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理解生態系統服務（ESs）的協同和權衡效應閾值以及在不同氣候區異質性對于區域生態系統管理至關重要。該研究選擇了從半干旱到干旱氣候過渡帶的內蒙古為研究對象，定量評估了該區域食物和牧草供應、碳固定、生物多樣性、土壤保持、防風固沙、水源涵養、產水量、空氣凈化和娛樂休閑等關鍵生態系統服務，并對兩個氣候區域的生態系統服務權衡協同關系以及影響因素的閾值效應進行了研究。中國科學院華南植物園生態與環境科學研究中心劉紅曉副研究員等研究發現，沙漠草原的ESs分布呈現顯著的氣候差異，半干旱區的總ESs高于干旱區。然而，半干旱區ESs之間的權衡更加嚴重，且由于人為干擾，決定因素更加復雜和敏感。干旱區受自然因素影響，如荒地比例、氣溫、降水量和植被指數，而半干旱區則受景觀格局指數、人口密度和GDP的影響。主要影響因素存在明顯閾值，超過閾值后負面效應加強。干旱區，荒地比例閾值為69%、降水量138mm和NDVI為0.48。在半干旱區，荒地比例閾值為43%，NDVI為0.38，最大斑塊指數為87.4%。該研究為溫帶沙漠草原生態恢復與分區管控提供了支持。相關研究成果已近期發表在國際學術期刊Ecological Indicators（《生態指標》）上。華南植物園劉紅曉副研究員為論文通訊作者。文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1470160X25000287

2025-01-26

亞熱帶生態所科研人員發現穩定的土壤生物網絡促進了土壤生態多功能性

農業干擾作為最常見和最嚴重的全球擾動和全球變化的驅動因子之一，對生物多樣性和生態系統過程產生深遠影響。農田是糧食的主要來源，世界上巨大的人口壓力使人類不得不通過頻繁地耕作、施肥和使用農藥等集約化做法來增加糧食產量。這些農業做法導致土壤健康顯著下降、土壤有機碳和養分流失以及土壤結構變化。然而，對于農業干擾如何影響土壤生物網絡復雜性和穩定性以及土壤多功能性之間的關系人們知之甚少。農業干擾作為最常見和最嚴重的全球擾動和全球變化的驅動因子之一，對生物多樣性和生態系統過程產生深遠影響。農田是糧食的主要來源，世界上巨大的人口壓力使人類不得不通過頻繁地耕作、施肥和使用農藥等集約化做法來增加糧食產量。這些農業做法導致土壤健康顯著下降、土壤有機碳和養分流失以及土壤結構變化。然而，對于農業干擾如何影響土壤生物網絡復雜性和穩定性以及土壤多功能性之間的關系人們知之甚少。基于此，中國科學院亞熱帶農業生態研究所王克林研究員團隊趙杰研究員在桂西北地區開展了區域尺度采樣，研究團隊在該地區的兩種主要的土壤（石灰土和紅壤）上選取四種典型的農用地，按農業干擾梯度由低到高順序依次為牧草、甘蔗地、水稻田和玉米地。研究旨在揭示農業干擾如何影響土壤生物網絡的復雜性和穩定性以及闡明這些影響如何與土壤多功能性相關。研究發現，農業干擾強度的增加提高了物種之間的競爭，因此增加了土壤生物網絡的復雜性，但卻減少了土壤生物網絡穩定性。土壤微動物（線蟲、原生動物和節肢動物）可以通過自上而下的控制作用穩定整個土壤生物群落。進一步的分析發現，是土壤生物網絡穩定性而不是土壤生物網絡復雜性或土壤生物多樣性能預測土壤多功能性的動態。具體而言，一個穩定的土壤生物群，包括細菌、真菌、古菌、線蟲、原生動物、節肢動物、病毒和藻類，支持高的土壤多功能性。特別是，土壤微動物群穩定性比其他的生物群對土壤多功能性有更大的貢獻。總的來說，研究結果強調在全球農業集約化不斷增加的背景下，土壤生物網絡穩定性應該被考慮為提高農業可持續發展和作物產量的關鍵因素。上述研究成果以Stable soil biota network enhances soil multifunctionality in agroecosystems為題發表在領域國際知名期刊Global Change Biology上，研究得到該研究得到了國家自然科學基金（2022YFD1901000，U21A20189）等項目的共同資助。論文鏈接土壤生物網絡復雜性和穩定性的生物和非生物驅動因素?土壤多功能性和土壤生物群落穩定性的關系

