科研進(jìn)展
  • ?廣州能源所在過冷水冰漿流動成核動力學(xué)以及粒徑演變研究方面取得系列進(jìn)展
    近期，中國科學(xué)院廣州能源研究所儲能技術(shù)科研團(tuán)隊在過冷水冰漿流動成核動力學(xué)以及粒徑演變規(guī)律研究方面取得系列進(jìn)展，研究揭示了過冷水成核，以及成核后冰晶生長過程中的動力學(xué)變化規(guī)律。近期，中國科學(xué)院廣州能源研究所儲能技術(shù)科研團(tuán)隊在過冷水冰漿流動成核動力學(xué)以及粒徑演變規(guī)律研究方面取得系列進(jìn)展，研究揭示了過冷水成核，以及成核后冰晶生長過程中的動力學(xué)變化規(guī)律?？蒲袌F(tuán)隊在經(jīng)典成核理論的框架上，針對過冷水的流動成核現(xiàn)象，將流動剪切因素納入考量，提出了流動成核動力學(xué)理論模型，充分討論了過冷水在流動剪切作用下成核能壘、最小成核半徑等關(guān)鍵成核參數(shù)的變化情況。研究發(fā)現(xiàn)，剪切成核過程中，加速過冷液體成核的關(guān)鍵因素并非剪切導(dǎo)致的形變，而是所導(dǎo)致的形變在遭遇阻礙后而釋放變形能量的本身。該研究可為過冷水冰漿制備的“防冰堵”、飛機機翼防冰和電線防冰等問題的研究提供理論指導(dǎo)。流動剪切成核過程示意圖除此之外，科研團(tuán)隊還針對成核后過冷態(tài)下的晶核粒徑演變規(guī)律展開研究。研究團(tuán)隊利用Euler-Euler固液兩相流模型與群體平衡模型進(jìn)行耦合，研究了在不同流速、過冷度、初始含冰率的情況下，水平直管內(nèi)過冷水冰漿流動過程中過冷解除、粒徑生長、粒徑分布、壓降的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，在較低的流速和較高的初始含冰率下，過冷解除的更快；在較高的過冷度和較低的流速下，冰晶粒徑增長的更快。該研究成果可為過冷水冰漿的“防冰堵”設(shè)計、冰漿流動優(yōu)化等提供理論指導(dǎo)。促晶器內(nèi)冰晶成核和生長過程溫度變化沿流動方向不同位置的含冰率變化研究獲得重點研發(fā)計劃、歐盟地平線項目等的資助。相關(guān)成果相繼發(fā)表于Chemical Engineering Science（Ice nucleation in supercooled water under shear，https://doi.org/10.1016/j.ces.2024.120674，第一作者為陳明彪博士，通訊作者為宋文吉研究員），International Journal of Heat and Mass Transfer（Investigation on the evolution of ice particles and ice slurry flowcharacteristics during subcooling release，https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124008，第一作者為杜群博士生，通訊作者為宋文吉研究員）等期刊。
    2024-10-21
  • 廣州地化所科研人員發(fā)現(xiàn)輪胎磨損顆粒物對城市PM2.5的貢獻(xiàn)不容忽視
    輪胎磨損顆粒（TWPs）是由于輪胎胎面在道路表面的滾動摩擦而產(chǎn)生，因其大量排放和潛在毒性受到廣泛關(guān)注。輪胎磨損相關(guān)化學(xué)品（TWCs）主要指通過輪胎磨損釋放的輪胎橡膠添加劑等化合物，已在各環(huán)境介質(zhì)中廣泛檢出并被證實具有一定毒性。氣-粒分配在污染物的環(huán)境行為中起關(guān)鍵作用，可影響污染物的干濕沉降、遠(yuǎn)距離傳輸和進(jìn)入人體的途徑。然而，TWCs在城市大氣氣相中的賦存及其氣-粒分配機制仍不清楚。此外，大氣細(xì)顆粒污染（PM2.5）是位列全球疾病負(fù)擔(dān)第4位的危險因素，與肺癌、心血管和神經(jīng)系統(tǒng)等多種健康疾病相關(guān)。TWPs作為機動車非尾氣排放的重要組成，對城市PM2.5的貢獻(xiàn)尚不明晰。針對上述問題，有機地球化學(xué)國家重點實驗室博士研究生田樂樂在導(dǎo)師張干研究員和趙時真副研究員的指導(dǎo)下，與廣東省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心陳多宏教授級高工、以及英國蘭卡斯特大學(xué)Kevin Jones教授和Andy Sweetman副教授合作，在珠江三角洲9個城市采集了72套氣相和PM2.5顆粒相樣品，對54種TWCs進(jìn)行定量分析，旨在闡明TWCs在城市大氣中的濃度組成、時空分布和氣-粒分配行為，并結(jié)合特征有機分子標(biāo)志物進(jìn)行來源解析，從而量化TWPs對城市大氣PM2.5的貢獻(xiàn)。圖1. 珠江三角洲九個城市大氣中輪胎磨損相關(guān)化合物（TWCs）的濃度水平。其中，綠色方框表示氣相濃度，橙色方框表示顆粒相濃度。????研究共檢測了54種TWCs目標(biāo)化合物，有28種檢出（∑28TWC）。如圖1所示，∑28TWC在氣相和顆粒相中的總濃度為3130?317,000 pg/m3，氣相濃度占總濃度的73 ± 26%。不同TWCs化合物的氣-粒分配行為差異較大。研究選擇了兩種廣泛使用的氣-粒分配模型（Harner?Bidleman模型和穩(wěn)態(tài)Li?Ma?Yang模型）對TWCs的氣-粒分配行為進(jìn)行評估和預(yù)測。