、科普和利用的主要功能基礎上，進(jìn)行一些創(chuàng )新，例如，在城市與植物園的融合發(fā)展中，通過(guò)野生生物園的理念，更大發(fā)揮植物園的社會(huì )生態(tài)關(guān)系。通過(guò)師法自然和基于自然的解決方案理順植物園的水土氣生等要素的關(guān)系，為碳中和和碳達峰服務(wù)。在活植物收集和資源利用方面，更加注重極小種群的遺傳多樣性保護及遺傳資源的惠益共享機制探討。在植物專(zhuān)園類(lèi)建設方面探討群落學(xué)建園方式。探討利用植物園的植物資源和知識技能，為全球變化背景下的山水林田湖草生命共同體的生態(tài)恢復提供支撐。利用大數據和人工智能，將植物園的標本庫、活植物庫、知識庫和人才庫進(jìn)行系統集成建設智慧化的植物保護科研和科普系統。同時(shí)積極探索“共謀全球生態(tài)文明建設”的綠色發(fā)展方式和生活方式，構建更加好的人與自然和諧共生關(guān)系。
　　中國提出建設以國家植物園為引領(lǐng)的綜合性遷地保護體系，這個(gè)體系將會(huì )與全球其他植物園共同在植物多樣性編目、評估、遷地保護、科普和資源利用方面努力，服務(wù)生態(tài)文明建設, 實(shí)現人與自然和諧共生。
　　論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1360138523001358
　　
　　圖1. 全球的國家植物園分布圖
　　

2023-05-15

南海海洋所海洋小單胞菌天然產(chǎn)物everninomicin的生物合成研究取得新進(jìn)展

　　近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所張長(cháng)生團隊在海洋微生物天然產(chǎn)物everninomicin的生物合成及工程菌株構建研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)成果以“Biosynthesis and Engineered Overproduction of Everninomicins with Promising Activity against Multidrug-Resistant Bacteria”為題，于2022年4月21日在線(xiàn)發(fā)表于A(yíng)CS Synthetic Biology（《ACS合成生物學(xué)》）。
　　靶向細菌核糖體的正糖霉素類(lèi)天然產(chǎn)物具有特殊的高度修飾的寡糖骨架，與目前商用的核糖體靶向抗生素如大環(huán)內酯類(lèi)、四環(huán)素類(lèi)和氨基糖苷類(lèi)等抗生素靶點(diǎn)均不同，不易產(chǎn)生交叉耐藥，具有進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的潛力。具有八糖骨架的everninomicin D是小單胞菌產(chǎn)生的正糖霉素類(lèi)天然產(chǎn)物，自上世紀60年代起由美國先靈葆雅公司（Schering-Plough）分離鑒定，該公司通過(guò)調研發(fā)現其具有良好的抑菌活性。然而everninomicin的生物合成及代謝工程研究一直受限于野生型菌株的產(chǎn)量低下，其生物合成研究及構效關(guān)系分析一直進(jìn)展緩慢。
　　研究團隊以生物活性為導向，發(fā)現南海來(lái)源的小單胞菌SCSIO 07395（田新朋研究員提供）具有產(chǎn)生微量everninomicin 類(lèi)化合物的能力。由于該類(lèi)化合物生物合成步驟較多，結構復雜且代謝關(guān)鍵節點(diǎn)未知，暫時(shí)難以開(kāi)展理性的代謝工程研究，于是采取了直接增加整個(gè)生物合成基因簇的拷貝數的方法進(jìn)行增產(chǎn)（圖1）。通過(guò)活性檢測及代謝物分析發(fā)現，與野生型菌株相比，工程菌株的everninomicin 類(lèi)化合物1-4的產(chǎn)量顯著(zhù)提升，同時(shí)還產(chǎn)生了野生型不產(chǎn)的新類(lèi)似物5和6（圖1）。
　　將工程菌株發(fā)酵分離得到的everninomicin類(lèi)似物與包括5種氨基糖苷類(lèi)、3種大環(huán)內酯類(lèi)、3種β-內酰胺類(lèi)和3種四環(huán)素類(lèi)在內的28種商用抗生素在體外對21株革蘭氏陽(yáng)性菌及7種革蘭氏陰性菌進(jìn)行了系統的活性比較。結果顯示everninomicin對葡萄球菌、腸球菌和鏈球菌活性顯著(zhù)，整體活性?xún)?yōu)于除thiostrepton和rifamycin外其他抗生素；此外，everninomicins對陰性菌中的鮑曼不動(dòng)桿菌、霍亂弧菌和溶藻弧菌也具有中等強度的活性(圖1)。
　　然后進(jìn)一步選擇了抑菌譜相似的vancomycin、linezolid及avilamycin同化學(xué)性質(zhì)穩定的everninomicin D、E和M進(jìn)行了半抑制濃度（IC50）的比較。測試結果顯示everninomicin D、E和M對葡萄球菌和腸球菌的IC50與vancomycin、linezolid及avilamycin相當；對于鏈球菌則顯示出明顯的優(yōu)勢，特別是everninomicin D和M在體外對肺炎鏈球菌及豬鏈球菌顯示出納摩爾級水平的抑制作用；此外，everninomicin E對三種革蘭氏陰性病原體鮑曼菌、溶藻弧菌和霍亂弧菌活性較為顯著(zhù)（表1）。最后，進(jìn)一步利用基因簇倍增技術(shù)構建了everninomicin M的高產(chǎn)菌株，目前最高產(chǎn)量可達98.6 mg/L，為后續動(dòng)物實(shí)驗提供了物質(zhì)基礎。
　　綜上所述，本研究從南海來(lái)源的野生型小單胞菌出發(fā)，針對結構及合成途徑均非常復雜的天然產(chǎn)物，克服了野生型菌株遺傳操作上的困難，直接通過(guò)增加生物合成基因簇的拷貝數達成了初步的產(chǎn)量提升及化學(xué)多樣化，成功制備出多種具有顯著(zhù)活性的everninomicin類(lèi)似物，為快速提高微量且復雜的活性天然產(chǎn)物的產(chǎn)量供生物合成及構效關(guān)系研究提供了參考案例。
　　博士后朱夢(mèng)奕和王利娟為本文共同第一作者，張長(cháng)生研究員為本文通訊作者。本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金委項目、博士后創(chuàng )新人才支持計劃、中國博士后科學(xué)基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金、廣東省海洋經(jīng)濟發(fā)展專(zhuān)項資金項目、王寬誠教育基金項目、海南省重大科技計劃項目、廣東省培養高層次人才特殊支持計劃和廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計劃項目等資助。
　　相關(guān)論文信息：Mengyi Zhu#, Lijuan Wang#, Haibo Zhang, Liping Zhang, Bin Tan, Qi Huang, Yiguang Zhu, and Changsheng Zhang*. Biosynthesis and Engineered Overproduction of Everninomicins with Promising Activity against Multidrug-Resistant Bacteria. ACS Synthetic Biology 2023, DOI: 10.1021/acssynbio.3c00055.
　　https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.3c00055
　　圖1 利用基因簇倍增的方法獲得增加多種everninomicin類(lèi)天然產(chǎn)物及其與商用抗生素的活性比較
　　表1 everninomicins與阿維拉霉素、萬(wàn)古霉素及利奈唑胺對多種病原菌的半抑制濃度比較
　　

