科研進展
  • 應激致使仔豬肌肉生長阻滯的分子機制取得新進展
    近期,由中國工程院院士、中國科學院亞熱帶農業生態研究所研究員印遇龍領銜的科研團隊在仔豬肌肉生長阻滯機制方面取得新進展。
      近期,由中國工程院院士、中國科學院亞熱帶農業生態研究所研究員印遇龍領銜的科研團隊在仔豬肌肉生長阻滯發生機制研究方面取得新進展。
      在集約化養殖過程中,免疫應激普遍存在于斷奶仔豬飼養環節,導致仔豬肌肉蛋白質降解和生長阻滯,最終嚴重影響肥育階段的產肉率和肉品質,給養豬業帶來巨大經濟損失。因此,有效緩解仔豬免疫應激是當前養豬業生產中亟待解決的重要難題。然而,目前對免疫應激仔豬肌肉蛋白質降解和生長阻滯的發生機制知之甚少,使得營養調控措施針對性不強,影響了仔豬的健康養殖。為了突破這一瓶頸,該團隊的科研人員首先系統探究了免疫應激下斷奶仔豬腸道、肝臟和肌肉組織生長發育的動態變化規律,發現免疫應激對腸道和肝臟組織的損傷可在15天內緩慢修復,而肌肉組織損傷不能修復;另外,肌肉損傷發生的主要時期是應激早期(第1至5天),肌肉重量與仔豬體重呈顯著正相關,提示斷奶可誘發肌肉生長受阻,進而影響養豬生產效益。利用慢性免疫應激模型,進一步揭示了免疫應激造成斷奶仔豬肌肉生長阻滯的機制與腸道微生物Bacteroidetes豐度下降、系統性炎癥增加以及線粒體動力學穩態破壞等有關。這些研究為促進仔豬肌肉生長和提高其生長性能的營養調控提供了靶點。相關研究成果發表以LPS-related muscle loss is associated with the alteration of Bacteroidetes abundance, systemic inflammation, and mitochondrial morphology in a weaned piglet model為題發表在Science China-Life Sciences雜志上。
      該研究得到了國家自然科學基金面上項目(32372925)、湖南省科技人才專項(2022RC1159)、國家重點研發計劃專題(2022YFD1300503)和國家生豬產業體系專項資金(CARS-35)等項目的資助。
      論文鏈接
      慢性免疫應激誘發仔豬肌肉生長阻滯的分子機制
      
    2024-02-21
  • 華南植物園發現非洲大蝸牛入侵導致熱帶珊瑚島土壤生物多樣性季節變異同質化
    外來生物入侵會對土著生態系統生物多樣性和生態系統功能產生深遠影響。外來生物可以改變本地生物多樣性的季節性模式提升其入侵能力。已有研究多關注外來植物入侵對地上和地下生物群落的影響,對于外來動物入侵如何影響島嶼生態系統的土壤生物多樣性尚缺乏清晰地認識。蝸牛入侵對低營養級土壤生物類群的影響不大,但對高營養級的土壤生物類群的影響更顯著,土壤水分、土壤有機碳、速效磷和鉀是重要的驅動因子(圖-。研究結果表明,非洲大蝸牛的入侵通過改變土壤資源有效性來削弱原生土壤生物多樣性的季節性變化,微生物、線蟲和螨蟲對蝸牛入侵和季節的差異響應表明了土壤生物多樣性對土壤生態系統變化響應的復雜性。
       外來生物入侵會對土著生態系統生物多樣性和生態系統功能產生深遠影響。外來生物可以改變本地生物多樣性的季節性模式提升其入侵能力。已有研究多關注外來植物入侵對地上和地下生物群落的影響,對于外來動物入侵如何影響島嶼生態系統的土壤生物多樣性尚缺乏清晰地認識。
      中國科學院華南植物園恢復生態學任務團隊吳文佳助理研究員和王俊研究員,基于對我國西沙群島的調查(圖-1),發現非洲大蝸牛入侵對原生土壤生物多樣性的影響與采樣季節密切相關。蝸牛入侵在干季增加土壤真菌生物量、微生物多樣性和線蟲豐度,而在濕季減少;蝸牛入侵增加了螨蟲豐度和多樣性,而但降低了土壤酶活性;蝸牛入侵使土壤線蟲群落組成、真菌細菌比值和革蘭氏陽性細菌:革蘭氏陰性細菌比值的季節性差異均一化;蝸牛入侵對低營養級土壤生物類群的影響不大,但對高營養級的土壤生物類群的影響更顯著,土壤水分、土壤有機碳、速效磷和鉀是重要的驅動因子(圖-2)。研究結果表明,非洲大蝸牛的入侵通過改變土壤資源有效性來削弱原生土壤生物多樣性的季節性變化,微生物、線蟲和螨蟲對蝸牛入侵和季節的差異響應表明了土壤生物多樣性對土壤生態系統變化響應的復雜性。研究結果對提升外來生物入侵影響熱帶珊瑚島生態系統結構和功能的機制性理解具有重要意義。
      相關研究成果在線發表在國際期刊Plant and Soil(《植物與土壤》)上。華南植物園恢復生態學任務團隊吳文佳助理研究員和王俊研究員為共同第一作者,劉占鋒研究員為通訊作者,該研究得到國家重點研發計劃項目和國家自然科學基金等資助。論文鏈接:https://doi.org/10.1007/s11104-024-06508-x
