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華南植物園赴海南開展植物引種工作
?2024年9月，中國科學院華南植物園園藝中心引種保育部聯合標本館針對海南植物資源開展考察和引種工作。此次考察為期10天，足跡覆蓋了儋州市、昌江黎族自治縣、東方市、樂東黎族自治縣、三亞市、保亭黎族苗族自治縣等地多個市縣，旨在加強海南植物多樣性保護與核心種質收集，支撐服務國家生物多樣性保護戰略需求和華南國家植物園種質資源庫建設。圖1. 引種隊成員在野外采集植物?這次考察中，團隊共引種植物116號109種，隸屬于54科99屬，鑒定率達到93%，其中近90%的種類為新增華南植物園未成功保育的物種，如紅芽大戟（Knoxia sumatrensis）、牛眼睛（Capparis zeylanica）和黃花馬鈴苣苔（Polycarpaea corymbosa）。圖2. A：紅芽大戟；B：牛眼睛；C：黃花馬鈴苣苔?考察中還發現了多種列入世界自然保護聯盟瀕危物種紅色名錄的珍稀瀕危植物，占到引種數量的12%，如小葉九里香（Murraya microphylla，EN級別）、刺核藤（Pyrenacantha volubilis，EN級別）、栗豆藤（Agelaea trinervis，EN級別）、瓊梅（Canthium hainanense，VU級別）、海檀木（Ximenia americana，NT級別）等。圖3. A：小葉九里香；B：栗豆藤；C：刺核藤?此次引種的植物涉及種類最多的科為豆科，含11種，如耀花豆（Sarcodum scandens）、長管蝙蝠草（Christia constricta）等。其次為大戟科，含9種，如異萼木（Dimorphocalyx poilanei）、海南粗毛藤（Cnesmone hainanensis）等。圖4. A：耀花豆；B：異萼木；C：海南粗毛藤?引種隊在考察中特別關注了具有重要生態價值的植物，如海岸鹽田中的小草海桐（Scaevola hainanensis）、濱海木藍（Indigofera litoralis）、西沙灰毛豆（Tephrosia luzonensis）等，這些植物對于維護濱海特殊生境的生態平衡具有重要意義。圖5. A：小草海桐；B：濱海木藍；C：西沙灰毛豆?此次海南植物考察引種不僅為華南國家植物園種質資源庫提供了寶貴的種質資源，也為海南生物多樣性保護做出了積極貢獻。
2024-09-25
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華南植物園等發表茜草科1新族和1新屬
????茜草科（Rubiaceae）是被子植物第四大科（以物種數計），含71族、580屬、約14000種。茜草科植物除了具有較高的物種多樣性以外，另一個有趣的現象是該科具有極高比例的單型族和單型屬，即許多族或屬下僅含1個物種。已有研究表明，茜草科中單型屬的占比高達34.5%。由于部分茜草科類群未被充分研究，該科植物中是否存在更多的單型族或單型屬還未可知。????中國科學院華南植物園涂鐵要、張奠湘等學者聯合廣東省林業科學研究院謝佩吾副研究員、美國國家標本館Jun Wen教授、瑞典自然歷史博物館茜草科專家（Sylvain G. Razafimandimbison）等對采自廣東、廣西、云南以及越南、馬來西亞、尼泊爾、泰國等地的茜草科水錦樹屬等類群進行了詳細的形態學和分子系統學研究，研究結果表明水錦樹屬并非單系類群，其中垂枝水錦樹和丁茜族互為姐妹類群，但是未發現二者之間存在明顯的共衍征。和其它9個近緣族相比，垂枝水錦樹不僅系統發育位置獨立于茜草科其它各族，其形態特征也十分獨特：葉二列排列或3-4枚輪生；花序復傘圓錐狀；柱頭棒狀、具花粉二次呈現現象；子房二室、胚珠多數；蒴果室背開裂；種子三角錐形等?