2023-04-27

南海海洋所抗性基因介導海洋微生物天然產(chǎn)物結構多樣化研究獲進(jìn)展

　　近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所張長(cháng)生研究員團隊在抗性基因介導海洋微生物天然產(chǎn)物結構多樣化研究中獲得新進(jìn)展。研究揭示了糖苷酶KijX水解海洋微生物天然產(chǎn)物L(fēng)obophorin（LOBs）中的糖基側鏈，從而介導菌株對LOBs產(chǎn)生抗性的新機制，闡明了異源重組菌株中LOBs的結構多樣化是內源基因和外源基因簇間相互作用的結果，為抗生素耐藥性和結構多樣化研究提供了新思路。相關(guān)研究成果“A Widespread Glycosidase Confers Lobophorin Resistance and Host-Dependent Structural Diversity”發(fā)表于A(yíng)ngewandte Chemie International Edition (《德國應用化學(xué)》)，并被遴選為”Hot Paper"。
　　抗生素耐藥問(wèn)題正在引發(fā)全球健康危機，普遍認為耐藥性的產(chǎn)生與抗生素的廣泛使用息息相關(guān)。但越來(lái)越多的研究發(fā)現，即使在人跡罕至的凍土和洞穴中發(fā)現的微生物中也存在抗生素抗性基因，表明環(huán)境微生物作為抗性基因的儲存庫，可能是臨床耐藥菌株中抗性因子的起源。這也提出了一個(gè)關(guān)于抗生素與其抗性基因演化過(guò)程中“先有雞還是先有蛋”的有趣問(wèn)題：是抗生素的廣泛使用催生了抗性基因的進(jìn)化，還是抗性基因本已古老存在，只是因抗生素的使用而加速了其發(fā)現過(guò)程？無(wú)論如何，從環(huán)境微生物中鑒別新的抗生素抗性基因，理解其生態(tài)功能，可以為抗生素的臨床耐藥性提供潛在的可控措施和解決方案。
　　LOBs屬于螺環(huán)乙酰乙酸內酯類(lèi)抗生素，研究人員前期從海洋來(lái)源鏈霉菌Streptomyces sp. SCSIO 01127中分離到LOBs A/B，解析了LOBs生物合成中負責糖基化（LobG1、LobG2和LobG3）（Org Lett, 2013, 15, 1374-1377; Org Lett, 2020, 22, 1062-1066）、糖甲基化（LobS1）（Appl Microbiol Biotechnol, 2013, 97, 3885-3892）和C-32羥化（LobP1）（Chin J Chem, 2023, 41, 1478-1484）等后修飾酶的功能（圖1）。但在近期研究中發(fā)現一個(gè)特別的現象：與野生型菌株產(chǎn)物不同，異源重組菌株S. coelicolor M1154/pCSG5560（含有lob基因簇）中產(chǎn)生了一系列C-9位帶單糖且C-32位為羥甲基的LOBs，而意外的是，雖然LobP1體外反應確證其負責C-9位帶三糖或雙糖的LOBs的C-32位甲基羥化，但LobP1卻不能催化C-9位帶有單糖的LOBs發(fā)生羥化（圖1）。由此產(chǎn)生了異源重組菌株中這些C-9位帶單糖且C-32位為羥甲基的LOBs是如何產(chǎn)生的問(wèn)題。
　　圖1. 野生型菌株（淺藍色）和異源表達菌株（淺黃色）中產(chǎn)生的代表性L(fǎng)OBs及部分后修飾酶的功能
　　基于上述問(wèn)題，通過(guò)文獻調研和生物轉化實(shí)驗，研究人員在異源宿主中發(fā)現了一個(gè)糖苷酶KijX，可催化LOBs中C-9位多糖鏈的水解，但不能催化C-9位帶單糖的LOBs發(fā)生糖基水解（圖1）。在異源重組菌株S. coelicolor M1154/pCSG5560中，LOBs的合成經(jīng)歷了LobG1（C-17糖基化），LobG3（C-9位連續添加兩個(gè)糖）和LobG2（C-9位的第三個(gè)糖）催化的糖基化，KijX催化的C-9位三糖（或雙糖）產(chǎn)物脫糖，LobG3催化的C-9位重新糖基化（單糖）的復雜過(guò)程（圖2）。通過(guò)外源基因簇lob和內源基因kijX之間相互作用，最終實(shí)現了LOBs的結構多樣化。
　　圖2.野生型菌株和異源重組菌株中LOBs產(chǎn)生的差異及菌株對LOBs產(chǎn)生抗性的分子機制
　　進(jìn)一步的生物信息學(xué)分析發(fā)現，KijX的同源酶在細菌、真菌和古菌中廣泛存在。查詢(xún)到細菌來(lái)源KijX蛋白2323個(gè)，真核生物來(lái)源68個(gè)，古菌來(lái)源9個(gè)。體外酶學(xué)實(shí)驗顯示，在選取的56個(gè)不同來(lái)源的KijX同源蛋白（相似性28？91%）中51個(gè)有水解糖基的活性，部分同源蛋白的活性?xún)?yōu)于KijX。由于KijX同源蛋白廣泛存在于放線(xiàn)菌門(mén)中，推測該酶可能為放線(xiàn)菌對抗環(huán)境中LOBs的一種抗性機制。活性評價(jià)實(shí)驗顯示C-9位帶有單糖或無(wú)糖的LOBs對放線(xiàn)菌指示菌株沒(méi)有抑制活性；C-9位帶有三糖或雙糖的LOBs能夠抑制不含kijX及同源酶基因的放線(xiàn)菌的生長(cháng)。導入kijX基因后，敏感菌株對LOBs產(chǎn)生抗性。相反，C-9位帶有三糖或雙糖的LOBs不能抑制含有kijX及同源基因的放線(xiàn)菌的生長(cháng)，但敲除kijX及同源基因后，菌株對LOBs敏感（圖3）。這些實(shí)驗證實(shí)了kijX及其同源基因為L(cháng)OBs的抗性基因。菌株間的拮抗實(shí)驗顯示同樣的結果，表明菌株通過(guò)產(chǎn)生LOBs來(lái)抑制同一生境中其他微生物的生長(cháng)以獲得競爭優(yōu)勢，體現了環(huán)境微生物間的一種共進(jìn)化關(guān)系（圖3）。
　　圖3. kijX作為抗性基因的鑒定以及LOBs產(chǎn)生菌和非產(chǎn)生菌之間的拮抗作用
　　為了進(jìn)一步闡明這類(lèi)特殊糖苷酶的作用機制，研究人員解析了AcvX（KijX同源蛋白）的晶體結構。與AlphaFold2預測的15個(gè)其他KijX同源蛋白結構比較顯示，這類(lèi)酶含有典型的GH113家族糖基水解酶的（β/α）8桶狀結構，但與典型GH113家族水解酶相比，KijX及其同源酶與底物結合的口袋呈現出特征的帶負電的凹槽，這個(gè)負電凹槽是該類(lèi)酶特異性對LOBs產(chǎn)生水解作用的關(guān)鍵結構特征。進(jìn)一步通過(guò)晶體疊加和點(diǎn)突變分析找到了該類(lèi)蛋白可能的催化位點(diǎn)，并推測了其催化機制。
　　絕大多數KijX同源酶在本研究之前被注釋為未知功能蛋白，含有kijX的微生物在環(huán)境中分布非常廣泛，涵蓋了沙漠、海洋和深洞，以及人體和動(dòng)物的腸道微生物。與此相反，含有LOB生物合成基因簇的微生物大多數來(lái)自于海洋環(huán)境。由此推測某些抗生素的抗性基因本已古老存在，抗生素的廣泛使用加速了其發(fā)現過(guò)程。kijX及其同源基因作為L(cháng)OBs的抗性基因是巧合還是必然，是否其進(jìn)化的目的是為抵抗環(huán)境中的LOBs均還未知，它們的原始生物學(xué)功能還有待進(jìn)一步研究。
　　譚彬博士、張麗萍副研究員和張慶波研究員為本文共同第一作者，朱義廣和張長(cháng)生研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金重大項目、廣東省海洋經(jīng)濟發(fā)展(海洋六大產(chǎn)業(yè))專(zhuān)項資金項目、海南省重大科技計劃項目和中國科學(xué)院王寬誠率先人才計劃“盧嘉錫國際團隊項目”等資助。
　　相關(guān)論文信息：
　　A Widespread Glycosidase Confers Lobophorin Resistance and Host-Dependent Structural Diversity. https://doi.org/10.1002/anie.202302043
　　