2025-01-25

連發兩項重要成果！深圳先進院科研團隊為減毒活疫苗開發提供新策略

北京時間1月15日18時，中國科學院深圳先進技術研究院（簡稱“深圳先進院”）合成生物學研究所研究員司龍龍團隊在國際權威學術期刊《自然—微生物學》和《自然—化學生物學》上同期發表兩項重要研究成果。流感，是一種由傳播快、易變異的流感病毒引起的常見呼吸道傳染病。據世界衛生組織數據顯示，每年全球大約有10億例季節性流感病例。接種疫苗是防控流感最經濟有效的手段之一，“下一代疫苗的開發”在2021年被《科學》雜志列為125個前沿科學問題之一。北京時間1月15日18時，中國科學院深圳先進技術研究院（簡稱“深圳先進院”）合成生物學研究所研究員司龍龍團隊在國際權威學術期刊《自然—微生物學》和《自然—化學生物學》上同期發表兩項重要研究成果。團隊合影研究團隊聚焦減毒活疫苗研發的關鍵共性難題，基于該團隊前期建立的第一代蛋白降解靶向的減毒疫苗技術（簡稱“PROTAR疫苗技術”），從介導病毒蛋白降解的E3泛素連接酶的多樣性、病毒蛋白和氨基酸位點的多樣性兩個方面，對PROTAR疫苗技術進行優化迭代，分別建立PROTAR流感疫苗庫和第二代PROTAR疫苗技術，為更加安全、有效的減毒活疫苗開發提供了新思路。深圳先進院為兩篇文章的第一單位和通訊單位。文章上線截圖中國科學院院士高福評價道，該工作極大豐富了PROTAR流感減毒活疫苗的多樣性，支撐PROTAR活疫苗系統評價與優化，拓展了人們對PROTAR減毒活疫苗的認知，該團隊在PROTAR減毒活疫苗研究方向上的連續性工作為包括流感在內的多種流行性病毒的減毒活疫苗設計提供了新思路、新方法。建立PROTAR流感疫苗庫，拓展疫苗多樣性傳統疫苗存在諸多局限，一方面，部分傳統疫苗免疫效果欠佳，難以應對病毒頻繁變異；另一方面，一些疫苗安全性令人擔憂，可能引發嚴重不良反應。此外，部分疫苗研制技術復雜、通用性差，研發周期長且高度依賴研究人員經驗，也極大限制了疫苗的快速生產與廣泛應用。2022年，司龍龍團隊提出了PROTAR減毒活疫苗技術，相關成果發表于《自然—生物技術》。為進一步提升疫苗效用及安全性，在此次《自然—微生物學》新發表的研究中，司龍龍團隊基于前期研究，建立了PROTAR疫苗庫，拓展了PROTAR疫苗多樣性。病毒組裝自身結構和行使生物學功能，很大程度上依賴病毒蛋白。據通訊作者司龍龍研究員介紹，團隊設計出獨特的“生命開關”元件——PTD，得以調控病毒蛋白的穩定或降解。“PROTAR疫苗技術的設計原理是利用細胞中的蛋白質降解機器——‘泛素-蛋白酶體系統’，將‘生命開關’元件PTD引入至病毒蛋白兩端，使得病毒在進入正常細胞后，病毒蛋白被系統識別并降解，導致病毒復制能力減弱，實現病毒‘減毒’，從而將病毒變成潛在疫苗。”司龍龍說道。另一方面，為實現疫苗的高效制備，團隊還創新性地設計出了系統功能缺陷的工程細胞。通過選擇性移除“生命開關”元件PTD，病毒蛋白得以保留并穩定存在，使得PROTAR疫苗可以在疫苗制備細胞中高效復制，滿足大量制備的需求。在PROTAR疫苗設計中，病毒蛋白的特異性降解由PTD，以及其對應的E3泛素連接酶決定。目前，在真核細胞中已經鑒定出超過600種E3泛素連接酶，為PROTAR疫苗的多樣性設計提供了生物學基礎。司龍龍團隊以流感病毒為研究模型，利用E3泛素連接酶的多樣性，設計并成功構建了22類PROTAR疫苗株，拓展了PROTAR疫苗的種類，并展示出PROTAR疫苗的多樣性。此外，團隊對PROTAR疫苗的安全性、免疫原性、免疫保護效果進行了系統性的驗證及評價，為開發更優的、具有臨床轉化潛力的PROTAR疫苗候選株奠定基礎，有望促進PROTAR疫苗技術的推廣應用和臨床轉化。PROTAR疫苗2.0，提升疫苗技術靈活通用性團隊開發的第一代PROTAR疫苗技術雖然顯示出良好的潛力，但該技術僅允許“生命開關”元件PTD裝載在病毒蛋白兩端（N端和C端），可能會限制技術在不同病毒中的廣泛應用。司龍龍團隊在《自然—化學生物學》新發表的研究中，將該技術進一步升級，開發了PROTAR疫苗2.0，可支持PTD元件裝載在病毒蛋白的任意合適的位點，包括病毒蛋白兩端和內部位點，有效地彌補了第一代PROTAR疫苗技術的缺陷。這一技術的改進，不僅為PTD元件在病毒蛋白中的裝載提供了大量位點選擇空間，提高了技術靈活性和通用性，還能實現多個PTD元件在同一病毒顆粒中的同時裝載，從而提升疫苗的安全性。在犬腎細胞（MDCK細胞）、小鼠模型、雪貂模型的驗證實驗中，研究團隊證明了PROTAR疫苗2.0具有良好的安全性、免疫原性、交叉免疫保護效果；并進一步地在多種流感病毒中證明了其通用性，有望推廣至其他病毒疫苗的研制。司龍龍團隊建立的PROTAR流感疫苗庫拓展了疫苗種類，豐富了人類防控病毒性流行性傳染病的“武器庫”。此外，開發的PROTAR疫苗2.0通過提升技術的靈活性和通用性，有望推動流感疫苗安全性及有效性的升級，為防控流感和疫苗研發具有重要的科學和應用價值。該兩項研究成果為流感疫苗研發提供了新思路。中國科學院院士趙國屏評價道，合成生物學作為一門新興的交叉學科，借鑒工程學原理，設計改造天然生物系統，或合成新的生物體系，揭示生命運行規律（造物致知），變革生物體系工程化應用（造物致用），在食品、醫藥、能源、環境、材料、農業等領域發揮著越來越重要的作用。該工作基于合成生物學研發新型疫苗技術，豐富了人們對抗傳染性疾病的武器庫，是合成生物學推動生物醫藥發展的成功范例。