      圖1. 非洲大蝸牛在熱帶珊瑚島的入侵狀況。
      圖2. 非洲大蝸牛入侵對熱帶珊瑚島土壤生物多樣性的影響。
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    2024-02-08
  • 南海海洋所海洋微生物活性物質在農牧業抗蟲方面應用取得新進展

      近期,中國科學院南海海洋研究所攜手南方海洋科學與工程廣東省實驗室(廣州)與中國農業科學研究院深圳基因組研究所、大連理工大學合作開發的專利技術“深海放線菌11791在制備防治農牧業鱗翅目害蟲藥物中的應用”(ZL 202111348237.5)及 “雙吲哚吡咯類化合物的應用”(ZL 202110493094.0)成功向河北中保綠農作物科技有限公司進行了實施許可。
      鱗翅目害蟲做為農牧業生產中的常見害蟲,具有寄主范圍廣、繁殖快、危害重、抗藥性強及長距離遷飛能力等特性,每年對農牧業造成巨大經濟損失。加強鱗翅目害蟲的防治,不僅可以提高農牧作物的產量和質量,還能起到保護作物健康生長,助力國家“碳中和”目標實現的效果。       
      根據研究顯示,深海放線菌(Streptomyces sp. SCSIO 11791)的發酵制劑對鱗翅目害蟲小菜蛾等具有良好殺滅效果,可用于該類害蟲引起的農作物的病蟲害防治;該菌所產雙吲哚吡咯類活性化合物對鱗翅目害蟲的幾丁質酶OfChi-h的抑制效果顯著。進一步對鱗翅目害蟲的抗蟲效果顯示其對農業害蟲粘蟲、亞洲玉米螟和草地貪夜蛾有很好的防治活性,當活性化合物濃度為2.5 mM時,粘蟲、亞洲玉米螟和草地貪夜蛾生長速度減慢,體型瘦??;在濃度為10 mM時,可以使粘蟲、亞洲玉米螟和草地貪夜蛾4-8天全部死亡;而將該活性化合物以不同形式最大濃度喂養鱗翅目害蟲的天敵赤眼蜂(益蟲)時,對其都沒有毒性(如下圖1)。顯示出該類活性化合物在防治鱗翅目害蟲方面的專一性以及良好的綠色環保應用前景(J. Agric. Food. Chem. 2021, 69(47),14086-14091.)。 
      圖1. 活性次級代謝產物lynamycin B對粘蟲、玉米螟和草地夜貪蛾的防治效果
      A:不同濃度下lynamycin B的致死率;B:通過不同方式喂養10 mM的lynamycin B后,益蟲赤眼蜂的生存率;C:喂養不同濃度的lynamycin B后,對相應鱗翅目害蟲的防治效果。
      該技術市場化應用,是我所海洋藥物“研用”結合的首次重要實踐。海洋微生物不僅是重要的藥物資源,也是新型微生物制劑的源泉。海洋微生物活性物質在農牧業抗蟲、護綠中的成功應用,將不僅提高農牧業產品的產量和質量,還將提升農牧業“碳匯”系統的能力,為國家“碳中和”目標的早日實現貢獻力量。       
      專利ZL 202111348237.5第一完成單位為中國科學院南海海洋研究所,本所中國科學院熱帶海洋生物資源與生態重點實驗室(LMB)、廣東省海洋藥物重點實驗室副研究員宋永相為第一完成人,研究員鞠建華、研究員李潔為共同完成人。副研究員宋永相為該專利關鍵性論文(Lynamicin B is a Potential Pesticide by Acting as a Lepidoptera-Exclusive Chitinase Inhibitor, J. Agric. Food. Chem. 2021, 69(47), 14086-14091)的共同通訊作者。       
      該項科研成果得到了廣東省本土創新創業團隊項目、南方海洋科學與工程廣東省實驗室(廣州)人才團隊引進重大專項、國家基金面上項目、海南省重大科技計劃項目等的支持。       
      論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.1c05385       
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    2024-01-29
  • 紅樹林真菌來源抗骨質疏松藥物先導物發現和機制研究獲新進展

      近日,中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態重點實驗室(LMB)劉永宏團隊在海洋來源抗骨質疏松藥物先導物的發現領域取得重要進展。團隊從紅樹林根和根際土壤來源的兩株青霉真菌中分別篩選發現了可作為抗骨質疏松藥物先導化合物的坦桑瓦酸和雌誘素類衍生物并闡明作用機制,成果分別發表在《藥物化學雜志》(Journal of Medicinal Chemistry)和《歐洲藥物化學雜志》(European Journal of Medicinal Chemistry)上。