2023-05-05

廣州地化所揭示熊耳大火成巖省中酸性侵入體成因及意義

大火成巖省（LIP）被認為是地殼快速增長(cháng)的最有效方式之一，通常包括巨量的鎂鐵質(zhì)巖石和小比例的中酸性巖石。前者代表地幔對地殼的貢獻，而后者的成因卻存在爭議，對于大陸地殼生長(cháng)的意義也不確定。很多學(xué)者根據放射性同位素（Sr-Nd-Hf）的虧損或者富集特征，認為中酸性巖漿是通過(guò)玄武質(zhì)巖漿的結晶分異或者古老地殼物質(zhì)重熔形成，分別作為新生地殼和古老地殼循環(huán)。然而，過(guò)去在考慮長(cháng)英質(zhì)巖石的成因時(shí)，通常過(guò)度依賴(lài)同位素特征而忽略了巖石本身的主微量元素特征所帶來(lái)的成因啟示，因此對大陸地殼生長(cháng)的意義會(huì )產(chǎn)生誤解。
　　針對以上問(wèn)題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所在讀博士生馬建鋒在趙太平研究員指導下，對華北克拉通南緣中元古代熊耳大火成巖省中的閃長(cháng)巖和花崗巖（圖1）開(kāi)展了詳細的地質(zhì)考察、巖石學(xué)、地球化學(xué)分析以及alphaMELTS模擬，揭示了大火成巖省中的長(cháng)英質(zhì)巖石成因的具體過(guò)程，并且提出了對大陸地殼生長(cháng)意義的新認識。本次研究發(fā)現：
　　（1）閃長(cháng)巖和花崗巖時(shí)代為1780 Ma，與熊耳LIP同期。閃長(cháng)巖結構和化學(xué)特征表明為快速結晶的熔體而非堆晶，結合地幔相似的O同位素特征（圖2）和微量元素質(zhì)量平衡計算顯示是經(jīng)過(guò)40-50%的玄武質(zhì)巖漿結晶分異形成（圖3）。
　　（2）花崗巖為I型花崗巖且與閃長(cháng)巖成分不連續以及略高的鋯石結晶溫度表明，花崗巖不可能通過(guò)閃長(cháng)巖的結晶分異形成；微量元素與熱力學(xué)模擬顯示花崗巖無(wú)法通過(guò)古老基底斜長(cháng)角閃巖和TTG部分熔融形成，另外花崗巖中的鋯石具有與地幔相似的O同位素特征（圖2），且熱力學(xué)模擬顯示低水含量下熊耳LIP中的玄武安山巖經(jīng)過(guò)30%的部分熔融可以產(chǎn)生相似熔體，與微量元素質(zhì)量平衡計算結果也是一致的（圖3）。
　　（3）雖然閃長(cháng)巖和花崗巖均具有富集的放射性同位素（Nd-Hf）特征（圖2），但是卻都代表新生地殼，而非前人認為的古老地殼重熔。作者同時(shí)還注意到，根據放射性同位素特征很難評估大陸地殼生長(cháng)速率，并且會(huì )產(chǎn)生誤解。例如造山帶中大量鎂鐵質(zhì)巖石具有富集的放射性同位素特征，但是依然有助于大陸地殼的生長(cháng)，而新生的沉積物重熔雖然具有虧損的放射性同位素特征，但是對大陸地殼生長(cháng)沒(méi)有貢獻。
　　綜上，本文提出一個(gè)新的成因模型：LIP中的長(cháng)英質(zhì)巖石由中基性巖重熔形成，并非由高程度結晶分異、古老地殼重熔或者不混熔形成（圖4）。同時(shí)放射性同位素可能對中酸性巖石成因產(chǎn)生誤解，從而對大陸地殼生長(cháng)的意義產(chǎn)生歧義，需結合其他證據謹慎分析。
　　相關(guān)研究成果近期發(fā)表于國際地學(xué)權威期刊《GSA Bulletin》。
　　論文信息：Jian-Feng Ma（馬建鋒）, Chuan-Hao Qu（瞿川豪）, Yan-Yan Zhou（周艷艷）, and Tai-Ping Zhao（趙太平）*. The genesis of ca. 1.78 Ga granitoids in the Xiong’er large igneous province: Implications for continental crust generation. GSA Bulletin (2023). https://doi.org/10.1130/B36694.1
　　論文鏈接
　　圖1 研究區地質(zhì)背景與采樣位置
　　圖2 閃長(cháng)巖與花崗巖全巖Nd同位素與鋯石Hf-O同位素特征
　　圖3 稀土元素質(zhì)量平衡模擬閃長(cháng)巖和花崗巖形成
　　圖4 熊耳大火成巖省中酸性巖石成因模式