；诖怪λ\樹在茜草科中獨立的系統位置和獨特的形態特征，新成立茜草科1新族、1新屬和1新組合，即棒柱茜族（Clavistigmateae T. Y. Tu et P. W. Xie）、棒柱茜屬(Clavistigma T. Y. Tu et P. W. Xie)和垂枝棒柱茜(Clavistigma pendulla (Wall.) T. Y. Tu et P. W. Xie)。至此，茜草科中族和屬的總數分別達到72族和581屬。????該研究結果提示應當優先對茜草科中一些形態獨特的種類開展經典分類學和分子系統學研究以不斷完善茜草科族一級和屬一級分類系統，同時，此類研究對茜草科植物的生物地理起源和物種分化模式也具有重要科學意義。相關研究結果已近期在線發表于生物多樣性專業期刊Biological Diversity（《生物多樣性》）上。華南植物園涂鐵要副研究員為論文第一作者，廣東省林業科學研究院謝佩吾副研究員為論文通訊作者。該研究得到了廣東省林木種質資源調查項目和國家自然基金項目的支持。論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/bod2.12013圖1. 茜草科木蘭茜亞科系統發育；圖2. 垂枝水錦樹和丁茜形態特征；圖3. 木蘭茜亞科族一級分化時間。
2024-09-25
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亞熱帶所研究團隊在跨氣候帶尺度農田土壤有機碳形成途徑與保護機制研究取得系列進展
稻田和旱地作為我國兩類最主要農業土地利用類型，同步分布于中國東部糧食主產區，并擔負著我國大宗農產品生產的重任。稻田長期淹水耕作下土壤水分條件顯著區別于旱地土壤，系統研究跨氣候帶尺度稻田和旱地土壤有機碳形成途徑與保護機制，對我國東部糧食主產區耕地地力和土壤固碳減排管理均具有重要意義。稻田和旱地作為我國兩類最主要農業土地利用類型，同步分布于中國東部糧食主產區，并擔負著我國大宗農產品生產的重任。稻田長期淹水耕作下土壤水分條件顯著區別于旱地土壤，系統研究跨氣候帶尺度稻田和旱地土壤有機碳形成途徑與保護機制，對我國東部糧食主產區耕地地力和土壤固碳減排管理均具有重要意義。亞熱帶農業生態所蘇以榮研究員、陳香碧研究員團隊，運用區域調研、生物標識物分析結合同位素示蹤模擬試驗，系統解析了我國東部跨氣候帶尺度稻田和旱地土壤有機碳積累差異、形成途徑及其內在機理。近5年來，發表SCI論文9篇，包括Global Change Biology、Biology and Fertility of Soils、Agriculture,Ecosystems and Environment、Soil and Tillage Research、Catena、Journal of Soils and Sediments、European Journal of Soil Science等期刊。進展一：明確了長期農業利用塑造的土壤碳氮磷含量和計量比特征基于大樣本分析，發現我國東部四個氣候帶相鄰稻田、旱地和林地表層土壤C、N、P的含量和計量比呈現大致一致的特征：與相鄰林地相比，長期旱地利用降低C含量、增加P含量，造成C:N、C:P和N:P降低；稻田較林地C、N、P含量均增加，但N、P增加幅度高于C，導致C:N、C:P降低；南方比北方對農業利用的響應更強烈。區域尺度上土壤元素限制規律：四個區域旱地均呈現出的C、N限制和P富集，亞熱帶林地表現為P限制，暖溫帶地區C、N限制（圖1）。圖1 四個氣候區土壤碳氮磷賦存規律進展二：闡明了稻田和旱地土壤有機碳的來源和穩定性規律，揭示了稻田比旱地土壤具有強有機碳積累能力的微生物學機理分析四個氣候帶240對相鄰稻田和旱地土壤有機碳含量，發現稻田土壤有機碳積累效率比相鄰旱地土壤高39%~127%，且以亞熱帶地區差異最大，突出了該區稻田土壤強大的固碳能力。進一步量化了兩類土壤中植物殘體和微生物殘留物來源碳對總有機碳積累的貢獻，發現長期稻作下土壤積累的有機碳以植物殘體（33%~54%）大于微生物殘留物（28%~36%），而旱作下以微生物殘留物（40%~59%）大于植物殘體（19%~42%），且稻田土壤中植物殘體來源碳的數量是旱地土壤的3.3倍，即稻田土壤突出的碳固持能力歸因于植物殘體大量積累?