如圖2所示，大多數(shù)TWCs（除HMMM、BTSA、IPPD-Q和2-OH-BTH）的實測氣-粒分配系數(shù)（log KP）均高于模型預(yù)測值。這意味著傳統(tǒng)氣粒分-配模型低估了TWCs在顆粒相的富集，可能由于部分被包裹的TWCs無法進(jìn)行氣-粒分配和采樣誤差造成。圖2.?輪胎磨損相關(guān)化合物的氣-粒分配系數(shù)（log KP）和辛醇-空氣分配系數(shù)（log KOA）圖。圖中，紅色實線是實測log KP的擬合線。Log KPE（藍(lán)色實線）和log KPS（綠色實線）是分別使用Harner-Bidleman和Li-Ma-Yang模型計算的log KP。Log KPSM= - 1.53（水平粉色虛線）是使用穩(wěn)態(tài)Li-Ma-Yang模型計算的log KP最大值。根據(jù)珠江三角洲城市大氣PM2.5中TWCs的檢出率、氣-粒分配、對TWPs來源指示的特異性和正定矩陣因子分解模型（PMF）的擬合度四個標(biāo)準(zhǔn)，篩選出三種TWCs（BTSA、DPG和6PPD-Q）作為示蹤TWPs來源的標(biāo)志物。源解析采用PMF模型結(jié)合特征分子標(biāo)志物，定量得到TWPs對城市大氣PM2.5的貢獻(xiàn)為13%±7%（圖3）。此外，TWPs對PM2.5的貢獻(xiàn)與采樣點5公里半徑內(nèi)的道路長度呈顯著正相關(guān)（r2 = 0.67，p<0.01），亦證實我們篩選的BTSA、DPG和6PPD-Q可有效示蹤TWPs來源。圖3.?正定矩陣因子分解模型（PMF）解得的5個PM2.5源譜，柱狀圖表示化合物占該因子物種總量的百分比，其中紅柱表示該因子的高貢獻(xiàn)物種，藍(lán)柱表示該因子的低貢獻(xiàn)物種。本研究實了輪胎磨損顆粒物對珠江三角洲主要城市PM2.5的貢獻(xiàn)不容忽視，提示機動車非尾氣排放對于重點城市大氣PM2.5防治的重要性。研究成果近期發(fā)表于污染領(lǐng)域TOP期刊《Environmental Science & Technology》，得到了廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項目、國家自然科學(xué)基金面上項目、“一帶一路”國際科學(xué)組織聯(lián)盟聯(lián)合研究合作專項項目、廣東省自然科學(xué)基金-杰出青年項目和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會員項目等資助。論文信息：Tian,L.（田樂樂）;Zhao,S.（趙時真）;Zhang,R.（張瑞玲）;Lv,S.（呂少君）;Chen,D.（陳多宏）;Li,J.（李軍）;Jones,K. C.;Sweetman,A. J.;Peng,P. a.（彭平安）;Zhang,G.（張干）,Tire Wear Chemicals in the Urban Atmosphere: Significant Contributions of Tire Wear Particles to PM2.5. Environmental Science & Technology. 2024,58 (38):16952-16961.論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c04378
    2024-10-18
  • 南海海洋所?|?Nature揭示海洋次表層熱浪/冷浪的關(guān)鍵機制
    2024年10月16日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室（LTO）詹海剛團(tuán)隊在Nature在線發(fā)表了題為“Common occurrences of subsurface heatwaves and cold spells in ocean eddies”的研究論文。該研究突破了次表層連續(xù)觀測數(shù)據(jù)嚴(yán)重匱乏的限制，首次從全球尺度上揭示了渦旋在驅(qū)動海洋次表層熱浪/冷浪事件中的關(guān)鍵作用，并指出渦旋會放大全球變暖對次表層極端溫度的影響，加劇強熱浪/冷浪的發(fā)生。LTO副研究員何慶友為論文第一作者，研究員詹海剛為論文通訊作者，助理研究員詹偉康、副研究員龔延昆、研究員蔡樹群以及澳大利亞CSIRO研究員Ming Feng為論文共同作者。海洋熱浪（heatwaves）和冷浪（cold spells）分別指溫度超過一定閾值的持續(xù)性高溫和低溫事件。這些極端溫度事件會嚴(yán)重破壞海洋生物棲息環(huán)境，造成生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)的災(zāi)難性后果。現(xiàn)有絕大多數(shù)相關(guān)研究集中于衛(wèi)星可以直接觀測的海洋表層，并基于熱收支等方法將表層熱浪/冷浪歸因于海氣熱交換、海水平流以及混合等驅(qū)動機制。然而，目前衛(wèi)星難以直接觀測的次表層更受科學(xué)家和社會各界的普遍關(guān)注，因為該水層棲息著多種重要魚類和珊瑚，擁有全球海洋中規(guī)模最大、開發(fā)最少的魚類種群，在全球碳循環(huán)中也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但由于長期連續(xù)的觀測數(shù)據(jù)非常匱乏，常用的參數(shù)提取與機制分析方法難以全面應(yīng)用，目前對次表層熱浪/冷浪的發(fā)生特征與驅(qū)動機制知之甚少。