2025-01-22

廣州地化所孫明道，徐義剛等-EPSL：燕山科學鉆探遼西九佛堂組年代學研究最新進展

????近日，中國科學院廣州地球化學研究所孫明道副研究員、徐義剛研究員等學者合作，在遼西九佛堂組年代學方面取得新進展，相關成果以“Terrestrial ecosystem response to Early Cretaceous global environmental change: a calibrated,high-resolution Aptian record from Northeast China”為題，發表在國際知名期刊《Earth and Planetary Science Letters》。????燕山科學鉆探是國家自然科學基金委基礎科學中心項目“克拉通破壞與陸地生物演化”的核心內容之一，其聚焦華北克拉通熱河生物群富集層位，開展全取芯鉆探與沉積學-年代學-地球化學-古生物學研究，旨在重建熱河生物群期間古氣候古環境變化，高分辨率標定全球重大地質事件層位，揭示陸地生物滅絕、進化、遷徙的時間節點和深部過程控制機制。????遼西九佛堂組記錄了熱河生物群晚期，也是熱河生物群面貌最繁盛的時期，普遍發育湖相黑色頁巖。前人對九佛堂組內部凝灰巖夾層開展鋯石年代學研究，指出其時代為Aptian階早期約122-119 Ma，但下部義縣組形成于Barremian階約125-121Ma，上部整合覆蓋的沙海組、阜新組始于Albian階約112-111 Ma。因此，已有的九佛堂組內部年齡與上下地層年齡不一致。另一方面，前人指出過九佛堂組記錄了早白堊世大洋缺氧事件、板內火山爆炸式噴發事件、風暴事件等，但這些事件具體在哪個層位、沉積學/地球化學標志是什么仍不清楚。????研究團隊在遼西喀左盆地開展科學鉆探，獲取了1497.5m連續完整的九佛堂組巖芯。通過CA-ID-TIMS鋯石年代學分析，確定下部1464m和中部852m處兩層凝灰巖的時代分別為121.05±0.32 Ma 和117.359±0.031 Ma，根據貝葉斯年齡-深度模型，基于黑色頁巖Ca/Fe比值、δ13Corg等指標建立的天文旋回周期，以及沉積碳同位素偏移特征，指出鉆得九佛堂組的持續時間約為 121.3至111.9 Ma，大洋缺氧事件OAE1a發生在120.2 Ma，持續了約45萬年；區域板內火山最大規模爆炸式噴發事件發生在117.359 Ma；風暴與古水文環境轉換事件發生在約114.3 Ma。九佛堂組底部記錄了OAE1a、頂部記錄了OAE1b事件，兩次事件沉積特征十分相似，而上部又存在區域火山靜默期，沒有合適的定年礦物，是導致之前地層學研究沒有識別出晚Aptian部分九佛堂組的原因。????本次研究證實湖相沉積能夠可靠記錄全球碳循環擾動，幫助理解早白堊世氣候變化，顯著提升深時地球研究的時間分辨率。研究為后續基于磁性地層學、化學地層學、微體古生物學等手段進一步揭示Aptian階全球重大地質事件的陸內響應奠定了良好基礎，對熱河生物群演化研究有著重要的參考意義。????共有來自6家單位的68位科研人員參加了本文研究工作。論文信息：Ming-Dao Sun,Qin Lin,Jahandar Ramezani,Jiang-Si Liu,Zheng-An Lu,Han-Qing Yang,Jiang-Hao Bai,Shi-Xi Cai,Jun-Cai Chen,Xuan-Yu Chen,Hao Cui,Guang-Chao Deng,Hai-Feng Gai,Hai-Tao Gao,Jun Guo,Hao Guo,Lu-Bing Hong,Yong-Sheng Hou,Yuan-Yuan Hua,Long Huang,Kai Kong,Chao-Peng Li,Xu-Ran Liang,Zhe Liu,Liang Liu, Ben Liu, Shang-Li Liu, Xiao-Jun Long, Chang Lu , Gui-Mei Lu, Kai Luo, Si-Yuan Ma, Fei Mo, Qing-Long Ouyang, Xue-Song Shi, Zhao-Yang Sun, Yi-Zhuo Sun, He Tang, Feng Tian, Han-Ming Wang, Xing Wang, Xi Wang, Li-Wei Wang, Dan Wang, Yu-Xuan Wei, Wei Wu, Chao Wu, He Xiao, Chuan-Mao Yang, Fan Yang, Bin-Yan Yin, Xiao-Xiao Yu, Wan-Feng Zhang, Zhi-Hua Zhang, Rui-Peng Zhao, Chang-Sheng Zheng, Qin Zhou, Zu-Yang Zou, Ze-Xian Cui, Qiang Ma, Liang Ma, Jian-Xi Zhu, Jian-Fang Hu, Gang-Jian Wei, Yu-Ting Zhong, Jun Shen, Ti Zeng, Yi-Gang Xu，2025，Terrestrial??ecosystem response to Early Cretaceous global environmental change: A??calibrated, high-resolution Aptian record from Northeast China，653，119206，doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119206.論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119206圖1 喀左盆地地質剖面圖與科學鉆探位置圖2 凌源鉆孔巖芯照片?(856m左下-840?m右上）見黑色頁巖夾厚層凝灰巖。凝灰巖具粒序分選，形成于火山單次爆炸式噴發。