；诖?，構建了稻田和旱地土壤有機碳形成途徑的理論模型（圖2）。圖2 稻田和旱地土壤有機碳形成途徑機理論證：采用短期18O-H2O示蹤培養試驗，監測土壤“老碳”的微生物代謝過程，發現：與旱地土壤相比，稻田土壤微生物的生長速率更高、呼吸速率更低，使得其土壤微生物碳利用效率更高。盡管如此，稻田較旱地土壤微生物對碳源的攝取效率低，表明稻田土壤有機碳轉化和積累過程微生物參與程度較低?；诙唐?3C標記培養試驗，監測微生物對“新碳”的合成代謝過程，發現：稻田土壤13C標記微生物活體碳含量是相鄰旱地的38%~71%，進而引起稻田13C標記微生物殘體碳含量是旱地的26%~55%，尤其是真菌殘留物的含量遠低于旱地土壤。因此，稻田較旱地土壤擁有更高的有機碳含量是由于其更弱的微生物碳攝取強度和代謝效率（圖3）。圖3 稻田和旱地土壤微生物對碳源合成代謝概念圖進展三：從團聚體和礦物保護、微生物代謝角度，闡釋了南方和北方農田土壤有機碳保護的差異機理南方和北方氣候條件、土壤屬性、耕作頻率差異極大，可能影響土壤有機碳積累的團聚體和礦物保護以及微生物代謝過程。采用密度和粒徑分級結合同位素示蹤試驗，發現：團聚體保護態有機碳對稻田和旱地全土有機碳積累的貢獻從北到南減少；游離礦物結合態有機碳的貢獻率呈遞增趨勢；微生物殘體碳對游離礦物結合態有機碳的貢獻率從北到南增加。因此，我國東部北方農田土壤有機碳積累受團聚體保護主導，南方受礦物保護主導，且北方微生物合成代謝對有機碳積累的參與程度弱于南方（圖4）。圖4 南方和北方農田土壤有機碳保護機制論文鏈接：1?2?3?4?5?6?7?8?9
2024-09-25
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廣州健康院合作開發抗實體腫瘤的DNA甲基轉移酶/組蛋白去乙?；傅碾p效抑制劑
近日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院孔祥謙研究員與山東大學藥學院侯旭奔副教授團隊合作，以“Development of a First-in-Class DNMT1/HDAC Inhibitor with Improved Therapeutic Potential and Potentiated Antitumor Immunity”為題在美國化學會期刊Journal of Medicinal Chemistry上發表論文，報道了一系列新型、高效的DNMT1/HDAC雙效抑制劑。表觀遺傳修飾異常是惡性腫瘤發生、發展的關鍵驅動力。其中，啟動子區DNA過度甲基化和組蛋白乙?；笔г诎┌Y中廣泛存在，是導致腫瘤轉錄失調和異常譜系分化的重要因素。目前，已有多種DNA甲基轉移酶(DNMTs)和組蛋白去乙?；?HDACs)抑制劑獲批用于血液系統腫瘤治療。然而，這些藥物的代謝穩定性差，治療窗口窄，實體瘤治療效果不足，臨床治療亟需發現新型表觀遺傳藥物或探索聯用方案。在該研究中，團隊通過融合DNMT1和HDAC抑制劑的關鍵藥效基團，獲得了一系列DNMT1/HDAC雙效抑制劑。其中，化合物(R)-23a在體外和細胞中對DNMT1和Class-I HDAC表現出有效的“在靶”抑制活性，從而逆轉腫瘤特異性DNA高甲基化和組蛋白低乙?；?。與DNMT1或HDAC單靶點抑制劑相比，化合物(R)-23a引起更為顯著的轉錄組變化，包括激活多個表觀遺傳沉默的抑癌基因和下調關鍵致癌基因。在抗腫瘤活性和安全性方面，DNMT1/HDAC雙效抑制劑(R)-23a可通過直接殺傷腫瘤細胞，或重編程腫瘤免疫微環境，進而誘導實體腫瘤的消退，其抗腫瘤活性和安全性優于單一靶點藥物聯用。該研究提供一種新型DNMT1/HDAC雙效抑制劑，能夠有效逆轉表觀遺傳修飾異常，進而發揮抗實體瘤活性，為新型抗腫瘤藥物的研發和基于異常譜系重塑的腫瘤治療新策略提供藥物先導化合物。廣州健康院博士生郭鏵慧，山東大學博士生常英杰、李雪為本文共同第一作者。侯旭奔副教授和孔祥謙研究員為該論文共同通訊作者。該研究得到山東大學方浩教授、中國科學院上海藥物所羅成研究員、國科大杭州高等研究院李智海副研究員的大力幫助，還得到國家自然科學基金、山東省泰山學者項目、中國科學院和珠江人才計劃等項目支持。論文鏈接DNMT1/HDAC雙效抑制劑(R)-23a設計策略及活性數據