2023-05-08

廣州地化所：白堊紀環(huán)太平洋成礦俯沖環(huán)境數值模擬研究揭示環(huán)太平洋成礦域構造背景

海底擴張驅動(dòng)洋殼沿太平洋板塊邊緣俯沖，形成了現今最大的活動(dòng)板塊邊緣——環(huán)太平洋"火環(huán)"。最近的研究揭示，現代太平洋板塊起源于中侏羅世古太平洋盆地中部的Izanagi、Farallon和Phoenix板塊接壤的三聯(lián)點(diǎn)處。多期地幔柱事件形成了早期太平洋板塊：其中，規模最大的Ontong Java的地幔柱事件在早白堊世末期活動(dòng)達到高峰，誘發(fā)太平洋板塊形成速率短期內驟增50%以上。然而，相對于以斑巖銅礦為代表的新生代環(huán)太平洋成礦域成礦事件，目前對于白堊紀環(huán)太平洋成礦域的成礦爆發(fā)事件尚缺乏系統的研究。尤其是目前的研究主要基于現存地質(zhì)現象的反演推斷，對于地幔柱驅動(dòng)下的俯沖作用對于成礦構造背景的控制缺乏定量的正演模擬研究的支持。
　　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教授和國科大皇甫鵬鵬、李忠海教授合作，通過(guò)匯編已發(fā)表的環(huán)太平洋中生代礦床年代學(xué)數據揭示成礦作用集中于130 - 100百萬(wàn)年的有限時(shí)間段內（圖1）。例如，北美和中國東部膠東的造山型金礦床主要形成于120百萬(wàn)年，中安第斯地區Fe和IOCG礦床年齡峰值在約110百萬(wàn)年，中國東南沿海斑巖-淺成低溫熱液型Cu - Mo - Au - Ag - Pb - Zn礦床一般形成于約105百萬(wàn)年。為了揭示上述礦床分布規律，本研究利用GPlates軟件重建了環(huán)太平洋帶不同區域在上述成礦峰期對應的俯沖方向、俯沖速率等參數（圖2），進(jìn)一步利用I2VIS代碼正演模擬精確約束了俯沖帶的幾何特征（圖3）。
　　研究取得的具體認識包括以下方面（圖3）：120百萬(wàn)年的膠東和北美西部造山型金礦省分別與Izanagi和Farallon板塊中高傾角、高速斜向俯沖引起的走滑作用有關(guān)。相比之下，中國東南沿海105百萬(wàn)年左右斑巖-淺成低溫熱液成礦帶是由Izanagi板塊以中低俯沖速率、中高傾角斜向俯沖產(chǎn)生的。在中安第斯地區，Farallon板塊中低等速率、低傾角的斜向俯沖導致秘魯南部在110百萬(wàn)年左右形成IOCG礦化，而Phoenix板塊的高速率和低傾角俯沖造成了輕微的擠壓，是智利北部Fe、斑巖Cu和IOCG礦化的主要原因。本研究對于理解現今太平洋板塊如何形成和演化，以及俯沖過(guò)程如何精確控制環(huán)太平洋成礦帶不同成礦省主要礦床類(lèi)型的時(shí)空分布有重要意義。
　　項目成果近期發(fā)表于國際地學(xué)權威期刊《GSA Bulletin》，該項研究成果獲得了國家自然科學(xué)基金(42230810，41902089)、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）, Chen, H.Y.*（陳華勇）, Chiaradia, M., Huangfu, P.P.（皇甫鵬鵬）, Li, Z.H.（李忠海） Linking Pacific Plate formation and Early Cretaceous metallogenic response on the circum-Pacific continental margins. GSA Bulletin (2023). https://doi.org/10.1130/B36717.1
　　論文鏈接：
　　圖1中國東部膠東造山型金礦床( a )、中國東南部斑巖-淺成低溫熱液型金礦床( b )、美國北部造山型金礦床( c )、中安第斯地區鐵礦床和IOCG礦床( d )的年齡直方圖
　　
　　圖2 中生代古太平洋板塊俯沖重建
　　
　　圖 3 環(huán)太平洋成礦域成礦模式圖。（a）120百萬(wàn)年左右中國東部膠東地區成礦模式示意圖，（b）105百萬(wàn)年左右中國東南沿海成礦模式圖，（c）120百萬(wàn)年左右北美西部成礦模式圖，（d-e）110百萬(wàn)年左右安第斯成礦模式圖。