研究團(tuán)隊首先分析了位于全球不同海盆、最長觀測時間超過15年的8套長期潛標(biāo)資料，發(fā)現(xiàn)超過80%的次表層（100-1000米）熱浪/冷浪事件與表層熱浪/冷浪沒有直接關(guān)聯(lián)。它們之中約有一半發(fā)生于反氣旋渦/氣旋渦經(jīng)過期間，其比例遠(yuǎn)高于對應(yīng)渦旋的發(fā)生頻率（約為10%），且強度越大的事件，發(fā)生于渦內(nèi)的比例越高（圖1）。這表明與海氣熱交換等表層極端事件的主導(dǎo)機制不同，渦旋在驅(qū)動次表層熱浪/冷浪中起著至關(guān)重要的作用。盡管長期連續(xù)的潛標(biāo)觀測可以有效捕捉次表層極端溫度事件，但因其建設(shè)和維護(hù)成本高昂，目前在海洋中分布稀少，難以實現(xiàn)全球尺度上的評估。通過對比分析，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)空間離散的歷史溫度剖面觀測數(shù)據(jù)可以較好地刻畫次表層熱浪/冷浪事件強度和渦旋貢獻(xiàn)?；诖?，研究團(tuán)隊分析了各種觀測平臺積累的全球海洋200多萬條溫度剖面數(shù)據(jù)，結(jié)合高度計衛(wèi)星遙感的中尺度渦資料，發(fā)現(xiàn)反氣旋渦/氣旋渦對次表層熱浪/冷浪的平均貢獻(xiàn)約為30%，而在副熱帶流渦區(qū)和中緯度強流區(qū)其貢獻(xiàn)可高達(dá)60%以上（圖2）。且隨著渦旋強度的增加，渦內(nèi)極端溫度出現(xiàn)概率和強度均顯著上升。在振幅大于40厘米的強反氣旋渦/氣旋渦內(nèi)，發(fā)生次表層熱浪/冷浪的概率是渦外的6倍多，進(jìn)一步證實了海洋渦旋是驅(qū)動次表層熱浪/冷浪的關(guān)鍵機制。近幾十年來，由于溫室氣體的持續(xù)排放，全球海洋經(jīng)歷了明顯的變暖。為了研究次表層熱浪/冷浪的響應(yīng)，研究團(tuán)隊估算了1993至2019年間10個不同動力海區(qū)的渦內(nèi)與背景極端溫度異常的線性趨勢，發(fā)現(xiàn)渦旋有助于放大全球海洋中熱浪的升溫速率和冷浪的降溫速率（圖3）。初步分析顯示，海洋變暖引發(fā)的渦旋增強的作用遠(yuǎn)高于垂向?qū)踊鰪?，是渦旋放大效應(yīng)的主導(dǎo)機制。該研究揭示了海洋次表層熱浪/冷浪與表層極端溫度事件在時空分布與物理機制上的巨大差異，指出僅從海表溫度信息無法準(zhǔn)確探測次表層熱浪/冷浪事件。相比之下，衛(wèi)星遙感的海面高度異常能較好地捕獲海洋渦旋活動的信息，因此可以成為探測次表層熱浪/冷浪，尤其是強熱浪/冷浪事件的一個關(guān)鍵指標(biāo)。另一方面，由于渦旋對次表層溫度、溶解氧和浮游植物的影響機制相似，因此該研究對理解和預(yù)測全球變暖影響下次表層海洋貧氧、浮游植物藻華等極端事件具有重要的參考意義。該研究由國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院先導(dǎo)計劃、國家重點研發(fā)計劃、廣東省自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會項目等共同資助完成。相關(guān)論文信息：Qingyou He,Weikang Zhan,Ming Feng,Yankun Gong,Shuqun Cai,and Haigang Zhan*,Common occurrences of subsurface heatwaves and cold spells in ocean eddies,Nature,2024.文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08051-2圖1. 全球不同海盆潛標(biāo)觀測的次表層熱浪和冷浪發(fā)生在中尺度渦內(nèi)情況。(a-h) 不同潛標(biāo)站點觀測的溫度時間序列，圖中紅色（藍(lán)色）為識別的熱浪（冷浪）事件，粉色（青色）為反氣旋渦（氣旋渦）經(jīng)過站點時間段；(j) 熱浪（冷浪）事件期間有反氣旋渦（氣旋渦）經(jīng)過的比例，圖中疊加的粉色（青色）柱狀圖為對應(yīng)渦旋的發(fā)生頻率。圖 2. 200米深度渦內(nèi)極端溫度強度與渦旋貢獻(xiàn)率的全球分布情況。a-b. 全球海洋5°×5°網(wǎng)格內(nèi)估算的極高溫異常（EHTA）和極低溫異常（ELTA）閾值。c-d. EHTA發(fā)生在反氣旋渦（AE）內(nèi)和ELTA發(fā)生在氣旋渦（CE）內(nèi)的百分比。e. EHTAs（ELTAs）發(fā)生頻率隨渦中心歸一化距離的直方圖。f. 極端溫度異常發(fā)生概率隨渦旋振幅的變化。g. 極端溫度異常強度隨渦振幅的變化。垂直條為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)誤差。圖3. 全球不同海區(qū)渦致極端溫度擾動變化趨勢。(a-j) 1993-2019年各區(qū)域反氣旋渦內(nèi)極端高溫擾動（橙色實線）和氣旋渦內(nèi)極端低溫擾動（藍(lán)色實線）強度變化趨勢隨深度變化，圖中對應(yīng)虛線為整個區(qū)域所有剖面數(shù)據(jù)觀測的極端溫度擾動強度變化趨勢；(k) 各統(tǒng)計區(qū)域范圍，圖中填色為基于歷史溫度剖面數(shù)據(jù)統(tǒng)計的200米深度處極端低溫擾動發(fā)生在氣旋渦內(nèi)比例的空間分布。
    2024-10-17
  • 南海海洋所?|?Nature Communications揭示海參從海底沉積物獲取營養(yǎng)機制