2024-09-25
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南海海洋所研究團隊揭示兩類大西洋尼諾對西非和南美氣候的不同影響
中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境國家重點實驗室（LTO）、全球海洋與氣候研究中心（GOCRC）以及廣東省海洋遙感重點實驗室（LORS）的王春在研究員研究團隊，近期揭示了大西洋尼諾中部型（CAN）和東部型（EAN）對西非與南美夏季風系統的不同影響及其作用機制。該研究成果發表在Nature子刊 npj Climate and Atmospheric Science上，第一作者為LTO研究員邢雯，通訊作者為研究員王春在，參與研究的還包括LTO研究員張磊、博士后陳柏洋及博士生劉衡。非洲西部以及南美洲地區降水受季風系統的顯著調控，因此準確預測季風降水變化對于當地的農業、水資源管理和災害預防具有重要意義。大西洋尼諾，即熱帶大西洋海表溫度異常增暖現象，顯著影響這些地區的季風降水。此前的研究通常將大西洋尼諾視為一個統一現象。然而，最近的研究將大西洋尼諾劃分為中部型（CAN）和東部型（EAN）兩種類型，分別對應大西洋中部和東部的海溫增暖。這兩種類型的大西洋尼諾對全球氣候系統的影響各不相同，特別是在西非和南美的季風降水方面。研究結果顯示，EAN顯著增強了西非的夏季風降水，特別是在幾內亞灣沿岸，EAN解釋了超過40%的降水變率。這一現象主要是由于東大西洋海溫變暖導致了強烈的水汽輻合（圖1a-b）。相比之下，CAN則對南美的夏季降水產生了更顯著的影響，表現為亞馬遜盆地降水減少和巴西東部降水增加的偶極型分布。這種降水分布與中部大西洋海溫升高引發的氣旋性環流密切相關，環流將更多的水汽從大西洋輸送至巴西東部，導致該地區降水增加，而亞馬遜盆地因水汽減少，降水受到抑制（圖1c-d）?；贑AN和EAN對不同地區季風降水的差異性影響，研究團隊探討了區分這兩類尼諾事件是否能夠提高季節降水預測的準確性。結果表明，使用EAN事件作為預測因子時，預測西非夏季降水的準確性顯著優于傳統的大西洋尼諾指數（圖2）。同樣，在預測巴西東部和亞馬遜盆地降水時，使用CAN事件的預測技巧也明顯提高。該研究揭示了將大西洋尼諾現象細分為不同類型有助于提高季風降水的預測準確性，并為理解和預測熱帶大西洋區域氣候系統提供了新視角。本研究得到了國家自然科學基金重大項目、國家重點研發計劃項目和中國科學院戰略先導科技專項的資助。相關論文信息：Xing,W.,Wang,C.,Zhang,L.,Chen,B. & Liu,H. (2024). Influences of Central and Eastern Atlantic Ni?o on the West African and South American summer monsoons.? npj Clim. Atmos. Sci.,7,214.原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41612-024-00762-7圖1. 東部型（EAN）以及中部型（CAN）大西洋尼諾事件對應的降水及環流異常結構。（a-b）EAN指數與北半球夏季降水（a），SLP以及850hPa風場（b）的回歸；（c-d）與（a-b）類似，但為CAN指數與南半球夏季降水與環流的回歸。點狀陰影區域以及黑色矢量箭頭代表顯著性超過95%信度檢驗圖2. 利用不同大西洋尼諾指數對西非及南美夏季降水預測技巧對比。（a）利用CAN指數（CANI，黃色）、EAN指數（EANI，桔色）以及傳統大西洋尼諾指數（ATL3，紫色）對非洲西部降水預測技巧對比。（b）、（c）與（a）類似，但為巴西東部（b）以及亞馬遜地區（c）