2023-05-08

廣州能源所在生物強化有機廢棄物低溫厭氧發(fā)酵方面取得系列進(jìn)展

近期，廣州能源所生物質(zhì)能生化轉化研究室生物燃氣課題組在產(chǎn)甲烷菌系強化牛糞-秸稈低溫厭氧發(fā)酵方面取得系列研究進(jìn)展，通過(guò)投加產(chǎn)甲烷菌系有效解決了低溫厭氧發(fā)酵啟動(dòng)慢、甲烷產(chǎn)率低等問(wèn)題，并揭示了生物強化低溫厭氧發(fā)酵機理，相關(guān)研究成果在Chemical Engineering Journal, Bioresource Technology等期刊上相繼發(fā)表。
　　近期，廣州能源所生物質(zhì)能生化轉化研究室生物燃氣課題組在產(chǎn)甲烷菌系強化牛糞-秸稈低溫厭氧發(fā)酵方面取得系列研究進(jìn)展，通過(guò)投加產(chǎn)甲烷菌系有效解決了低溫厭氧發(fā)酵啟動(dòng)慢、甲烷產(chǎn)率低等問(wèn)題，并揭示了生物強化低溫厭氧發(fā)酵機理，相關(guān)研究成果在Chemical Engineering Journal, Bioresource Technology等期刊上相繼發(fā)表，主要的研究成果如下：
　　1．投加中溫/低溫產(chǎn)甲烷菌系強化牛糞-秸稈低溫共發(fā)酵
　　低溫條件下發(fā)酵體系內的微生物菌群代謝活性降低，產(chǎn)甲烷古菌與產(chǎn)酸細菌相比對低溫更敏感，產(chǎn)甲烷階段受抑，產(chǎn)酸產(chǎn)甲烷階段失衡，發(fā)生酸抑制，產(chǎn)氣性能下降。針對這一問(wèn)題，分別投加實(shí)驗室長(cháng)期馴化獲得的中溫及低溫產(chǎn)甲烷菌系，對低溫（20℃）批式牛糞-秸稈混合發(fā)酵進(jìn)行生物強化，研究發(fā)現：強化體系的甲烷產(chǎn)率提升4倍以上，T80縮短20~30 d。產(chǎn)甲烷菌系的投加優(yōu)化了發(fā)酵體系內的微生物群落結構，丙酸氧化菌（Peptococcaeae）及乙酸型產(chǎn)甲烷菌（Methanothrix）的相對豐度在強化體系內顯著(zhù)增加，促進(jìn)了丙酸和乙酸的降解，使產(chǎn)酸與產(chǎn)甲烷階段維持平衡，避免酸抑制，從而提高發(fā)酵性能。
　　圖1. 低溫產(chǎn)甲烷菌系強化牛糞-秸稈低溫共發(fā)酵
　　以上研究成果分別以Bioaugmentation with cold-tolerant methanogenic culture to boost methane production from anaerobic co-digestion of cattle manure and corn straw at 20℃及Bioaugmentation improves batch psychrophilic anaerobic co-digestion of cattle manure and corn straw為題發(fā)表于Chemical Engineering Journal及Bioresource Technology。兩篇論文第一作者均為碩士畢業(yè)生許芯蕊，通訊作者為李穎研究員。
　　原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.143183；https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126118
　　2．低溫厭氧發(fā)酵生物強化機制
　　揭示了產(chǎn)甲烷古菌比細菌耐冷能力差的原因，即在低溫條件下，細菌編碼多種耐冷基因，如HslJ, Hsp15, CspA, MerR, HtpX, HspQ，而古菌僅編碼兩種耐冷基因（Htpx, CspA），導致古菌在低溫下倍增速率明顯低于細菌。因此提高反應器中產(chǎn)甲烷菌的豐度及其耐冷能力是促進(jìn)低溫產(chǎn)甲烷的關(guān)鍵，通過(guò)外源投加產(chǎn)甲烷菌系進(jìn)行生物強化，可人為干預改變厭氧發(fā)酵系統內微生物組成，定向提高關(guān)鍵產(chǎn)甲烷菌生物量，促進(jìn)產(chǎn)甲烷進(jìn)程。
　　
　　圖2. 低溫厭氧發(fā)酵的生物強化及微生物對低溫的響應機制
　　該研究成果以Effect of bioaugmentation on psychrotrophic anaerobic digestion: Bioreactor performance, microbial community, and cellular metabolic response為題發(fā)表于Chemical Engineering Journal。第一作者為博士后閆淼，通訊作者為李穎研究員，原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140173。
　　以上研究揭示了低溫下厭氧產(chǎn)甲烷的微生物強化機理，構建了性能優(yōu)越的低溫發(fā)酵強化體系，在微生物層面對體系靶向調控；有效促進(jìn)目標底物降解效率、縮短發(fā)酵周期、緩解體系酸抑制、提升低溫厭氧發(fā)酵性能，為寒區沼氣工程在冬季的穩定運行提供新思路及理論依據。
　　上述研究得到國家自然科學(xué)基金面上項目、中科院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )、中科院戰略性先導科技專(zhuān)項A等項目支持。
　　
　　

2023-05-05

南海海洋所海洋小單胞菌天然產(chǎn)物everninomicin的生物合成研究取得新進(jìn)展

　　近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所張長(cháng)生團隊在海洋微生物天然產(chǎn)物everninomicin的生物合成及工程菌株構建研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)成果以“Biosynthesis and Engineered Overproduction of Everninomicins with Promising Activity against Multidrug-Resistant Bacteria”為題，于2022年4月21日在線(xiàn)發(fā)表于A(yíng)CS Synthetic Biology（《ACS合成生物學(xué)》）。
　　靶向細菌核糖體的正糖霉素類(lèi)天然產(chǎn)物具有特殊的高度修飾的寡糖骨架，與目前商用的核糖體靶向抗生素如大環(huán)內酯類(lèi)、四環(huán)素類(lèi)和氨基糖苷類(lèi)等抗生素靶點(diǎn)均不同，不易產(chǎn)生交叉耐藥，具有進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的潛力。具有八糖骨架的everninomicin D是小單胞菌產(chǎn)生的正糖霉素類(lèi)天然產(chǎn)物，自上世紀60年代起由美國先靈葆雅公司（Schering-Plough）分離鑒定，該公司通過(guò)調研發(fā)現其具有良好的抑菌活性。然而everninomicin的生物合成及代謝工程研究一直受限于野生型菌株的產(chǎn)量低下，其生物合成研究及構效關(guān)系分析一直進(jìn)展緩慢。
　　研究團隊以生物活性為導向，發(fā)現南海來(lái)源的小單胞菌SCSIO 07395（田新朋研究員提供）具有產(chǎn)生微量everninomicin 類(lèi)化合物的能力。由于該類(lèi)化合物生物合成步驟較多，結構復雜且代謝關(guān)鍵節點(diǎn)未知，暫時(shí)難以開(kāi)展理性的代謝工程研究，于是采取了直接增加整個(gè)生物合成基因簇的拷貝數的方法進(jìn)行增產(chǎn)（圖1）。通過(guò)活性檢測及代謝物分析發(fā)現，與野生型菌株相比，工程菌株的everninomicin 類(lèi)化合物1-4的產(chǎn)量顯著(zhù)提升，同時(shí)還產(chǎn)生了野生型不產(chǎn)的新類(lèi)似物5和6（圖1）。
　　將工程菌株發(fā)酵分離得到的everninomicin類(lèi)似物與包括5種氨基糖苷類(lèi)、3種大環(huán)內酯類(lèi)、3種β-內酰胺類(lèi)和3種四環(huán)素類(lèi)在內的28種商用抗生素在體外對21株革蘭氏陽(yáng)性菌及7種革蘭氏陰性菌進(jìn)行了系統的活性比較。結果顯示everninomicin對葡萄球菌、腸球菌和鏈球菌活性顯著(zhù)，整體活性?xún)?yōu)于除thiostrepton和rifamycin外其他抗生素；此外，everninomicins對陰性菌中的鮑曼不動(dòng)桿菌、霍亂弧菌和溶藻弧菌也具有中等強度的活性(圖1)。
　　然后進(jìn)一步選擇了抑菌譜相似的vancomycin、linezolid及avilamycin同化學(xué)性質(zhì)穩定的everninomicin D、E和M進(jìn)行了半抑制濃度（IC50）的比較。測試結果顯示everninomicin D、E和M對葡萄球菌和腸球菌的IC50與vancomycin、linezolid及avilamycin相當；對于鏈球菌則顯示出明顯的優(yōu)勢，特別是everninomicin D和M在體外對肺炎鏈球菌及豬鏈球菌顯示出納摩爾級水平的抑制作用；此外，everninomicin E對三種革蘭氏陰性病原體鮑曼菌、溶藻弧菌和霍亂弧菌活性較為顯著(zhù)（表1）。最后，進(jìn)一步利用基因簇倍增技術(shù)構建了everninomicin M的高產(chǎn)菌株，目前最高產(chǎn)量可達98.6 mg/L，為后續動(dòng)物實(shí)驗提供了物質(zhì)基礎。
　　綜上所述，本研究從南海來(lái)源的野生型小單胞菌出發(fā)，針對結構及合成途徑均非常復雜的天然產(chǎn)物，克服了野生型菌株遺傳操作上的困難，直接通過(guò)增加生物合成基因簇的拷貝數達成了初步的產(chǎn)量提升及化學(xué)多樣化，成功制備出多種具有顯著(zhù)活性的everninomicin類(lèi)似物，為快速提高微量且復雜的活性天然產(chǎn)物的產(chǎn)量供生物合成及構效關(guān)系研究提供了參考案例。
　　博士后朱夢(mèng)奕和王利娟為本文共同第一作者，張長(cháng)生研究員為本文通訊作者。本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金委項目、博士后創(chuàng )新人才支持計劃、中國博士后科學(xué)基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金、廣東省海洋經(jīng)濟發(fā)展專(zhuān)項資金項目、王寬誠教育基金項目、海南省重大科技計劃項目、廣東省培養高層次人才特殊支持計劃和廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計劃項目等資助。
　　相關(guān)論文信息：Mengyi Zhu#, Lijuan Wang#, Haibo Zhang, Liping Zhang, Bin Tan, Qi Huang, Yiguang Zhu, and Changsheng Zhang*. Biosynthesis and Engineered Overproduction of Everninomicins with Promising Activity against Multidrug-Resistant Bacteria. ACS Synthetic Biology 2023, DOI: 10.1021/acssynbio.3c00055.
　　https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.3c00055
　　圖1 利用基因簇倍增的方法獲得增加多種everninomicin類(lèi)天然產(chǎn)物及其與商用抗生素的活性比較
　　表1 everninomicins與阿維拉霉素、萬(wàn)古霉素及利奈唑胺對多種病原菌的半抑制濃度比較
　　