    近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點實驗室（LMB）海參研究團(tuán)隊在海參的沉積物攝食與營養(yǎng)獲取機制方面取得突破性進(jìn)展。該研究揭示了海參通過基因組、基因表達(dá)和共生微生物群的進(jìn)化適應(yīng)，使其可以大量攝食海底沉積物并從中獲取營養(yǎng)，相關(guān)研究成果以“Sea cucumbers and their symbiotic microbiome have evolved to feed on seabed sediments”為題發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications）。南海海洋所副研究員陳廷為該論文的通訊作者，博士研究生潘文杰、碩士研究生王軒和研究員任春華為該論文的共同第一作者，研究員胡超群主導(dǎo)項目開展并提供指導(dǎo)意見。海參是海洋底棲生態(tài)系統(tǒng)中最主要的沉積物攝食動物，通過大量攝入和排泄海底沉積物，吸收其中的有機物并凈化海底基質(zhì)，維持海底生態(tài)系統(tǒng)平衡并減少珊瑚病害的發(fā)生，是海底的“清道夫”。但是，海參如何從營養(yǎng)匱乏的海底沉積中獲得足夠營養(yǎng)的機制，目前仍不清楚。以南海廣泛分布的玉足海參（Holothuria leucospilota）為研究對象，胡超群研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)海參從海底沉積物中獲得的主要食物是微藻和細(xì)菌。通過比較基因組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)海參基因組中碳水酶擴(kuò)張、蛋白酶消化收縮，適應(yīng)于對微藻的消化（圖1）。海參在胚胎和幼體發(fā)育過程先后經(jīng)歷了內(nèi)源性營養(yǎng)、浮游攝食和沉積物攝食三種食性轉(zhuǎn)化，與之對應(yīng)消化酶也呈現(xiàn)出三組不同的表達(dá)模式。前腸是海參消化道主要的消化區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)糖類碳水酶、蛋白酶、脂肪酶和纖維素酶的活性均最高，但僅有糖類碳水酶和脂肪酶是內(nèi)源性表達(dá)。圖1 海參的攝食特點和基因組消化酶擴(kuò)張/收縮概況在海參從海底沉積物攝食的細(xì)菌中，一部分作為食物被海參消化掉，而另一部分則作為共生細(xì)菌在海參腸道內(nèi)定植，提供蛋白酶、脂肪酶等活性協(xié)助海參消化食物。與其他棘皮動物相比，海參基因組中出現(xiàn)了一類特有的i型溶菌酶，特異表達(dá)于腸道中，對所攝食沉積物中的細(xì)菌起到控制和消化作用（圖2）。圖2 海參特有腸道型溶菌酶在細(xì)菌消化中的作用該科學(xué)發(fā)現(xiàn)闡釋了海參的沉積物攝食與營養(yǎng)獲取機制，在研發(fā)海參養(yǎng)殖不同階段人工飼料方面具有重大潛在應(yīng)用價值，也為通過增殖放流海參凈化海底環(huán)境、防止細(xì)菌性珊瑚病害暴發(fā)和珊瑚島礁生態(tài)修復(fù)提供理論依據(jù)。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃等項目的資助。相關(guān)論文信息：Pan WJ#,Wang X#,Ren CH#,Jiang X,Gong SQ,Xie ZY,Wong NK,Li XM,Huang JS,Fan DD,Luo P,Yang Y,Ren XY,Yu SZ,Qin Z,Wu XF,Huo D,Ma B,Liu Y,Zhang X,E ZX,Liang JX,Sun HY,Yuan LH,Liu XJ,Cheng CH,Long H,Li JL,Wang YH,Hu CQ,Chen T*. Sea Cucumbers and Their Symbiotic Microbiome Have Evolved to Feed on Seabed Sediments. Nature Communications. Nat Commun. 2024 15: 8825. doi: 10.1038/s41467-024-53205-5
    2024-10-16
  • 《中國木蘭科及其珍稀瀕危植物彩色圖譜》出版
    ????中國植物學(xué)木蘭科領(lǐng)域?qū)W術(shù)新著《中國木蘭科及其珍稀瀕危植物彩色圖譜》，在2024年10月正式出版。該書是由中國科學(xué)院華南國家植物園享受國務(wù)院政府特殊津貼的專家——87歲高齡的退休高級工程師周仁章先生，集畢生學(xué)術(shù)科研成果，耗時數(shù)年編著而成。全書系統(tǒng)、專業(yè)地介紹了中國木蘭科及其珍稀瀕危植物的現(xiàn)狀和在全國分布情況。????周仁章先生從1977年７月至1998年一直都在華南植物園引種室工作，負(fù)責(zé)中國科學(xué)院、國家環(huán)保局、自然科學(xué)基金委下達(dá)和資助的重點課題“中國木蘭科植物種質(zhì)保存和開發(fā)利用研究課題”及國家重點保護(hù)的植物“紅皮書”木蘭科種類的調(diào)查、引種、繁殖、種質(zhì)保存及編寫工作。其中，“中國木蘭科植物種質(zhì)保存和開發(fā)利用研究課題”成果獲得中國科學(xué)院自然科學(xué)獎二等獎?！