2025-01-21

深圳先進院 | 腸道微生物群落建模：探索腸道菌群的潛力（Current Opinion in Biotechnology）

腸道菌群的多樣性深刻影響著人類健康，其失調已被證明與糖尿病、阿爾茨海默癥等多種代謝性疾病密切相關。然而，腸道微生物的復雜性與個體差異性給傳統研究方法帶來了巨大挑戰，使得精準解讀和調控腸道微生物成為科學研究的前沿課題。近年來，基因組規模代謝模型（Genome-scale metabolic model, GEM）作為一種包含基因組、生化和生理數據的數學工具，為預測微生物代謝活性提供了可能性。然而，單一GEM僅能對單一菌株的代謝能力進行表征。為了更全面和系統地研究微生物群落，通過整合多種單一菌株模型和宏基因組數據構建群落水平模型（Community-level GEM, Co-GEM），可以預測不同菌株之間的相互作用及群落整體代謝能力，揭示不同物種在群落中的功能角色以及與宿主疾病之間的潛在機制，并在指導設計合成微生物群落實現精準醫療和個性化飲食等領域展現了廣闊的應用潛力。腸道菌群的多樣性深刻影響著人類健康，其失調已被證明與糖尿病、阿爾茨海默癥等多種代謝性疾病密切相關。然而，腸道微生物的復雜性與個體差異性給傳統研究方法帶來了巨大挑戰，使得精準解讀和調控腸道微生物成為科學研究的前沿課題。近年來，基因組規模代謝模型（Genome-scale metabolic model,GEM）作為一種包含基因組、生化和生理數據的數學工具，為預測微生物代謝活性提供了可能性。然而，單一GEM僅能對單一菌株的代謝能力進行表征。為了更全面和系統地研究微生物群落，通過整合多種單一菌株模型和宏基因組數據構建群落水平模型（Community-level GEM,Co-GEM），可以預測不同菌株之間的相互作用及群落整體代謝能力，揭示不同物種在群落中的功能角色以及與宿主疾病之間的潛在機制，并在指導設計合成微生物群落實現精準醫療和個性化飲食等領域展現了廣闊的應用潛力。近日，中國科學院深圳先進技術研究院陳禹課題組與查爾姆斯理工大學Jens Nielsen教授合作，在Current Opinion in Biotechnology期刊發表綜述文章“Personalized gut microbial community modeling by leveraging genome-scale metabolic models and metagenomics”。陳禹研究員和Jens Nielsen教授為文章的共同通訊作者，研究助理李龍濤為第一作者。該工作獲得了國家重點研發計劃及深圳合成生物學創新研究院的支持。文章首先回顧了近些年GEM相關資源與建模工具（如AGORA2，CarveMe等）及其在腸道微生物研究中的應用，然后介紹了構建個性化人類腸道Co-GEM的兩種主流策略（圖1）：一是通過宏基因組中獲得的微生物分類信息與已有的多個菌株的GEM資源整合構建Co-GEM；二是直接利用宏基因組測序數據構建GEM并結合環境中微生物分類信息來構建Co-GEM。基于宏基因組數據構建個性化腸道微生物Co-GEM的策略最后，文章總結了該領域的挑戰與展望。首要挑戰便是不同數據庫與GEM資源之間的標準化，目前不同GEM和數據庫之間的代謝物、反應等關鍵信息存在多種不同的格式和命名規則。單一模型的性能是群落建模的基礎，基于先驗知識對GEM進行多約束（比如酶動力學參數，蛋白限制等）的整合至關重要。例如，最新的GECKO 3.0工具通過構建酶約束模型顯著提升了模型的預測能力，有望運用于腸道微生物模型構建。此外，新的“泛”模型構建方法，比如MIGRENE和Pan-draft等，使得構建個性化腸道Co-GEM成為了可能；而多組學數據的整合以及機器學習和神經網絡方法也能夠進一步提升模型性能。隨著新方法的不斷涌現并應用在提高Co-GEM的性能上，相信在不久的將來，將能從腸道微生物的角度為人類健康與疾病提供更深入的見解。PI和課題組簡介陳禹，中國科學院深圳先進技術研究院研究員，博士生導師。近五年代表性成果發表于Nature Protocols、PNAS、Molecular Systems Biology等期刊。目前主持國家高層次人才項目、國家重點研發計劃“合成生物學”重點專項和深圳市醫學研究專項資金項目。陳禹課題組從事系統生物學和合成生物學研究，致力于整合“干”“濕”技術定量解析代謝調控機制，提高生物系統理性設計能力。

2025-01-20

國家重點研發計劃課題5“生態服務整體提升與鄉村振興融合模式” 年度總結會議在環江召開

1月13日至14日，由中國科學院亞熱帶農業生態研究所張偉研究員主持的國家重點研發計劃課題5“生態服務整體提升與鄉村振興融合模式”在環江召開年度總結暨實施計劃研討會。課題參與單位代表、骨干成員、臺站支撐工作人員和部分研究生參加會議，并邀請項目組兄弟課題部分代表參與討論。1月13日至14日，由中國科學院亞熱帶農業生態研究所張偉研究員主持的國家重點研發計劃課題5“生態服務整體提升與鄉村振興融合模式”在環江召開年度總結暨實施計劃研討會。課題參與單位代表、骨干成員、臺站支撐工作人員和部分研究生參加會議，并邀請項目組兄弟課題部分代表參與討論。會議由5個專題進行工作進展和年度計劃匯報。亞熱帶生態所張倩博士、中國地質科學院巖溶地質研究所黃芬研究員、湖南師范大學張雪茂博士、亞熱帶生態所肖峻副研究員和廣西南亞熱帶農業科學研究所譚秋瑾研究員分別代表所在專題進行了詳細的匯報。張偉和參會人員進行了熱烈討論，針對專題實施現狀、存在問題和改進方法以及之后重點研發方向提出了明確的建設性建議。張偉作課題工作報告，他對參與人員在課題工作中的付出表示感謝，并通過對標對表考核指標，針對性地指出當前尚待完善的問題，對于相對滯后的指標完成度，提出了清晰的完善思路和時間表，并明確分工、落實責任人。他認為課題應繼續加強資源統籌和產業導向，結合項目組內各課題成果，促進研發技術與生態-生產效益提升相融合，有效強化落地見效的標志性成果凝練，形成生態、生產協同增效的喀斯特生態系統農業示范區。會上，課題組成員前往示范區進行了現場考察。本次會議回顧了中期考核專家提出的問題和建議，查漏補缺、進行自我完善，系統梳理了專題工作進展和協同思路，有助于加強課題組內部的交流協作，提高凝練成果的整體性，有效推動技術研發和示范工作進一步取得成效。會議現場