      骨質疏松癥是一種全身性代謝性骨病,由于骨吸收超過骨形成而導致骨量減少和髓腔擴張,表現為骨脆性增加和骨折風險提高。隨著人口老齡化速度的加快,骨質疏松癥已成為中國乃至全球的重大公共衛生問題。目前,地諾單抗和唑來膦酸是骨質疏松癥治療的代表性藥物,能有效抑制破骨細胞分化,但都伴隨著嚴重的副作用。因此,尋找新型抗骨質疏松藥物先導物至關重要。紅樹林處于具有高鹽、低氧、強紫外輻射和頻繁的潮汐特點的海陸潮間帶。在特殊的生態環境下,紅樹林共附生和底泥來源微生物可產生化學結構新穎和具有獨特生物活性的代謝產物,是藥物先導化合物的重要來源。
      團隊運用HPLC-DAD和GNPS分子網絡技術,從湛江沿海紅樹林的根部來源內生真菌Penicillium steckii SCSIO 41025中定向分離鑒定坦桑瓦酸(Tanzawaic acid)衍生物40個,含22個新化合物。其中新化合物penicisteck acid F顯著抑制NF-κB熒光素酶活性和破骨細胞的生成。機制研究表明,penicisteck acid F降低了RANKL誘導的IκBα降解、NF-κB p65核轉位、NFATc1的激活和核轉位以及相關mRNA的表達。通過細胞熱轉移實驗、表面等離子共振以及基因敲除實驗證明,NF-κB p65是penicisteck acid F抗骨質疏松的潛在作用靶標。動物實驗證明penicisteck acid F可顯著減輕去卵巢小鼠的骨質疏松癥。藥代動力學實驗表明坦桑瓦酸類藥物先導化合物具有較好的成藥性。成果以“Identifying marine-derived tanzawaic acid derivatives as novel inhibitors against osteoclastogenesis and osteoporosis via down-regulation of NF-κB and NFATc1 activation”為題發表在Journal of Medicinal Chemistry上,博士后陳春梅為論文第一作者,研究員劉永宏、研究員周雪峰和廣西師范大學副教授譚艷輝為共同通訊作者。
      團隊從紅樹林根際土壤來源青霉真菌SCSIO 41410中分離鑒定了13個結構新穎的雌誘素(sirenin)衍生物,其中eupenicisirenin C顯著抑制NF-κB熒光素酶活性和破骨細胞的生成。進一步研究表明,eupenicisirenin C對cGAS-STING信號通路具有抑制作用,對RANKL誘導的破骨細胞分化具有顯著的抑制作用。在潑尼松龍誘導的斑馬魚骨質疏松癥模型中,eupenicisirenin C顯示出顯著的治療潛力,其作用機制與調節細胞外基質受體相互作用相關通路相關。成果以“Discovery of a novel anti-osteoporotic agent from marine fungus-derived structurally diverse sirenins”為題發表在European Journal of Medicinal Chemistry上,博士生蔡健為論文第一作者,研究員周雪峰、山東省科學院生物研究所研究員靳夢和廣西師范大學副教授譚艷輝為共同通訊作者。
      以上研究基于海洋微生物天然產物和藥理學的深度合作,為治療骨質疏松癥等骨骼疾病提供了兩種具有應用前景的海洋來源新穎抗骨質疏松藥物先導化合物。成果申請了相關專利。以上研究工作得到了國家自然科學基金項目、廣東省基礎與應用基礎研究基金、廣東省特支計劃團隊項目和國家資助博士后研究人員計劃等資助。
      圖1 Penicisteck acid F通過降低RANKL誘導的IκBα降解、NF-κB p65核轉位、NFATc1的激活和核轉位以及相關mRNA的表達抑制骨質疏松癥
      圖2 Eupenicisirenin C通過上調細胞外基質中骨鈣化相關基因表達改善斑馬魚骨質疏松
      文章鏈接:https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.3c01748 
      文章鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0223523423010358
      
    2024-02-04
  • 華南植物園創建快速高效植物遺傳轉化方法