2024-09-24
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亞熱帶所環江站研究揭示明清時期人類干擾加劇喀斯特洼地侵蝕產沙
中國科學院亞熱帶農業生態研究所環江喀斯特生態系統觀測研究站王克林研究員團隊在歷史時期人類擾動對我國西南喀斯特地區土壤侵蝕的影響取得重要進展中國科學院亞熱帶農業生態研究所環江喀斯特生態系統觀測研究站王克林研究員團隊在歷史時期人類擾動對我國西南喀斯特地區土壤侵蝕的影響取得重要進展，相關研究成果近期以Human disturbance exacerbated erosion and deposition in the karst peak-cluster depressions during the Ming and Qing dynasties為題發表在Science China-Earth Sciences（中英文版）。大規模生態修復背景下，我國西南喀斯特地區成為近20年來全球植被覆蓋“變綠”的熱點區，然而，受碳酸鹽巖地質背景制約，部分喀斯特地區人為破壞后自然恢復的植被正向演替緩慢，白云巖地區植被自然恢復以草叢為主，而石灰巖地區常常形成相對穩定的低矮灌叢，森林景觀恢復困難，影響喀斯特地區“變綠”的可持續性。亟需了解歷史時期的人類擾動事件對當前西南喀斯特地區難成林區石漠化的影響，以指導未來喀斯特地區精準還林還草。據史料記載與文獻分析，人為毀林是造成石漠化的重要原因之一，但歷史文獻記載較為零散、且可能有一定的主觀性，難以連續且定量衡量一個地區石漠化演變歷史。針對這一問題，王克林團隊利用人類干擾下喀斯特洼地沉積物的充填過程及沉積物賦存的歷史環境信息，來剖析歷史時期的流域地表過程及人類干擾成因基于洼地沉積物137Cs、210Pb和炭屑14C定年技術，量化了近五百年來洼地沉積物的沉積速率及產沙模數變化，結果表明明清時期產沙模數(2.51~13.11t ha?1 a?1)顯著高于近百年(0.95~6.99t ha-1 a-1)，近百年來的前40年（1921-1963年）產沙模數高于近60年（1963-2021年）；并建立了歷史時期（1500~2000 年）人口、耕地、糧食及森林面積等變化與同期毀林事件的經驗聯系，發現在明末清初(1628~1700年)瑤族遷徙、1573~1620年玉米引種后，廣西全區的人口與耕地增加了3倍以上，而森林面積顯著減少。研究表明，明清時期(1500~1800年)人類干擾是喀斯特森林破壞、洼地沉積加快的主要原因。該研究結合沉積物記錄和史料記載，闡明了喀斯特地區歷史人類擾動對自然環境演變的影響，對認識石漠化演變歷史、理解當前植被恢復、評估和預測未來喀斯特植被恢復趨勢和造林潛力有重要意義。該研究得到了國家自然科學基金項目和國家重點研發計劃項目的資助。論文鏈接圖1 喀斯特洼地人類擾動與侵蝕產沙沉積過程?圖2 歷史時期以來廣西喀斯特地區人類擾動事件及人口、糧食、耕地與森林面積變化
2024-09-23
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華南植物園揭示亞熱帶河口紅樹林土壤有機碳來源
???紅樹林是重要的濱?！八{碳”生態系統，具有強大的碳匯功能，對全球碳循環有深遠的影響。近年來，紅樹林濕地沉積物有機碳的來源和埋藏特征已成為國內外研究熱點，但對河口紅樹林濕地相關研究較少，特別是沉積物有機碳來源和生物地球化學循環過程亟需開展深入研究。????中國科學院華南植物園生態中心海岸帶生態系統過程與環境健康研究組在珠海淇澳紅樹林自然保護區開展的野外實驗回答了這一科學問題。該研究團隊通過分析對不同潮位下土壤中總有機碳（TOC）、總氮（TN）、穩定碳氮同位素（δ13C、δ15N）值及植物來源生物標志物（木質素酚），以區分土壤有機碳的來源。C/N比值與木質素酚生物標志物的結合使用，已被證明是揭示有機碳來源的有效方法?