2023-04-27

南海海洋所抗性基因介導海洋微生物天然產(chǎn)物結構多樣化研究獲進(jìn)展

　　近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所張長(cháng)生研究員團隊在抗性基因介導海洋微生物天然產(chǎn)物結構多樣化研究中獲得新進(jìn)展。研究揭示了糖苷酶KijX水解海洋微生物天然產(chǎn)物L(fēng)obophorin（LOBs）中的糖基側鏈，從而介導菌株對LOBs產(chǎn)生抗性的新機制，闡明了異源重組菌株中LOBs的結構多樣化是內源基因和外源基因簇間相互作用的結果，為抗生素耐藥性和結構多樣化研究提供了新思路。相關(guān)研究成果“A Widespread Glycosidase Confers Lobophorin Resistance and Host-Dependent Structural Diversity”發(fā)表于A(yíng)ngewandte Chemie International Edition (《德國應用化學(xué)》)，并被謎選為“Hot Paper”。
　　抗生素耐藥問(wèn)題正在引發(fā)全球健康危機，普遍認為耐藥性的產(chǎn)生與抗生素的廣泛使用息息相關(guān)。但越來(lái)越多的研究發(fā)現，即使在人跡罕至的凍土和洞穴中發(fā)現的微生物中也存在抗生素抗性基因，表明環(huán)境微生物作為抗性基因的儲存庫，可能是臨床耐藥菌株中抗性因子的起源。這也提出了一個(gè)關(guān)于抗生素與其抗性基因演化過(guò)程中“先有雞還是先有蛋”的有趣問(wèn)題：是抗生素的廣泛使用催生了抗性基因的進(jìn)化，還是抗性基因本已古老存在，只是因抗生素的使用而加速了其發(fā)現過(guò)程？無(wú)論如何，從環(huán)境微生物中鑒別新的抗生素抗性基因，理解其生態(tài)功能，可以為抗生素的臨床耐藥性提供潛在的可控措施和解決方案。
　　LOBs屬于螺環(huán)乙酰乙酸內酯類(lèi)抗生素，研究人員前期從海洋來(lái)源鏈霉菌Streptomyces sp. SCSIO 01127中分離到LOBs A/B，解析了LOBs生物合成中負責糖基化（LobG1、LobG2和LobG3）（Org Lett, 2013, 15, 1374-1377; Org Lett, 2020, 22, 1062-1066）、糖甲基化（LobS1）（Appl Microbiol Biotechnol, 2013, 97, 3885-3892）和C-32羥化（LobP1）（Chin J Chem, 2023, 41, 1478-1484）等后修飾酶的功能（圖1）。但在近期研究中發(fā)現一個(gè)特別的現象：與野生型菌株產(chǎn)物不同，異源重組菌株S. coelicolor M1154/pCSG5560（含有lob基因簇）中產(chǎn)生了一系列C-9位帶單糖且C-32位為羥甲基的LOBs，而意外的是，雖然LobP1體外反應確證其負責C-9位帶三糖或雙糖的LOBs的C-32位甲基羥化，但LobP1卻不能催化C-9位帶有單糖的LOBs發(fā)生羥化（圖1）。由此產(chǎn)生了異源重組菌株中這些C-9位帶單糖且C-32位為羥甲基的LOBs是如何產(chǎn)生的問(wèn)題。
　　圖1. 野生型菌株（淺藍色）和異源表達菌株（淺黃色）中產(chǎn)生的代表性L(fǎng)OBs及部分后修飾酶的功能
　　基于上述問(wèn)題，通過(guò)文獻調研和生物轉化實(shí)驗，研究人員在異源宿主中發(fā)現了一個(gè)糖苷酶KijX，可催化LOBs中C-9位多糖鏈的水解，但不能催化C-9位帶單糖的LOBs發(fā)生糖基水解（圖1）。在異源重組菌株S. coelicolor M1154/pCSG5560中，LOBs的合成經(jīng)歷了LobG1（C-17糖基化），LobG3（C-9位連續添加兩個(gè)糖）和LobG2（C-9位的第三個(gè)糖）催化的糖基化，KijX催化的C-9位三糖（或雙糖）產(chǎn)物脫糖，LobG3催化的C-9位重新糖基化（單糖）的復雜過(guò)程（圖2）。通過(guò)外源基因簇lob和內源基因kijX之間相互作用，最終實(shí)現了LOBs的結構多樣化。
　　圖2.野生型菌株和異源重組菌株中LOBs產(chǎn)生的差異及菌株對LOBs產(chǎn)生抗性的分子機制
　　進(jìn)一步的生物信息學(xué)分析發(fā)現，KijX的同源酶在細菌、真菌和古菌中廣泛存在。查詢(xún)到細菌來(lái)源KijX蛋白2323個(gè)，真核生物來(lái)源68個(gè)，古菌來(lái)源9個(gè)。體外酶學(xué)實(shí)驗顯示，在選取的56個(gè)不同來(lái)源的KijX同源蛋白（相似性28？91%）中51個(gè)有水解糖基的活性，部分同源蛋白的活性?xún)?yōu)于KijX。由于KijX同源蛋白廣泛存在于放線(xiàn)菌門(mén)中，推測該酶可能為放線(xiàn)菌對抗環(huán)境中LOBs的一種抗性機制。活性評價(jià)實(shí)驗顯示C-9位帶有單糖或無(wú)糖的LOBs對放線(xiàn)菌指示菌株沒(méi)有抑制活性；C-9位帶有三糖或雙糖的LOBs能夠抑制不含kijX及同源酶基因的放線(xiàn)菌的生長(cháng)。導入kijX基因后，敏感菌株對LOBs產(chǎn)生抗性。相反，C-9位帶有三糖或雙糖的LOBs不能抑制含有kijX及同源基因的放線(xiàn)菌的生長(cháng)，但敲除kijX及同源基因后，菌株對LOBs敏感（圖3）。這些實(shí)驗證實(shí)了kijX及其同源基因為L(cháng)OBs的抗性基因。菌株間的拮抗實(shí)驗顯示同樣的結果，表明菌株通過(guò)產(chǎn)生LOBs來(lái)抑制同一生境中其他微生物的生長(cháng)以獲得競爭優(yōu)勢，體現了環(huán)境微生物間的一種共進(jìn)化關(guān)系（圖3）。
　　圖3. kijX作為抗性基因的鑒定以及LOBs產(chǎn)生菌和非產(chǎn)生菌之間的拮抗作用
　　為了進(jìn)一步闡明這類(lèi)特殊糖苷酶的作用機制，研究人員解析了AcvX（KijX同源蛋白）的晶體結構。與AlphaFold2預測的15個(gè)其他KijX同源蛋白結構比較顯示，這類(lèi)酶含有典型的GH113家族糖基水解酶的（β/α）8桶狀結構，但與典型GH113家族水解酶相比，KijX及其同源酶與底物結合的口袋呈現出特征的帶負電的凹槽，這個(gè)負電凹槽是該類(lèi)酶特異性對LOBs產(chǎn)生水解作用的關(guān)鍵結構特征。進(jìn)一步通過(guò)晶體疊加和點(diǎn)突變分析找到了該類(lèi)蛋白可能的催化位點(diǎn)，并推測了其催化機制。
　　絕大多數KijX同源酶在本研究之前被注釋為未知功能蛋白，含有kijX的微生物在環(huán)境中分布非常廣泛，涵蓋了沙漠、海洋和深洞，以及人體和動(dòng)物的腸道微生物。與此相反，含有LOB生物合成基因簇的微生物大多數來(lái)自于海洋環(huán)境。由此推測某些抗生素的抗性基因本已古老存在，抗生素的廣泛使用加速了其發(fā)現過(guò)程。kijX及其同源基因作為L(cháng)OBs的抗性基因是巧合還是必然，是否其進(jìn)化的目的是為抵抗環(huán)境中的LOBs均還未知，它們的原始生物學(xué)功能還有待進(jìn)一步研究。
　　譚彬博士、張麗萍副研究員和張慶波研究員為本文共同第一作者，朱義廣和張長(cháng)生研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金重大項目、廣東省海洋經(jīng)濟發(fā)展(海洋六大產(chǎn)業(yè))專(zhuān)項資金項目、海南省重大科技計劃項目和中國科學(xué)院王寬誠率先人才計劃“盧嘉錫國際團隊項目”等資助。
　　相關(guān)論文信息：
　　A Widespread Glycosidase Confers Lobophorin Resistance and Host-Dependent Structural Diversity. https://doi.org/10.1002/anie.202302043
　　