    植物遺傳轉化技術是植物基因工程和現代農業分子育種的必要工具。然而,現有的植物遺傳轉化方案復雜且效率較低,制約了多數資源植物或農作物的遺傳改造,已成為植物資源開發和利用的技術障礙。因此,開發高效且多應用的植物遺傳轉化技術已成為植物或農業科研領域的重要研究方向?;谥参镏鲃釉偕芰盁o性繁殖的特點,此方法有望應用于更廣泛的植物物種,實現更多特色資源植物和經濟作物的性狀改良與種質創新,以推動相關領域的基礎研究和應用研究發展,為特色植物的高效遺傳改良和現代農業育種應用提供理論和方法支撐。
       植物遺傳轉化技術是植物基因工程和現代農業分子育種的必要工具。然而,現有的植物遺傳轉化方案復雜且效率較低,制約了多數資源植物或農作物的遺傳改造,已成為植物資源開發和利用的技術障礙。因此,開發高效且多應用的植物遺傳轉化技術已成為植物或農業科研領域的重要研究方向。
      中國科學院華南植物園農業與生物技術研究中心植物發育與品質調控研究組(PI:侯興亮研究員)科研人員,經過多年探索和研究,成功建立了一種以植物主動再生能力為基礎的新型植物遺傳轉化方法(Regenerative Activity-dependent in Planta Injection Delivery,RAPID)。該研究利用強再生能力植物甘薯,進行多種遞送方式測試,發現通過甘薯莖段注射遞送方法能快速獲得陽性器官和轉化個體,同時在農桿菌菌種、侵染濃度、化學活性劑等方法條件上對轉化效率進行優化提升,并完成了多種報告基因和遺傳編輯工具的應用,隨后通過遺傳學和細胞學分析方法確認了植物分生組織高效轉染以及新生轉化器官個體的快速再生,是迅速高效地獲得穩定轉基因植株的根本原因。目前,RAPID方法已成功應用于甘薯、馬鈴薯、厚藤等無性繁殖的經濟作物或資源植物。
      與傳統遺傳轉化方法相比,RAPID方法具有較高的轉化效率(提高20至100倍),操作流程更為簡便(縮短2至3倍),且無需昂貴且復雜的組織培養過程。RAPID方法克服了傳統方法在快速遺傳轉化方面的局限性,打破了各類資源植物開發和利用的瓶頸?;谥参镏鲃釉偕芰盁o性繁殖的特點,此方法有望應用于更廣泛的植物物種,實現更多特色資源植物和經濟作物的性狀改良與種質創新,以推動相關領域的基礎研究和應用研究發展,為特色植物的高效遺傳改良和現代農業育種應用提供理論和方法支撐。
      相關研究結果以Resource article形式近期在線發表于國際學術期刊Plant Communications(《植物通訊》)(IF5year = 10.5)上,相關技術方法已獲得國家發明專利授權(ZL 202110705309.0)。華南植物園梅果果碩士和陳澳碩士為論文共同第一作者,侯興亮研究員和劉旭副研究員為論文共同通訊作者。該研究得到了廣東省重點領域研發計劃、廣州市科技計劃、國家自然科學基金廣東省聯合基金等項目的支持。論文連接:https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.100822
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    2024-02-05
  • 《東莞林下經濟植物圖鑒》出版發行
    2月1日獲悉,中國科學院華南植物園、東莞市林業局與東莞市林業科學研究所等單位合作出版的《東莞林下經濟植物圖鑒》由華中科技大學出版社出版發行作為2024年“綠美東莞、品質林業”系列叢書的首發專著。該書的出版獲得東莞市財政項目“東莞市林下經濟種質資源收集與示范” ( 2021-2023 )的資助。經過近3年的野外調查,并通過與林下經濟相關的企事業單位和林農的走訪,編寫組詳細了解東莞市林下經濟產業發展信息,結合植物標本和資料信息,整理出東莞市林下經濟植物名錄共計148科451屬735種,包括蕨類植物24科32屬46種,裸子植物1科1屬2種,被子植物124科419屬687種。
       2月1日獲悉,中國科學院華南植物園、東莞市林業局與東莞市林業科學研究所等單位合作出版的《東莞林下經濟植物圖鑒》由華中科技大學出版社出版發行作為2024年“綠美東莞、品質林業”系列叢書的首發專著,該書的出版獲得東莞市財政項目“東莞市林下經濟種質資源收集與示范”(2021-2023)的資助。
      東莞市位于廣東省中南部,地處東經113°31'~114°15',北緯22°39~23°09',東西長約70.45 km,南北寬約46.8 km,陸地面積2465 km2。東莞市地形復雜,氣候條件優越,孕育了豐富的植物資源,共有野生維管植物1630種(含種下單位),但許多植物資源尚未得到有效開發利用。全市林地面積67.1532 hm2,其中有林地62.299.1 hm2,森林覆蓋率達36.2%,林下經濟發展空間大。