2025-01-16

南海海洋所?|?PNAS發文揭示細菌復雜鞭毛馬達結構的新組分

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高貝樂研究員團隊聯合耶魯大學醫學院Jun Liu團隊，揭示了細菌復雜鞭毛馬達結構的新組分，豐富了對定子-轉子相互作用復雜性的理解。相關成果以“Tetrameric PilZ protein stabilizes stator ring in complex flagellar motor and is required for motility in Campylobacter jejuni”為題，發表于國際著名綜合性期刊PNAS。中國科學院南海海洋研究所2020級博士生陳園園和耶魯大學醫學院Shoichi Tachiyama為共同第一作者，研究員高貝樂為通訊作者。細菌鞭毛馬達是首個被發現的生物旋轉機器，其驅動力由定子單元MotAB通過消耗離子動力勢提供。MotAB的同源蛋白參與多種重要的細胞生命過程，研究鞭毛馬達有助于加深我們對這類旋轉復合體的理解。在鞭毛馬達“齒輪傳動”模型中，定子作為小型的主動齒輪驅動大型被動齒輪轉子的旋轉。近期多項研究發現，在模式物種E. coli和S. enterica以外的許多物種中存在額外的周質支架蛋白，這些蛋白能穩定并形成更寬的定子環以產生更大的扭矩。然而，迄今尚無報道表明胞質側存在能與定子形成穩定復合物的支架蛋白。研究團隊揭示，位于胞質側的FlgX蛋白構成空腸彎曲桿菌復雜鞭毛馬達結構的新組分，能夠與MotA的胞質部分相互作用并穩定馬達中的定子環。結構分析表明，FlgX屬于四聚體PilZ家族，但與其他作為c-di-GMP受體的PilZ家族蛋白不同，研究顯示FlgX不具備c-di-GMP結合能力，表明其在空腸彎曲桿菌中獨立于c-di-GMP調控發揮功能。此外，胞質側還發現了新的球形密度結構，將兩個FlgX連接在一起，而蛋白組分尚不清晰。FlgX或定子單元的缺失均會導致周質空間中FliL環和籠狀結構的不完整，這表明FlgX-定子復合體的組裝可能早于FliL環和籠狀結構的形成。對彎曲菌門的進化分析顯示，FlgX與該門祖先的F3趨化系統綁定出現，表明FlgX極有可能是從該門的共同祖先中進化而來。FlgX四聚體在鞭毛馬達中的特殊位置增加了我們對定子-轉子相互作用復雜性的理解。其作為鞭毛馬達結構組分，獨立于c-di-GMP的調控發揮功能，也代表了PilZ超家族一種新的功能分化。此外，對復雜馬達結構、功能和進化的深入分析為大分子機器的理性設計提供了重要的理論依據。圖1 FlgX具備四聚體PilZ特征且不能結合c-di-GMP圖2 空腸彎曲桿菌FlgX-MotA復合體的假原子模型本研究得到了南沙群島珊瑚礁生態系統國家野外科學觀測研究站開放基金、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、廣東省科技計劃項目、南方海洋科學與工程引進人才團隊重點專項廣東省實驗室（廣州），以及中國科學院南海生態環境工程創新研究院的資助。相關論文信息：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2412594121