2023-05-05

華南植物園發(fā)現土壤深度調控熱帶森林微生物殘體碳對氮添加方式的響應

土壤微生物是土壤碳循環(huán)過(guò)程的關(guān)鍵驅動(dòng)者，微生物殘體作為土壤有機碳庫的重要來(lái)源，在調控土壤碳循環(huán)過(guò)程對氮沉降的響應中發(fā)揮著(zhù)重要作用。盡管已有研究認為氮沉降趨向于增加森林土壤中真菌殘體碳對土壤有機碳的貢獻，但多數是基于林下氮添加的模擬實(shí)驗，而忽略了森林冠層對大氣氮沉降的再分配過(guò)程及土壤深度的影響。研究發(fā)現，土壤微生物殘體碳對氮添加方式和水平的響應受土壤深度的調控：氮添加提高了表層土壤真菌殘體碳和總微生物殘體碳的含量及其對土壤有機碳的貢獻,但降低了底層土壤真殘體碳和總微生物殘體碳對土壤有機碳的貢獻。圖.熱帶森林微生物殘體碳及其貢獻對氮添加方式的響應。
　　
　　土壤微生物是土壤碳循環(huán)過(guò)程的關(guān)鍵驅動(dòng)者，微生物殘體作為土壤有機碳庫的重要來(lái)源，在調控土壤碳循環(huán)過(guò)程對氮沉降的響應中發(fā)揮著(zhù)重要作用。盡管已有研究認為氮沉降趨向于增加森林土壤中真菌殘體碳對土壤有機碳的貢獻，但多數是基于林下氮添加的模擬實(shí)驗，而忽略了森林冠層對大氣氮沉降的再分配過(guò)程及土壤深度的影響。
　　中科院華南植物園恢復生態(tài)學(xué)任務(wù)團隊基于林冠和林下氮添加野外控制實(shí)驗平臺，研究了氮添加方式（林冠vs.林下）、氮添加水平（25 kg N ha-1yr-1 vs. 50 kg N ha-1yr-1）和土壤深度（表土 vs. 底土）對微生物殘體碳及其對土壤有機碳庫貢獻的影響。研究發(fā)現，土壤微生物殘體碳對氮添加方式和水平的響應受土壤深度的調控：1）氮添加提高了表層土壤真菌殘體碳和總微生物殘體碳的含量及其對土壤有機碳的貢獻，但降低了底層土壤真殘體碳和總微生物殘體碳對土壤有機碳的貢獻，不同深度土壤差異性的差異主要受微生物殘體來(lái)源（微生物生物量）的影響；2）林下氮添加對微生物殘體碳積累的影響要顯著(zhù)高于林冠氮添加，表明森林冠層可以緩沖外源氮輸入對土壤微生物殘體的影響。該研究從土壤微生物的角度進(jìn)一步證實(shí)了森林冠層在緩解大氣氮沉降對熱帶森林土壤碳循環(huán)過(guò)程中的作用，并指出了未來(lái)對氮沉降的研究中亟需考慮不同土壤深度的潛在影響。
　　相關(guān)研究成果已近期發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Journal of Environmental Management（《環(huán)境管理雜志》）上。華南植物園博士后況露輝為論文第一作者，劉占鋒研究員為論文通訊作者。該研究得到了廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )等項目的共同資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.118009
　　圖. 熱帶森林微生物殘體碳及其貢獻對氮添加方式的響應
　　