      林下經濟是以林地資源、林下空間和森林生態環境為依托,以林下種植、養殖、采集、初級加工、森林景觀利用為主要形式,開發利用林地資源和林蔭空間的復合生產經營活動。林下經濟是在中國林業發展戰略實現根本轉變和集體林權制度改革取得重大進展的特定歷史條件下出現的新生事物,是順應新時期中國林業經濟社會發展規律的必然產物。發展林下經濟已經成為增加林地產出、提高林業效益、解決“三農”問題和助力鄉村振興的重要渠道。2012年國務院辦公廳下發《關于加快林下經濟發展的意見》,明確指出“在保護生態環境的前提下,以市場為導向,科學合理利用森林資源”。
      為合理利用林下空間,發掘適合東莞市林地種植的經濟植物,中國科學院華南植物園物種多樣性保育與利用研究團隊和東莞市林業科學研究所,聯合對東莞市內的林下植物資源進行系統調查。經過近3年的野外調查,并通過與林下經濟相關的企事業單位和林農的走訪,編寫組詳細了解東莞市林下經濟產業發展信息,結合植物標本和資料信息,整理出東莞市林下經濟植物名錄共計148科451屬735種,包括蕨類植物24科32屬46種,裸子植物1科1屬2種,被子植物124科419屬687種,雙子葉植物105科344屬563種,單子葉植物19科75屬124種。在對東莞市林下經濟植物資源名錄進一步評價的基礎上,篩選出305種有市場開發前景的種類編撰成書,圖文并茂地介紹其種類、科屬、分布、性狀、應用價值、保護等級等信息,旨在為后續林下經濟植物的保護和開發提供科學數據支撐。
      《東莞林下經濟植物圖鑒》一書內容豐富,通俗易懂。本書的出版可為林業技術、植物資源調查、保護和管理、科普教育等從業人員提供本區域植物物種多樣性的基礎信息,也為粵港澳大灣區林下經濟植物資源開發利用、綠美廣東生態和經濟建設提供參考。
      《東莞林下經濟植物圖鑒》封面
      
    2024-02-01
  • 華南植物園對土壤磷含量和光照強度對珊瑚島飛機草競爭力的影響機制研究獲進展
    外來植物入侵對全球性的社會經濟和環境造成嚴重破壞,飛機草是全球最普遍的入侵植物之一。相比于陸地生態系統,外來植物入侵海島生態系統將造成更嚴重的后果。近年來,飛機草入侵西沙群島植被及生態系統,已成為對西沙群島原生植被危害最大的入侵植物之一,并隨著西沙群島的鳥糞輸入的減少進一步擴散。然而,熱帶珊瑚島上光照和土壤磷濃度對飛機草與本地鄉土植物競爭能力的影響尚不清晰。該研究以飛機草和西沙群島本地優勢物種草海桐和抗風桐為研究對象,設置不同光照(低光照和全光照)和土壤有效磷含量(低磷、中磷和高磷)的控制實驗。圖.土壤有效磷含量和光照強度對飛機草、草海桐和抗風桐相對生長速率的影響。
       外來植物入侵對全球性的社會經濟和環境造成嚴重破壞,飛機草是全球最普遍的入侵植物之一。相比于陸地生態系統,外來植物入侵海島生態系統將造成更嚴重的后果。近年來,飛機草入侵西沙群島植被及生態系統,已成為對西沙群島原生植被危害最大的入侵植物之一,并隨著西沙群島的鳥糞輸入的減少進一步擴散。然而,熱帶珊瑚島上光照和土壤磷濃度對飛機草與本地鄉土植物競爭能力的影響尚不清晰。
      該研究以飛機草和西沙群島本地優勢物種草海桐和抗風桐為研究對象,設置不同光照(低光照和全光照)和土壤有效磷含量(低磷、中磷和高磷)的控制實驗。研究發現,低光照能夠顯著抑制這三種植物的生長。在全光照條件下,飛機草的生長表現為中磷高于低磷和高磷,表明一定范圍內,磷促進飛機草生長,但超過一個閾值就會抑制它生長;而草海桐的生長與磷含量呈正相關。土壤磷含量對飛機草競爭能力的影響受到光照和物種的調控,且高磷顯著降低了飛機草對抗風桐的競爭優勢。低光高磷能夠顯著降低飛機草與本地植物的競爭能力??蒲腥藛T提出通過保護原生植被以減少林下光照及增加海鳥和鳥糞輸入的磷肥,防控飛機草的思路,為熱帶珊瑚島植物入侵提供了新的防控策略。
      相關研究成果已近期發表在國際傳統學術期刊Biological Invasions (《生物入侵》)。中國科學院華南植物園植被與景觀生態學研究組博士研究生黃露平和碩士畢業生廖蒙承為共同第一作者,簡曙光研究員為通訊作者。該研究得到國家重點研發項目和廣東省科學技術項目的資助。論文鏈接:https://link.springer.com/article/10.1007/s10530-023-03186-1
      圖. 土壤有效磷含量和光照強度對飛機草、草海桐和抗風桐相對生長速率的影響
      
    2024-02-01
  • 太平洋熱帶不穩定波(TIWs)的歷史長期變化趨勢獲揭示