；贑/N比與δ13C的三端元貝葉斯混合模型結果顯示，近岸紅樹林群落土壤中，有機碳的主要來源是原位植物的貢獻（占比62%），其次是陸源（27%）和海源（11%）的貢獻。隨著距離海岸線的增加，靠海紅樹林群落中土壤有機碳的來源逐漸轉變為陸源（43%）和海源（35%）為主。潮位的高位和植被類型被認為是影響土壤有機碳來源的重要因素。本研究不僅深入探討了紅樹林濕地中有機碳的來源及其動態變化，而且為未來藍碳平衡的監測和濕地管理提供了重要的科學依據。研究者建議加強沿海植被的保護與管理，以確保這些生態系統能夠充分發揮其作為高效碳匯的功能。????上述研究成果已近期在線發表在國際土壤學專業期刊Catena（《土壤學報》）上。中國科學院華南植物園博士后覃國銘為論文的第一作者，研究組長王法明研究員為論文通訊作者。該項研究得到國家自然科學基金、廣東省重點研發計劃、廣東省基礎與應用基礎研究基金、“一帶一路”科學組織國際合作項目、中國科學院基礎研究青年團隊和青年創新促進會等項目的共同資助。文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.catena.2024.108401
2024-09-22
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南海海洋所科研團隊發現PNAS揭示海洋巨型單細胞多核鈣化藻基因組異源多倍化與生物鈣化機制
近日，中國科學院南海海洋研究所中國科學院熱帶海洋生物資源與生態重點實驗室（LMB）林強研究員團隊，聯合廈門大學、美國康涅狄格大學、青島華大基因等研究機構，率先獲得了海洋典型鈣化藻-仙掌藻和叉節藻的全基因組，揭示了仙掌藻基因組異源多倍化與不對稱進化機制，闡明了鈣化藻生物鈣化與單細胞多核發生的遺傳與分子調控機理。相關研究成果以Article形式發表于國際著名綜合性期刊《PNAS》。仙掌藻是一類胞外鈣化綠藻，盡管其植株能夠生長至30厘米，卻僅由一個管狀細胞構成，是真正的“巨型單細胞”；而叉節藻則是一類次級細胞壁內鈣化的紅藻，主要生活在淺海的島礁區域。已有研究表明藻類的鈣化性狀影響了其對島礁環境的適應能力，如機械穩定性增強、抵御捕食者以及光合效率升高等，從而維持了較高的生長速率和生物量。盡管學術界長期以來一直關注海洋鈣化藻的發生與演化規律，但是關于藻類鈣化復雜性狀的進化與遺傳學基礎及其分子調控機制問題均一直懸而未解。針對鈣化藻本身具有細菌污染程度高的特征，研究團隊構建了全基因組中細菌序列去除方案，從而獲得了高質量的仙掌藻和叉節藻基因組?；诖?，團隊研究揭示了仙掌藻 “巨型單細胞”通過調節細胞質內細胞核數量、倍性以及擴張細胞骨架動力調控和相關轉錄因子基因家族來維持巨大體型，同時，研究發現Myo8基因的丟失則可能導致胞質不能正常分裂，進而造成單細胞多核的性狀（圖1）。圖1. 兩種鈣化藻類系統演化與仙掌藻核分裂圖示本研究創新性發現仙掌藻是AAAB型的異源多倍體，并成功分離了仙掌藻的4套亞基因組（圖2）?；蚪M結構進化分析揭示了4套亞基因組的不對稱進化特征，其中S1亞基因組占主導地位，不僅編碼了更多參與離子運輸、有機酸生物合成、堿基合成等重要生物學過程的高表達直系同源基因，還同步顯著富集了編碼Ca2+運輸的基因，表明仙掌藻基因組多倍化與其鈣化性狀的耦合關系。圖2. 仙掌藻異源多倍化及其亞基因組不對稱進化進一步研究發現，仙掌藻多倍化與亞基因組分化與海平面降低和大氣CO2升高等重要事件相吻合。海平面降低會導致藻體暴露在高光強與紫外線，海水酸化則會促進其鈣質溶解，而仙掌藻通過全基因組復制增強了基因多樣性以應對脅迫環境，在生態位競爭中占據了優勢并快速實現種群擴張。這一推論也在珊瑚礁鉆井（NK-1）的生物地層演化研究中得到了印證，礁體大型鈣化藻暴發約在690-600萬年前和360-150萬年前，均發生在仙掌藻亞基因組分化和多倍化之后不久（圖3）。圖3. 仙掌藻亞基因組分化時間與氣候事件的耦合特征針對仙掌藻和脆叉節藻的鈣化模式存在明顯差異，本研究深入揭示了仙掌藻胞外鈣化和脆叉節藻次級細胞壁鈣化的遺傳調控特征（圖4）。