2025-01-17

南海海洋所?|?放線菌的運動秘密：鞭毛退化與非傳統運動方式的新發現

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高貝樂研究員團隊總結分析了放線菌鞭毛的退化性演化及其非鞭毛依賴的多樣化運動方式，并探討了這些現象與生態適應和細胞結構演化間的關聯。相關成果以“Flagellar evolution and flagella-independent motility in Actinobacteria”為題，發表于微生物前沿領域研究的權威期刊Trends in Microbiology。中國科學院南海海洋研究所2020級博士生陳園園和助理研究員朱思琦為共同第一作者，研究員高貝樂為通訊作者。放線菌門（Actinobacteria）是細菌域中物種最豐富的細菌門之一，其成員廣泛分布于地球各個角落。雖然傳統觀點認為大多數放線菌是不具備運動能力的，但近年來的研究揭示了一些關于該細菌門運動機制的新發現，其中包括鞭毛的退化性演化及非鞭毛依賴的運動方式。放線菌門的鞭毛進化分析顯示，盡管該細菌門中僅有13%的物種攜帶鞭毛基因，但這些基因可能源自共同祖先并通過垂直遺傳得以保留。研究表明，生活在水生環境中的單細胞放線菌更傾向具有鞭毛，而生活在土壤的絲狀放線菌或宿主相關環境中的病原菌或共生菌則往往缺乏鞭毛。這種鞭毛的大量獨立丟失現象可能與放線菌向陸生絲狀生長或宿主相關生活方式的轉變有關。放線菌鞭毛的退化性進化在具鞭毛物種的馬達組成上也有所體現。早期具有鞭毛的放線菌物種中存在完整的鞭毛桿成分，而在進化晚期則出現部分丟失，主要缺失鞭毛桿的遠端蛋白FlgFG。能形成游動孢子的放線菌物種例如Actinoplanes spp.具有極高的運動速度但沒有FlgFG，表明退化后的鞭毛依然具備運動功能。當鞭毛完全退化時，一些物種表現出非鞭毛依賴的運動能力。例如，鏈霉菌屬（Streptomyces spp.）可以通過“微生物搭便車”機制依附于其他細菌的鞭毛以實現孢子傳播。此外，鏈霉菌還展現了“探索性生長”的現象，其運動速度遠超菌絲尖端的生長速度，并受到真菌或揮發性有機化合物的觸發。部分分枝桿菌（Mycobacterium spp.）如結核分枝桿菌則被觀察到具有滑行運動能力，但其分子機制仍需進一步研究。鞭毛馬達跨越整個細菌細胞膜，因此膜結構的變化不可避免地會影響馬達的組成、結構和組裝。未來高分辨率冷凍電鏡技術的發展有望揭示放線菌門中鞭毛退化物種的細胞膜結構變化。這些研究將幫助揭示鞭毛及其他細胞表面附屬物的存在或缺失、結構多樣性和功能分化的決定因素。目前，放線菌門的大部分屬尚未深入研究，探索非傳統運動方式和潛在結構將為其多樣性提供新的線索。本研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、廣東省科技計劃項目、南方海洋科學與工程引進人才團隊重點專項廣東省實驗室（廣州），以及中國科學院南海生態環境工程創新研究院的資助。相關論文信息：DOI: 10.1016/j.tim.2024.07.010圖1 放線菌門多樣性圖2 放線菌門的鞭毛退化性演化

2025-01-17

廣州地化所雒愷等-JGR：玄武巖風化過程中的Mg同位素分餾：估算風化通量和CO2消耗的指標