        近日, 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) 海洋動力熱力過程 課題組 杜巖團隊,在赤道太平洋海洋動力長期變化研究方面取得新進展, 相關成果以 “ Intensification of Pacific tropical instability waves over the recent three decades ” 為題 , 發表在Nature Climate Change 。LTO 助理 研究員 王閔楊 為第一作者 , LTO 研究員 杜巖 和 美國斯克里普斯海洋研究所教授 Shang -Ping Xie 同 為 通訊作者 ,日本海洋地球科學技術機構(JAMSTEC) 教授 Hideharu Sasaki 和 教授 Masami Nonaka 為共同作者。
      熱帶不穩定波(Tropical Instability Waves, TIWs)是熱帶太平洋最顯著的中尺度動力過程之一,由赤道流系的剪切不穩定產生,表現為赤道東太平洋海表流場和海表溫度的月周期、1000km級擾動(圖1a)。TIWs海流擾動將赤道區域上涌的冷海水與赤道外暖海水經向攪拌混合,影響赤道區域營養鹽分布和熱量收支平衡,進而影響海洋生態環境和氣候長期變化。自20世紀90年代以來,熱帶太平洋經歷了類似拉尼娜現象的平均狀態變化,影響太平洋沿岸乃至全球的氣候和天氣變化(如臺風和ENSO等)。然而,由于赤道海流缺乏觀測,以及衛星高度計數據難以計算赤道海流,TIWs等赤道動力過程的長期演變規律仍不清楚,這限制了我們對熱帶太平洋氣候長期變化的理解與預估。  
      為解決衛星高度計診斷赤道海表流場的難題,研究團隊自主提出了衛星高度計診斷非平衡態海表流場的動力方程,考慮了加速度項與壓強梯度力平衡,而不是傳統的地轉平衡。利用該方程,我們首次診斷出TIWs近30年的海表流場數據,結果與錨定浮標觀測十分接近?;谠摂祿?,我們發現TIWs在此期間持續增強,其海流渦動能(eddy kinetic energy, EKE)每十年增長12%(圖1b粗紅線)。同時利用其他3套獨立數據進行了對比驗證:衛星觀測海表溫度(1982-2021,品紅線)、熱帶海洋錨定浮標觀測的海流數據(1980s-2020,黑線)以及1/10°渦分辨率全球大洋環流模式數據(OFES2,1958-2021,藍線),結論與衛星高度計診斷結果一致。  
       
      圖1.太平洋熱帶不穩定波(TIWs)現象及其強度長期變化序列。a.日平均衛星海表溫度;b. TIWs強度多年代際序列(紅色:衛星高度計EKE;黑色:錨定浮標單點觀測EKE;品紅:衛星海表溫度經向梯度的方差;藍色:OFES2模擬EKE,灰色陰影是模式集合)。細線:年平均,粗線:9年滑動平均,已去除1993-2021年氣候態平均。  
      大尺度海洋環流和海溫風場的趨勢分析表明,TIWs增強的動力機制是源于熱帶東太平洋氣候近30年赤道南北不對稱變化。赤道以北增暖更快(圖2a),伴隨跨赤道南風增強、赤道海流加速(圖2c),使海流剪切加強、TIWs增強。伴隨TIWs增強,我們發現TIWs的經向攪拌效應加強,使冷舌區的非線性加熱效應每十年增加23%,在海洋長期熱收支平衡中不可忽視,是近期熱帶東太平洋氣候態變冷的負反饋項。說明TIWs在響應氣候變化的同時,反饋影響著熱帶太平洋的海溫變化。目前大部分氣候模式由于分辨率較粗(1°×1°)無法分辨TIWs過程,因此無法反映TIWs對冷舌的非線性加熱效應,可能造成一定的模擬偏差(比如赤道冷舌區的冷偏差),未來氣候模擬和預估需要考慮TIWs這一反饋作用(比如通過參數化或者提高模式分辨率)。  
       
      圖2. 近30年熱帶太平洋海溫、風場和海表環流的變化趨勢。a. 海表溫度和海面風場趨勢;b. 東太跨赤道海溫不對稱變化(海表溫度北側減南側);c. 海表高度和海表流場趨勢;d. 南赤道流(SEC,0°-4°N平均)流速長期變化。b/d為9年滑動平均,已去除1993-2021年氣候態平均。  
      該研究揭示了太平洋TIWs對歷史氣候變化的顯著響應,表明TIWs深度參與并反饋影響氣候變化,這一結果為研究海洋多尺度動力過程響應和影響氣候變化提供參考。  
      該研究獲得國家自然科學基金(42090042,42106024)、中科院國際合作項目(133244KYSB20190031,183311KYSB20200015)、LTO自主研究項目(LTOZZ2203)及南海所自主部署項目(SCSIO202201)等項目的聯合資助。  
      相關論文信息:Wang, M., Xie, SP., Sasaki, H. et al. Intensification of Pacific tropical instability waves over the recent three decades. Nat. Clim. Chang. (2024). 