發現兩種鈣化藻在實現鈣化區域的鈣化離子飽和與分泌有機基底促進晶體成核發育方面有明顯差異。仙掌藻中轉運鈣化離子的Pmca，V-ATPase和Slc4特異性擴張，脆叉節藻則顯著擴張了催化碳酸鹽體系離子轉化的胞外CA；在有機基底方面，仙掌藻顯著擴張Col1a、Fn3，而脆叉節藻顯著擴張了細胞壁內多聚糖和糖蛋白合成基因家族。多組學聯合解析表明，仙掌藻的鈣化反應與光合作用緊密耦合，屬于“生物學過程誘導”的鈣化模式。圖4. 仙掌藻和脆叉節藻的生物鈣化模型及其遺傳調控特征上述研究以“Genome of Halimeda opuntia reveals differentiation of subgenomes and molecular bases of multinucleation and calcification in algae”為題，于2024年9月20日在線發表于《PNAS》。中國科學院南海海洋研究所副研究員張浩、王信、曲朦、研究員殷建平、聯合培養博士研究生于海燕與青島華大基因助理研究員劉小川為本文的共同第一作者，中國科學院南海海洋研究所林強研究員、廈門大學王大志教授和美國康涅狄格大學林森杰教授為共同通訊作者。南海海洋所龍麗娟研究員團隊，中國地質大學（武漢）孫軍教授等參與該項研究。該研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃等項目聯合資助。相關論文信息：Hao Zhang#,Xin Wang#,Meng Qu#,Haiyan Yu#,Jianping Yin#,Xiaochuan Liu#,Yuhong Liu,Bo Zhang,Yanhong Zhang,Zhangliang Wei,Fangfang Yang,Jingtian Wang,Chengcheng Shi,Guangyi Fan,Jun Sun,Lijuan Long,David A. Hutchins,Chris Bowler,Senjie Lin*,Dazhi Wang*,Qiang Lin*. 2024. PNAS. DOI: 10.1073/pnas.2403222121.論文鏈接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2403222121
2024-09-21
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華南植物園揭示殼斗科錐屬物種間相似基因組變異模式形成的進化機制
????遺傳變異的形成與維持機制是進化生物學研究的重要議題。已有研究表明不同物種間的基因組變異模式存在一定的相似性，受到多種進化力量的影響。但是不同進化機制對相似基因組變異景觀形成的貢獻，以及不同機制間復雜的互作模式尚不清楚。此外，已有的研究大都基于近期快速輻射產生的物種或者少量分化時間較長的物種對，缺乏在長期進化尺度上對基因組變異景觀的系統性研究。????該研究首先組裝了一個高質量的甜櫧（Castanopsis eyrei）參考基因組，繼而對我國亞熱帶常綠闊葉林中廣泛分布的12個錐屬物種進行群體水平的取樣，通過基因組重測序獲得了5千多萬個單堿基核酸變異位點（SNP）。群體基因組學分析發現這些物種的基因組變異格局高度相似，并且遺傳變異水平與重組率以及基因密度高度相關，說明長期的連鎖選擇和保守的基因組特征共同塑造了相似的基因組變異景觀。本研究進一步通過追蹤多個遺傳參數間相關性隨著物種分化時間增加的變化趨勢，證實除背景選擇以外反復的選擇性清除也是導致基因組相似變異模式的重要驅動力。最后，本研究通過對不同物種基因組上等位基因分布模式、遺傳負荷積累程度，以及正選擇信號的綜合分析，揭示了種間漸滲特別是適應性漸滲對錐屬物種基因組變異模式的影響。????該研究揭示了多種進化力量共同驅動基因組變異格局的復雜過程與機制。相關研究成果已近期發表在進化生物學主流期刊Molecular Biology and Evolution（《分子生物學與進化》）（IF5-year = 15.1）。