吨袊咎m科及其珍稀瀕危植物彩色圖譜》匯集了周仁章先生收集的木蘭科及其珍稀瀕危植物第一手資料和圖片，該書內(nèi)容豐富，全書51萬多字，配圖961幅，印制精良。為廣大植物工作者進(jìn)行木蘭科的研究提供了參考資料，同時也為園林、園藝工作者及在校師生對木蘭科植物、花卉愛好者識別種類提供參考。該書分為兩部分，第一部分簡要地介紹了木蘭科植物特征、開發(fā)利用價值、形態(tài)特征與分類分布、生態(tài)學(xué)和生物學(xué)特征、引種繁殖技術(shù)等；第二部分是該書的主要內(nèi)容，為植物各論，介紹國家重點保護(hù)的珍稀瀕危植物種類32種，介紹木蘭科觀賞及園林綠化種類125種。????周仁章先生主持創(chuàng)建了華南國家植物園面積達(dá)0.12平方公里、全世界保存木蘭科植物種類最多的木蘭科植物專類園——木蘭園，并同時建立華南珍稀瀕危植物繁殖中心。周仁章先生歷經(jīng)?20多年的野外調(diào)查采集，木蘭園內(nèi)現(xiàn)共收集引種遷地保存11屬160多種，華南珍稀瀕危植物繁殖中心收集引種國家重點保護(hù)的珍稀瀕危植物230種，為國家研究保存瀕危植物作出了較大貢獻(xiàn)。?書籍封面
    2024-10-14
  • 華南植物園再次發(fā)現(xiàn)和拯救保護(hù)“消失”近百年的極危植物——毛柄木樨
    ?桂花是我國傳統(tǒng)十大名花之一，被稱為花中月老，它是木樨科木樨屬植物的統(tǒng)稱。木樨屬約30種，分布于亞洲東南部和美洲，我國分布有25種3變種，代表物種木樨（Osmanthus fragrans (Thunb.) Lour.），即桂花，是我國著名的香料植物。其花清雅高潔，香飄四溢，享有“香飄十里”的美譽，是集綠化、美化、香化于一體的優(yōu)良園林觀賞樹種。由于其觀賞價值高，經(jīng)過長久的人工栽培選擇和天然雜交，已形成了四個品種群百余個品種。盡管桂花的栽培品種數(shù)量龐大，但木樨屬植物的引種保育現(xiàn)狀并不理想。目前，僅有10余種木樨屬植物被引種栽培，大量的種類尚存在保育空缺，甚至有的物種長期在野外沒有被監(jiān)測到，其中毛柄木樨就已經(jīng)“消失”了長達(dá)九十一年之久（圖1）。圖1：毛柄木樨圖版毛柄木樨的發(fā)現(xiàn)之史實?據(jù)標(biāo)本和文獻(xiàn)資料記載，嶺南大學(xué)曾懷德（W. T. Tsang）先生于1932年在廣東省（Kwangtung）大埔縣（Tapu district）銅鼓山（Tung Koo Shan）首次采集到一種木樨屬植物標(biāo)本，采集編號：W. T. Tsang 21629，存放在嶺南大學(xué)標(biāo)本館。此后，同號標(biāo)本先后輾轉(zhuǎn)至中山大學(xué)植物標(biāo)本館（SYS）、華南植物園標(biāo)本館（IBSC）、中國科學(xué)院植物研究所植物標(biāo)本館（PE）、英國皇家植物園—邱園標(biāo)本館（K）和紐約植物園標(biāo)本館（NY）等國內(nèi)外標(biāo)本館（圖2）。1932年，哈佛大學(xué)植物學(xué)家E. D. Merrill初步將其鑒定為木樨（Osmanthus fragrans Lour.）。1956年，賈良智教授認(rèn)為該種可能是新種，擬定名為毛柄木樨（Osmanthus pubipedicellatus Chia）（裸名，未正式發(fā)表）。1958年，P. S. Green在對NY的木樨屬標(biāo)本進(jìn)行鑒定時發(fā)現(xiàn)該號標(biāo)本花部特征和葉柄毛被情況與木樨屬其他物種表現(xiàn)出差異，將其暫定為疑似新種（Osmanthus species ‘C’）并進(jìn)行了描述。1977年，張宏達(dá)教授將館藏在PE的兩份標(biāo)本定名為秀麗桂花（Osmanthus elegans Chang），但也沒有正式發(fā)表。此后，張宏達(dá)教授通過多方查閱文獻(xiàn)和標(biāo)本將其確定為新種，并于1982年，正式以毛柄木樨（Osmanthus pubipedicellatus Chia ex H.T. Chang）的名稱發(fā)表在中山大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版。至此，時隔50年，毛柄木樨終于有了自己的“戶口”。圖2：毛柄木樨模式標(biāo)本（W. T. Tsang 21629）毛柄木樨的“消失”?然而，自1932年毛柄木樨首次被曾懷德采集，近百年來，再無其蹤跡報道。我們在中國植物圖像庫（PPBC,https://ppbc.iplant.cn/sp/26412）上查閱到有關(guān)毛柄木樨的圖片記錄均來自武漢植物園，其葉緣具明顯鋸齒（圖3），與毛柄木樨特征并不相符。圖3：中國植物圖像庫（PPBC）有關(guān)毛柄木樨的記錄（喬娣攝）?從中國數(shù)字植物標(biāo)本館（CVH,https://www.cvh.ac.cn/）、中國國家標(biāo)本資源平臺（NSII,http://www.nsii.org.cn/2017/home.php）以及全球生物多樣性信息機構(gòu)（GBIF,https://www.gbif.org/）等標(biāo)本網(wǎng)絡(luò)共享平臺僅查閱到一條除模式標(biāo)本以外的毛柄木樨標(biāo)本記錄，該標(biāo)本由李丙貴和萬紹賓于1975采自湖南江華。該標(biāo)本葉先端漸尖，而非長漸尖，葉基闊楔形而非狹楔形（圖4），兩者相去甚遠(yuǎn)，也應(yīng)為毛柄木樨的錯誤鑒定。因此，歷經(jīng)九十余年，真正的毛柄木樨一直沒有被監(jiān)測到。