      論文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41558-023-01915-x  
      
    2024-02-01
  • 廣州健康院在固有手性化合物不對稱合成與應用取得新進展
    近日,中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院朱強/羅爽課題組通過鈀催化的七元環腙衍生物與溴(氯)化芐進行反應,對映選擇性地合成了多種固有手性的三苯并輪烯衍生物。相關研究成果以“Inherently Chiral 9-Benzylidene-9H-tribenzo[a,c,e][7]annulene: Enantioselective Synthesis and Application as a Ligand Platform”為題發表在Chem Catalysis上。
      近日,中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院朱強/羅爽課題組通過鈀催化的七元環腙衍生物與溴(氯)化芐進行反應,對映選擇性地合成了多種固有手性的三苯并輪烯衍生物。相關研究成果以“Inherently Chiral 9-Benzylidene-9H-tribenzo[a,c,e][7]annulene: Enantioselective Synthesis and Application as a Ligand Platform”為題發表在Chem Catalysis上。
      手性是很大比例分子的基本幾何特性,手性分子廣泛應用于藥物、農藥和功能材料。造成分子具有手性的因素通常包括手性中心、手性軸和手性平面等分子局部的結構特征,也有像螺旋結構這樣的分子整體結構特征。德國化學家B?hmer在深入研究杯[4]芳烴的手性現象后,于1994年提出了固有手性的概念(J. Inclusion Phenom. Mol. Recognit. Chem. 1994, 19, 17-39)?!肮逃惺中浴庇糜诿枋龀鲜龀R娛中砸蛩匾酝獾牧硪环N分子整體的結構特征,即具有一定剛性的曲面分子。除了杯[4]芳香烴之外,固有手性還存在于一些直觀上無手性的中等大小的環狀結構中。例如,四鄰亞苯是一個由四個鄰位連接的苯環組成的八元多芳烴,具有獨特的鞍狀構象,其異構體之間具有極高的轉化能壘(ΔG約80千卡/摩爾)(圖1)。
      在過去的幾十年里,人們對中心手性、軸向手性、平面手性和螺旋手性的研究非常深入,取得了許多優異的成果。但是,人們對固有手性分子的手性特征,不對稱合成研究,以及它們在生物活性及光學材料等方面的應用卻遠遠落后。這是因為固有手性中環分子的非平面但穩定的構象通常被忽略,它們被常常視為非手性的平面分子;或者即使認為它們具有非平面的構象,也認為這些構象是動態的,不穩定的。朱強/羅爽團隊在成功實現兩類氮雜八元環固有手性化合物的不對稱合成以后,再次實現了對更具挑戰性的全碳七元環,即固有手性三苯并輪烯衍生物的不對稱合成。在這項研究中,研究人員通過鈀催化的七元環腙衍生物為卡賓前體與芐基溴進行反應,在溫和的條件下,高產率、優異對映選擇性地合成了多種固有手性的三苯并輪烯衍生物。密度泛函理論計算揭示了在這一過程中決定立體化學的步驟是通過卡賓遷移插入和β-氫消除形成外環雙鍵,通過不對稱的β-氫消除來控制產物的手性。這種只通過β-氫消除而產生手性的例子非常罕見(圖2)。同時,研究人員發現從其中一個固有手性產物衍生出的手性膦配體1在不對稱的Tsuji-Trost反應和1,4-加成反應中表現出卓越的催化性能,表明固有手性的三苯并輪烯衍生物是設計新手性配體和催化劑的優秀骨架(圖3)。再次證明了長期被忽視的固有手性可以在不對稱合成乃至更多的領域大有可為。
      綜上,朱強/羅爽課題組實現了對三苯并輪烯衍生物的首次催化和高度對映選擇性合成。在溫和條件下,以良好的產率和優異的對映選擇性獲得了多種固有手性的三苯并輪烯衍生物。從這一剛性和固有手性的結構衍生出的手性膦配體1被證明是一類優秀的手性配體。密度泛函理論(DFT)計算確認了反應機制,同時也闡明了觀察到的對映選擇性的起源。