2023-04-27

南海海洋所在海洋小單胞菌天然產(chǎn)物everninomicin的生物合成研究取得新進(jìn)展

　　近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所張長(cháng)生團隊在海洋微生物天然產(chǎn)物everninomicin的生物合成及工程菌株構建研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)成果以“Biosynthesis and Engineered Overproduction of Everninomicins with Promising Activity against Multidrug-Resistant Bacteria”為題，于2022年4月21日在線(xiàn)發(fā)表于A(yíng)CS Synthetic Biology（《ACS合成生物學(xué)》）。
　　靶向細菌核糖體的正糖霉素類(lèi)天然產(chǎn)物具有特殊的高度修飾的寡糖骨架，與目前商用的核糖體靶向抗生素如大環(huán)內酯類(lèi)、四環(huán)素類(lèi)和氨基糖苷類(lèi)等抗生素靶點(diǎn)均不同，不易產(chǎn)生交叉耐藥，具有進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的潛力。具有八糖骨架的everninomicin D是小單胞菌產(chǎn)生的正糖霉素類(lèi)天然產(chǎn)物，自上世紀60年代起由美國先靈葆雅公司（Schering-Plough）分離鑒定，該公司通過(guò)調研發(fā)現其具有良好的抑菌活性。然而everninomicin的生物合成及代謝工程研究一直受限于野生型菌株的產(chǎn)量低下，其生物合成研究及構效關(guān)系分析一直進(jìn)展緩慢。
　　研究團隊以生物活性為導向，發(fā)現南海來(lái)源的小單胞菌SCSIO 07395（田新朋研究員提供）具有產(chǎn)生微量everninomicin 類(lèi)化合物的能力。由于該類(lèi)化合物生物合成步驟較多，結構復雜且代謝關(guān)鍵節點(diǎn)未知，暫時(shí)難以開(kāi)展理性的代謝工程研究，于是采取了直接增加整個(gè)生物合成基因簇的拷貝數的方法進(jìn)行增產(chǎn)（圖1）。通過(guò)活性檢測及代謝物分析發(fā)現，與野生型菌株相比，工程菌株的everninomicin 類(lèi)化合物1-4的產(chǎn)量顯著(zhù)提升，同時(shí)還產(chǎn)生了野生型不產(chǎn)的新類(lèi)似物5和6（圖1）。
　　將工程菌株發(fā)酵分離得到的everninomicin類(lèi)似物與包括5種氨基糖苷類(lèi)、3種大環(huán)內酯類(lèi)、3種β-內酰胺類(lèi)和3種四環(huán)素類(lèi)在內的28種商用抗生素在體外對21株革蘭氏陽(yáng)性菌及7種革蘭氏陰性菌進(jìn)行了系統的活性比較。結果顯示everninomicin對葡萄球菌、腸球菌和鏈球菌活性顯著(zhù)，整體活性?xún)?yōu)于除thiostrepton和rifamycin外其他抗生素；此外，everninomicins對陰性菌中的鮑曼不動(dòng)桿菌、霍亂弧菌和溶藻弧菌也具有中等強度的活性(圖1)。
　　然后進(jìn)一步選擇了抑菌譜相似的vancomycin、linezolid及avilamycin同化學(xué)性質(zhì)穩定的everninomicin D、E和M進(jìn)行了半抑制濃度（IC50）的比較。測試結果顯示everninomicin D、E和M對葡萄球菌和腸球菌的IC50與vancomycin、linezolid及avilamycin相當；對于鏈球菌則顯示出明顯的優(yōu)勢，特別是everninomicin D和M在體外對肺炎鏈球菌及豬鏈球菌顯示出納摩爾級水平的抑制作用；此外，everninomicin E對三種革蘭氏陰性病原體鮑曼菌、溶藻弧菌和霍亂弧菌活性較為顯著(zhù)（表1）。最后，進(jìn)一步利用基因簇倍增技術(shù)構建了everninomicin M的高產(chǎn)菌株，目前最高產(chǎn)量可達98.6 mg/L，為后續動(dòng)物實(shí)驗提供了物質(zhì)基礎。
　　綜上所述，本研究從南海來(lái)源的野生型小單胞菌出發(fā)，針對結構及合成途徑均非常復雜的天然產(chǎn)物，克服了野生型菌株遺傳操作上的困難，直接通過(guò)增加生物合成基因簇的拷貝數達成了初步的產(chǎn)量提升及化學(xué)多樣化，成功制備出多種具有顯著(zhù)活性的everninomicin類(lèi)似物，為快速提高微量且復雜的活性天然產(chǎn)物的產(chǎn)量供生物合成及構效關(guān)系研究提供了參考案例。
　　博士后朱夢(mèng)奕和王利娟為本文共同第一作者，張長(cháng)生研究員為本文通訊作者。本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金委項目、博士后創(chuàng )新人才支持計劃、中國博士后科學(xué)基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金、廣東省海洋經(jīng)濟發(fā)展專(zhuān)項資金項目、王寬誠教育基金項目、海南省重大科技計劃項目、廣東省培養高層次人才特殊支持計劃和廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計劃項目等資助。
　　相關(guān)論文信息：Mengyi Zhu#, Lijuan Wang#, Haibo Zhang, Liping Zhang, Bin Tan, Qi Huang, Yiguang Zhu, and Changsheng Zhang*. Biosynthesis and Engineered Overproduction of Everninomicins with Promising Activity against Multidrug-Resistant Bacteria. ACS Synthetic Biology 2023, DOI: 10.1021/acssynbio.3c00055.
　　https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.3c00055
　　圖1 利用基因簇倍增的方法獲得增加多種everninomicin類(lèi)天然產(chǎn)物及其與商用抗生素的活性比較
　　表1 everninomicins與阿維拉霉素、萬(wàn)古霉素及利奈唑胺對多種病原菌的半抑制濃度比較
　　

2023-04-27

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