大陸硅酸鹽巖的風化作用是長時間尺度上調節全球碳循環平衡和維持地球宜居性的關鍵機制，其不僅控制著地表的物質循環和元素遷移，也影響著大陸風化輸出通量的變化。盡管大陸風化通量的重要性已被廣泛認可，但含鈣鎂硅酸鹽巖風化輸出的物質通量的準確量化和大氣CO2消耗對氣候變量的反饋仍然未受到有效限制。近年來，非傳統穩定同位素地球化學在大陸風化研究中得到了廣泛應用，為示蹤風化作用機制和地表物質遷移轉化提供了新視角。其中，Mg同位素在示蹤大陸風化作用方面優勢顯著，風化過程中原生礦物溶解、次生礦物形成、黏土礦物的吸附與解吸附過程以及生物作用均會導致Mg同位素分餾，使得Mg同位素在不同相態的物質中具有不同的地球化學行為。然而，硅酸鹽巖風化過程中Mg同位素分餾機制及影響因素仍存在爭議。針對上述科學問題，中國科學院廣州地球化學研究所博士生雒愷，在馬金龍正高級工程師和韋剛健研究員的指導下，聯合華盛頓大學滕方振教授，選取海南島北部的玄武巖風化剖面作為研究對象，開展了礦物學、元素和Mg同位素組成研究。取得了以下主要進展：（1）風化產物的τMg,Ti值為-34.1% ~ -95.7%，δ26Mg值為-0.25‰ ~ 0.43‰，Mg同位素組成在剖面中自下而上呈現出先增加后減小的趨勢，且大部分風化產物的δ26Mg值高于母巖值（圖1）。（2）含鎂原生礦物分解釋放出可遷移的Mg，但該過程對Mg同位素分餾似乎沒有明顯影響。蒙脫石形成和分解過程影響了風化產物中Mg的虧損，這一過程可能影響Mg同位素分餾。高嶺石是風化剖面中Mg同位素分餾的主導因素，不同pH條件下高嶺石結構的變化對26Mg表現出明顯的傾向性（圖2）。（3）基于風化剖面尺度，創新性地提出估算風化通量和CO2消耗的新方法，計算得到玄武巖化學風化過程中的Mg元素通量（MgFlux）為2.45?~ 5.85 mol/cm2/Myr，Mg同位素通量（δ26MgFlux）為-0.44?~ -0.04 ‰/mol/cm2/Myr（圖3）。該研究進一步估算了研究區內玄武巖風化消耗的大氣CO2通量，并將這一結果推廣至全球范圍。結果顯示，全球玄武巖風化消耗的CO2通量為2.3 × 1012?mol/yr（圖4）。我們的研究為大陸硅酸鹽巖化學風化過程中元素與同位素行為及其風化輸出通量的定量化研究提供了技術手段，也明確了玄武巖風化在全球碳循環平衡中的關鍵作用。圖1 玄武巖風化剖面中MgO含量、Mg同位素組成、τMg,Ti值、CIA值、WIP值和pH值隨深度的變化圖2 玄武巖風化剖面中δ26Mg值與（a）τMg,Ti值和（d）pH值之間的關系；高嶺石/蒙脫石與（b）τMg,Ti值和（c）δ26Mg值之間的關系圖3 τMg,Ti值與（a）MgFlux和（b）δ26MgFlux的關系，CIA值與（c）MgFlux和（d）δ26MgFlux的關系圖4 （a）玄武巖風化剖面中CIA值與FCO2的關系；（b）華南地區玄武巖風化剖面的FCO2統計圖????相關研究成果近期發表于國際地學期刊《Journal of Geophysical Research: Earth Surface》。該項研究受到國家重點研發計劃和廣東省基礎與應用基礎研究重大項目等項目的聯合資助。????論文信息：Luo,K.（雒愷）,Ma,J.-L.（馬金龍）,Teng,F.-Z.（滕方振）,Wei,G.-J.（韋剛健）,Zhu,G.-H.（朱冠虹）,Zeng,T.（曾提）,& Wang,Z.-B.（王志兵） (2025). Magnesium isotope fractionation during basalt weathering: An index of weathering fluxes and CO2 consumption. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 130, e2024JF007774. https://doi.org/10.1029/2024JF007774????論文鏈接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024JF007774