圖4：模式標(biāo)本以外的毛柄木樨標(biāo)本記錄毛柄木樨的再次發(fā)現(xiàn)?2022年，華南植物園高級工程師寧祖林在對廣東省珍稀瀕危植物遷地保育現(xiàn)狀評估時發(fā)現(xiàn)廣東省特有的國家重點保護(hù)極危植物毛柄木樨未被廣東省植物園等相關(guān)遷地保護(hù)機構(gòu)收集保存，進(jìn)而對其進(jìn)行文獻(xiàn)資料檢索、標(biāo)本查閱、在線數(shù)據(jù)庫檢索和相關(guān)專家咨詢，進(jìn)一步確認(rèn)尚無相關(guān)采集監(jiān)測記錄。為了尋找這一珍稀瀕危植物。2023年2月，寧祖林帶領(lǐng)華南植物園引種保育團(tuán)隊前往毛柄木樨模式產(chǎn)地進(jìn)行考察，同時攜帶模式標(biāo)本彩色打印照片對周邊村民進(jìn)行走訪調(diào)查以尋找毛柄木樨蹤跡（圖5）。經(jīng)過團(tuán)隊系統(tǒng)調(diào)查和細(xì)致辨識，最終尋找到了與模式標(biāo)本葉形極為相似的植株，并相繼在9月份和10月份采集到具花和果實的標(biāo)本（圖6）。圖5：野外考察尋找毛柄木樨圖6：毛柄木樨花和果毛柄木樨“真身”驗證?為了確認(rèn)我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)的木樨屬物種就是1932年曾懷德所采集的毛柄木樨，一方面對照模式標(biāo)本進(jìn)行形態(tài)特征鑒定，同時對模式標(biāo)本采集DNA樣品進(jìn)行分子鑒定。形態(tài)特征鑒定：我們對毛柄木樨野外種群進(jìn)行了持續(xù)監(jiān)測，并觀察到葉柄和花梗被毛特征并不穩(wěn)定，存在無毛個體。通過葉、花、果形態(tài)特征觀測，發(fā)現(xiàn)有毛個體和無毛個體的特征與模式標(biāo)本極為相似，將其鑒定為毛柄木樨（圖7），并補充了毛被、果實和種子形態(tài)特征描述。毛柄木樨與狹葉木樨形態(tài)特征更為接近，但狹葉木樨花梗無毛，葉片狹橢圓形至披針形，先端長漸尖，呈長尾狀，可較好的區(qū)分（圖8）。圖7：新采集毛柄木樨標(biāo)本與主模式標(biāo)本形態(tài)比較圖8. 狹葉木樨 Osmanthus attenuates系統(tǒng)發(fā)育分析：為了進(jìn)一步確認(rèn)我們所采集的個體即為毛柄木樨，分別從中山大學(xué)標(biāo)本館（SYS）館藏的主模式標(biāo)本、華南植物園標(biāo)本館（SCBG）和邱園標(biāo)本館（K）館藏的等模式標(biāo)本上取了少量葉片進(jìn)行DNA提取。最終，在邱園Molecular Biology and DNA Bank工作人員Imalka Kahandawala和Angela Biro的幫助下，從保存在邱園標(biāo)本館近百年的等模式標(biāo)本（Tsang W.T. 21629,Sept. 8-29,1932）葉片材料提取到DNA樣品（圖9），成功“復(fù)活”了珍稀植物毛柄木樨。結(jié)合我們采集的毛柄木樨疑似個體DNA樣品，經(jīng)過一系列處理，基于核ITS和葉綠體matK,trnL-trnF,trnS-trnG和trnT-trnL五個片段構(gòu)建了毛柄木樨及其近緣物種的系統(tǒng)發(fā)育樹，從分子證據(jù)證明了我們所采集的木樨屬植物個體即為毛柄木樨。有毛個體和無毛個體也聚集在一枝，支持形態(tài)特征鑒定結(jié)果（圖10）。至此，“消失”近百年的國家重點保護(hù)野生植物毛柄木樨真身得到確認(rèn)。圖9：從保存在邱園標(biāo)本館（K）的毛柄木樨等模式標(biāo)本上提取的DNA樣品圖10：木樨屬及其近緣類群系統(tǒng)發(fā)育樹拯救保護(hù)行動種群及其生境調(diào)查：為摸清毛柄木樨種群數(shù)量，探究其瀕危原因，我們對毛柄木樨種群進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測和群落樣方調(diào)查（圖11），對其群落特征和種群動態(tài)進(jìn)行了分析。調(diào)查發(fā)現(xiàn)毛柄木樨野外種群個體數(shù)僅11株，初步分析其瀕危原因主要存在以下幾個方面：（1）毛柄木樨伴生物種豐富，涉及42科67屬103種，群落上層分布較多殼斗科和樟科高大喬木樹種，林下郁閉度高，光照不足；（2）缺乏幼苗和小樹，種群齡級結(jié)構(gòu)呈單峰型，未來有衰退趨勢；（3）種群齡級結(jié)構(gòu)動態(tài)指數(shù)顯示種群不穩(wěn)定且易受外界環(huán)境干擾；（4）存在生殖問題，花量大但結(jié)實率低、果實早落、成熟果實脫落后被動物啃食、種子易于腐爛、林下凋落物過厚且郁閉度高影響種子自然萌發(fā)更新。有關(guān)毛柄木樨的遺傳多樣性及部分瀕危原因有待于進(jìn)一步實驗研究證實。圖11：毛柄木樨樣方調(diào)查團(tuán)隊種苗繁育工作：我們在野外監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)毛柄木樨開花量大，但結(jié)實率低，枝條上僅見到零星果實，也沒有在林下找到幼苗。因此，對其開展搶救保護(hù)工作勢在必行，當(dāng)務(wù)之急是解決其繁殖技術(shù)，培育種苗復(fù)壯種群。幸運的是，在2023年9月監(jiān)測到毛柄木樨開花，結(jié)合花和葉片形態(tài)特征初步將其鑒定為毛柄木樨之后，我們便采集了部分枝條帶回植物園進(jìn)行扦插繁殖實驗。