      該論文的第一作者是2021級博士研究生王希龍,通訊作者是朱強研究員和羅宇博士。羅爽研究員為該論文的DFT計算部分提供了支持,2019級碩士王潮琴對該課題做了初始探索。該研究得到了國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、廣西自然科學基金等項目的支持。
      論文鏈接
      圖1. 不對稱合成八元、七元環固有手性骨架進展
      圖2. 鈀催化不對稱合成三苯并輪烯衍生物
      圖3.三苯并輪烯衍生物作為手性配體的應用
      
    2024-02-01
  • 南海海洋所海洋微生物活性物質在農牧業抗蟲方面應用取得新進展

      近期,中國科學院南海海洋研究所攜手南方海洋科學與工程廣東省實驗室(廣州)與中國農業科學研究院深圳基因組研究所、大連理工大學合作開發的專利技術“深海放線菌11791在制備防治農牧業鱗翅目害蟲藥物中的應用”(ZL 202111348237.5)及 “雙吲哚吡咯類化合物的應用”(ZL 202110493094.0)成功向河北中保綠農作物科技有限公司進行了實施許可。
      鱗翅目害蟲做為農牧業生產中的常見害蟲,具有寄主范圍廣、繁殖快、危害重、抗藥性強及長距離遷飛能力等特性,每年對農牧業造成巨大經濟損失。加強鱗翅目害蟲的防治,不僅可以提高農牧作物的產量和質量,還能起到保護作物健康生長,助力國家“碳中和”目標實現的效果。  
      根據研究顯示,深海放線菌(Streptomyces sp. SCSIO 11791)的發酵制劑對鱗翅目害蟲小菜蛾等具有良好殺滅效果,可用于該類害蟲引起的農作物的病蟲害防治;該菌所產雙吲哚吡咯類活性化合物對鱗翅目害蟲的幾丁質酶OfChi-h的抑制效果顯著。進一步對鱗翅目害蟲的抗蟲效果顯示其對農業害蟲粘蟲、亞洲玉米螟和草地貪夜蛾有很好的防治活性,當活性化合物濃度為2.5 mM時,粘蟲、亞洲玉米螟和草地貪夜蛾生長速度減慢,體型瘦??;在濃度為10 mM時,可以使粘蟲、亞洲玉米螟和草地貪夜蛾4-8天全部死亡;而將該活性化合物以不同形式最大濃度喂養鱗翅目害蟲的天敵赤眼蜂(益蟲)時,對其都沒有毒性(如下圖1)。顯示出該類活性化合物在防治鱗翅目害蟲方面的專一性以及良好的綠色環保應用前景(J. Agric. Food. Chem. 2021, 69(47),14086-14091.)。 
      圖1. 活性次級代謝產物lynamycin B對粘蟲、玉米螟和草地夜貪蛾的防治效果
      A:不同濃度下lynamycin B的致死率;B:通過不同方式喂養10 mM的lynamycin B后,益蟲赤眼蜂的生存率;C:喂養不同濃度的lynamycin B后,對相應鱗翅目害蟲的防治效果。
      該技術市場化應用,是我所海洋藥物“研用”結合的首次重要實踐。海洋微生物不僅是重要的藥物資源,也是新型微生物制劑的源泉。海洋微生物活性物質在農牧業抗蟲、護綠中的成功應用,將不僅提高農牧業產品的產量和質量,還將提升農牧業“碳匯”系統的能力,為國家“碳中和”目標的早日實現貢獻力量。  
      專利ZL 202111348237.5第一完成單位為中國科學院南海海洋研究所,本所中國科學院熱帶海洋生物資源與生態重點實驗室(LMB)、廣東省海洋藥物重點實驗室副研究員宋永相為第一完成人,研究員鞠建華、研究員李潔為共同完成人。副研究員宋永相為該專利關鍵性論文(Lynamicin B is a Potential Pesticide by Acting as a Lepidoptera-Exclusive Chitinase Inhibitor, J. Agric. Food. Chem. 2021, 69(47), 14086-14091)的共同通訊作者。  
      該項科研成果得到了廣東省本土創新創業團隊項目、南方海洋科學與工程廣東省實驗室(廣州)人才團隊引進重大專項、國家基金面上項目、海南省重大科技計劃項目等的支持。  
      論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.1c05385  
      
    2024-01-29
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