2025-01-16

廣州地化所李奇維，王強等-GCA：輕Fe同位素制約高硅花崗巖的三階段演化過程

隨著科技的進步、能源轉型和產業升級，稀有金屬（如鎢、錫、鈮、鉭、鋰等）在高科技產業中的應用日益廣泛，尤其在新能源汽車和航空航天等領域。然而，稀有金屬資源的分布極為有限，許多關鍵礦產資源集中在少數國家或地區，尋找這些礦床并加大戰略儲備已成為全球各國的緊迫任務。稀有金屬礦床通常與高分異（高硅）花崗巖密切伴生，因此，深入研究后者的成因對于該類礦床勘探具有重要意義。由于演化程度高，高硅花崗巖記錄了巖漿體系向巖漿-熱液體系的轉換，有關高硅巖漿的分異機制、流體出溶過程及其與熔體的相互作用等問題，仍存在許多未解之謎。近日，中國科學院廣州地球化學研究所王強研究員團隊聯合中國科學院地球化學研究所趙軍紅研究員等，針對上述科學問題，對岡底斯弧古新世正嘎高硅花崗巖進行了詳細的巖相學和Fe同位素分析，發現這些巖石普遍發育礦物交代結構（圖1）。不同于高硅花崗巖具有重Fe同位素的傳統觀點，正嘎高硅花崗巖具有明顯輕的Fe同位素組成，且Fe同位素隨巖漿分異呈波浪狀變化趨勢（圖2），說明高硅花崗巖的形成受控于三階段過程（即黑云母與磁鐵礦分離結晶、流體出溶、流體－熔體相互作用）。盡管流體出溶使高硅花崗巖的Fe同位素變重，但隨后的流體－熔體反應使高硅花崗巖的Fe同位素降低，使之具有與原始巖漿相似的輕Fe同位素組成（圖3）。圖1 正嘎高硅花崗巖的BSE和CL圖圖2 正嘎高硅花崗巖的Zr/Hf、Mg同位素與Fe同位素圖解圖3 酸性巖漿房中Fe同位素的三階段演化模式圖該研究識別出高硅花崗巖的輕Fe同位素特點，與流體作用密切相關。這一發現為Fe同位素示蹤高硅花崗巖成因，特別是流體的形成與演化提供了新的視角。相關成果在線發表于地球科學領域著名期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》，本研究受國家自然科學基金創新群體項目和第二次青藏科考等項目的聯合資助。論文信息：Li, Q.W., Wang, Q.*, Ma, L., Kerr, A.C., Fan, J.J., Zhao, J.H., Gu, H.O., Wang, W. and Su, Z.K., 2025. Light iron isotopes in high-silica granites record fluid evolution in magmatic-hydrothermal systems. Geochimica et Cosmochimica Acta,?in press,?DOI: 10.1016/j.gca.2024.12.034.論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2024.12.034

2025-01-16