在種苗繁育組人員的努力下成功突破其扦插繁殖關(guān)鍵技術(shù)，并對種群全部個體進(jìn)行扦插繁殖獲得種苗（圖12），成功將毛柄木樨野外種群基因克隆復(fù)制保存在華南植物園。同時，我們也在持續(xù)監(jiān)測毛柄木樨野外種群開花結(jié)實、果實發(fā)育及種子萌發(fā)等情況。2024年2月下旬，果實成熟脫落，掉落在林下地上的果實有的完全腐爛，有的被動物啃食后僅留下了殘殼（圖13）。我們僅收集到4粒完整的種子（圖14），這些種子在播種十多天后均在基質(zhì)中腐爛，未能萌發(fā)出種苗。圖12：扦插繁殖的小苗圖13：動物啃食后殘留的軀殼圖14：僅剩的4顆完整的種子?該研究工作基于1932年采集的毛柄木樨模式標(biāo)本形態(tài)特征和DNA分子證據(jù)證實了廣東特有國家重點保護(hù)極危植物毛柄木樨的再次發(fā)現(xiàn)，并補充了該物種的物候和形態(tài)特征描述，同時對其種群和群落特征進(jìn)行了調(diào)查分析，初步揭示了毛柄木樨種群動態(tài)和瀕危原因，研究結(jié)果對珍稀植物毛柄木樨的保護(hù)和資源利用具有重要科學(xué)意義。相關(guān)研究結(jié)果已近日在線發(fā)表于生物多樣性領(lǐng)域?qū)I(yè)期刊Biological Diversity上。華南植物園謝丹工程師為論文第一作者，寧祖林高級工程師為論文通訊作者，徐一大、劉蓉、董書鵬和邱園Imalka Kahandawala和Angela Biro參與了相關(guān)工作。同時，該工作得到中國科學(xué)院昆明植物所張志榮，中山大學(xué)廖文波、羅麗娟和王亞榮，仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院胡秀，華南植物園廖景平、顏海飛、涂鐵要、曾佑派、湯銀珠、許炳強、陳玲、倪靜波、李冬梅、李夢靈、李守潔、劉華、鄒璞、張煒、古詩然等老師的幫助，在此一并致謝。該研究得到廣東省重點領(lǐng)域研究計劃項目和2023年中央林業(yè)草原生態(tài)保護(hù)恢復(fù)資金國家重點野生動植物保護(hù)補助項目的支持。論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/bod2.12018.
    2024-10-14
  • 華南植物園在樹蕨保護(hù)基因組學(xué)研究取得進(jìn)展
    ????樹蕨是一類形態(tài)獨特的同型孢子植物，具有高大的樹狀主干和大型羽狀復(fù)葉。大部分樹蕨種類屬于桫欏科（Cyatheaceae），廣泛分布于全球的熱帶、亞熱帶和南溫帶地區(qū)。在全球范圍內(nèi)，桫欏科物種正由于自然和人為原因迅速減少。目前，它們已被列入《瀕危野生動植物種國際貿(mào)易公約》（CITES）附錄II。同時，許多桫欏科物種也被列入國際自然保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）紅色名錄。在我國，除小黑桫欏和粗齒桫欏外，桫欏科植物均被列為國家二級重點保護(hù)野生植物。????同型孢子蕨類植物具有獨特的交配系統(tǒng)，既可以像被子植物一樣進(jìn)行配子體間異交或自交，還能通過單個配子體產(chǎn)生的卵子和精子結(jié)合，完成配子體內(nèi)自交。這種繁殖方式能在一代之內(nèi)形成完全純和的子代，是自交的一種極端形式。當(dāng)同型孢子蕨類發(fā)生配子體內(nèi)自交時，其面臨的遺傳學(xué)后果可能比被子植物自交更加嚴(yán)重。蕨類植物獨特的繁殖方式可能對其進(jìn)化產(chǎn)生重要影響，但目前我們對其認(rèn)識仍十分有限。????中國科學(xué)院華南植物園康明研究團(tuán)隊基于三種桫欏屬(Alsophila)植物的全基因組重測序數(shù)據(jù)，系統(tǒng)比較了同型孢子蕨類植物基因組水平的近交和遺傳負(fù)荷。結(jié)果顯示，桫欏（Alsophila?spinulosa）表現(xiàn)出極高的近交（FROH=0.83），而中華桫欏（A. costularis,FROH=0.07）和陰生桫欏（A. latebrosa,FROH=0.04）則主要為異交。盡管桫欏具有更廣泛的地理分布，但其表現(xiàn)出極低的遺傳多樣性。種群歷史分析揭示，桫欏的種群規(guī)模長期處于持續(xù)下降狀態(tài)，提示其近交可能源自較遠(yuǎn)的歷史時期。遺傳負(fù)荷的比較顯示，桫欏中有害突變整體減少，說明長期的近交與極小的有效種群大小可能加強了種群的凈化作用效率，有效清除了群體內(nèi)強有害突變，維持了桫欏的長期生存。然而，隱藏負(fù)荷向現(xiàn)實負(fù)荷的轉(zhuǎn)化仍會對其未來生存構(gòu)成潛在威脅。該研究揭示了同型孢子蕨類植物中近交與突變負(fù)荷之間復(fù)雜的進(jìn)化關(guān)系，不僅有助于我們理解蕨類植物的進(jìn)化歷史與生存策略，也為其保護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。????相關(guān)的研究成果于近期發(fā)表在植物學(xué)重要期刊The Plant Journal上。華南植物園康明研究員為論文通訊作者，博士后易慧琴為第一作者，王靜研究員和董仕勇研究員為論文共同作者。本研究工作得到廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃、廣東基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究旗艦項目和國家自然科學(xué)基金的資助。圖1. 三種桫欏屬植物的野生群落（從左到右：桫欏，中華桫欏，陰生桫欏）圖2. 三種桫欏屬植物采樣分布及群體遺傳結(jié)構(gòu)圖3. 三種桫欏屬植物基因組遺傳多樣性及近交程度圖4. 三種桫欏屬植物基因組遺傳負(fù)荷