華南植物園已畢業博士生陳雪燕和周標峰助理研究員為該論文的共同第一作者，王寶生研究員為通訊作者。本研究主要得到廣東省基礎與應用基礎研究旗艦項目和廣東省重點實驗室項目資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1093/molbev/msae191圖. 錐屬物種基因組變異的驅動機制。（A）12個錐屬物種間的系統發育關系。（B）遺傳變異、重組率、基因密度、基因流等參數間的相關性。（C）遺傳參數間相關性隨分化時間增加的變化趨勢。
2024-09-18
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南海海洋所在海洋生物物種分布模型交叉驗證方法研究取得新進展
近日，中國科學院南海海洋研究所林強研究員團隊在海洋生物物種分布模型構建中如何選擇交叉驗證方法取得新的研究進展，相關成果“Cross-validation matters in species distribution models: A case study with goatfish species”于2024年9月17日在線發表在國際頂尖生態學期刊Ecography上。聯合培養研究生黃紅偉、研究員張志新為本文共同第一作者，研究員林強和張志新為本文共同通訊作者。在全球生物多樣性持續喪失的背景下，準確評估生物多樣性的空間分布模式對于制定有效的保護和管理策略至關重要。物種分布模型（SDMs）已成為評估生物多樣性的一種重要工具，它通過分析物種分布數據與生態因子之間的關系來預測目標物種的適宜棲息地分布。在模型構建過程中，交叉驗證是評估模型預測性能的關鍵步驟。交叉驗證通過在不同數據集上反復訓練和驗證模型，幫助研究人員選擇最佳模型參數。雖然隨機交叉驗證方法是最常見的選擇，但最近一些研究者提出了空間交叉驗證方法，以解決隨機交叉驗證忽視空間自相關性的問題。該研究通過隨機交叉驗證與空間交叉驗證方法，以海洋近海典型魚類—羊魚（Actinopteri: Syngnathiformes: Mullidae）為對象進行模型的參數優化和性能評估。研究發現，兩種交叉驗證方法在95%的物種中得出了不同的最佳模型參數組合，并且在預測當前和未來的棲息地分布方面存在顯著差異（圖1）。隨機交叉驗證方法在預測性能上可能存在過高估計的風險，而空間交叉驗證方法傾向于保守。圖1 基于隨機交叉驗證和空間交叉驗證方法的模型預測能力和變量重要性同步研究結果表明，盡管隨機交叉驗證和空間交叉驗證方法在物種分布預測上存在差異，但兩者均一致得出印度-澳大利亞群島是羊魚物種豐富度最高的地區，并且最易受到氣候變化的影響（圖2）。圖2 當前氣候下基于隨機交叉驗證和空間交叉驗證方法模型預測的空間及緯度分布格局本研究首次系統性地比較了隨機交叉驗證與空間交叉驗證方法對SDMs結果的影響，揭示了選擇交叉驗證方法對SDMs預測性能和結果的重要影響，為生物多樣性評估研究提供了新的視角。該研究工作得到了國家自然科學基金項目、國家重點研發計劃項目等的聯合資助。相關論文信息：Hongwei Huang,Zhixin Zhang*,ákos Bede-Fazekas,Stefano Mammola,Jiqi Gu,Jinxin Zhou,Junmei Qu,& Qiang Lin*,2024: Cross-validation matters in species distribution models: a case study with goatfish species. Ecography. DOI: 10.1111/ecog.07354.原文鏈接：https://nsojournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/ecog.07354
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