    2024-10-14
  • 青藏高原深部動力學(xué)過程與地表響應(yīng)機制研究取得重要進(jìn)展
    近日，中國科學(xué)院邊緣海與大洋地質(zhì)重點實驗室研究員王志及其合作者，在青藏高原深部動力學(xué)過程與高原隆升和巖漿活動的響應(yīng)機制研究中取得了重要突破，相關(guān)研究成果發(fā)表在《Earth and Planetary Science Letters》（EPSL）/《地球與行星科學(xué)通訊》上。實驗室研究員王志為論文并列第一作者和共同通訊作者，博士伏毅和院士林間為共同作者。青藏高原是亞洲乃至全球地貌和氣候動力學(xué)的關(guān)鍵區(qū)域。印度大陸與亞洲大陸的碰撞是新生代最重大的全球地質(zhì)事件之一，這一事件深刻地塑造了青藏高原和喜馬拉雅山脈等顯著地貌特征。理解這一碰撞的動力學(xué)對于理解區(qū)域和全球氣候變化至關(guān)重要。盡管已有研究表明全球古氣候變化與青藏高原火山活動之間可能存在聯(lián)系，但深部地質(zhì)過程及其對地表環(huán)境演變（如地貌變化和氣候波動）的影響仍存在不確定性。王志團(tuán)隊利用地震數(shù)據(jù)和全球體波成像新技術(shù)，獲得了印度-青藏高原構(gòu)造域的地幔速度結(jié)構(gòu)，并結(jié)合青藏高原各地火山年齡、化學(xué)組成和古海拔記錄的數(shù)據(jù)集，識別出了高原演化過程中的空間-時間分布模式和深部地質(zhì)過程。研究揭示了多階段板塊俯沖過程與火山活動（56-44、44-28、28-18、18-0百萬年）和板塊抬升的離散、間歇性事件之間的相關(guān)性，并提出了一種多階段板塊俯沖和雙側(cè)斷裂的深部動力學(xué)模型。該模型認(rèn)為，雙向俯沖和巖石圈的重力沉降導(dǎo)致了青藏高原內(nèi)廣泛的火山活動和間歇性隆升，同時對青藏高原的氣候模式產(chǎn)生了重大影響。該項研究為將巖石圈和地幔過程與青藏高原表面現(xiàn)象聯(lián)系起來建立了一個系統(tǒng)的框架，有助于解釋巖石圈俯沖、斷裂和拆沉等俯沖過程對地表火山活動、高原抬升和全球氣候變化之間的相互作用關(guān)系。研究團(tuán)隊還包括西南石油大學(xué)教授王劍、付修根和沈利軍等，澳大利亞昆士蘭大學(xué)博士王選策，澳大利亞科廷大學(xué)教授S.A. Wilde。該研究得到國家自然科學(xué)基金項目和第二次青藏科學(xué)考察基金項目等聯(lián)合資助。論文信息：Jian Wang?,Zhi Wang#?,Xiugen Fu#,Xuan-Ce Wang#,Simon A. Wilde,Yi Fu,Jian Lin,Hengye Wei,Lijun Shen,Gang Rao,Ahmed Mansour. Control of subduction and slab break-off on volcanism and uplift of the Tibetan Plateau. Earth and Planetary Science Letters 647,119057,2024.論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X24004898圖1?印度-青藏地幔速度結(jié)構(gòu)（a-f）和青藏高原多階段板塊俯沖和雙側(cè)斷裂深部動力學(xué)模型(g)圖2?周期性巖漿活動和古氣候變化的巖石地球化學(xué)證據(jù). (a)地表巖漿活動周期;（b）青藏高原和全球氣候變化;（c）地球化學(xué)同位素特征隨年齡變化；(d)高原古高度隨年齡變化
    2024-10-12
  • 楊傳茂等-NC：華北克拉通板內(nèi)花崗巖和玄武巖中磷灰石低δD值揭示水的深部起源
    水對大陸地殼部分熔融形成花崗巖至關(guān)重要，但其具體來源尚不清楚?？拷系幕』◢弾r中的水主要來自于俯沖板塊的脫水作用。然而，這一機制在解釋陸內(nèi)花崗巖的形成時遇到了挑戰(zhàn)，因為遠(yuǎn)離俯沖帶的陸內(nèi)區(qū)域難以直接獲得來自俯沖板塊的水。華北克拉通作為一個典型案例，其內(nèi)部在晚中生代時形成了大量的花崗巖，是研究陸內(nèi)花崗巖中水來源的理想地區(qū)（圖1）。圖1 中國東部和遼東半島區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和花崗巖分布近日，中國科學(xué)院廣州地化所徐義剛院士團(tuán)隊的楊傳茂博士后等，聯(lián)合長江大學(xué)夏小平教授和中國科學(xué)院地質(zhì)地球所楊進(jìn)輝研究員等，對華北克拉通東北部遼東半島侏羅紀(jì)-早白堊世的多個花崗巖體的磷灰石、黑云母和角閃石以及早白堊世義縣組玄武巖的磷灰石行了H同位素測定。結(jié)果表明早白堊世的花崗巖（δD為-203‰至-127‰）和玄武巖（δD為-197‰至-107‰）中的磷灰石顯示出極低的δD值，這與侏羅紀(jì)花崗巖中相對較高的δD值（-137‰至-47‰）形成鮮明對比。這些磷灰石在結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分上均未顯示出蝕變的特征，另外結(jié)合磷灰石單礦物與鋯石中磷灰石包裹體中幾乎相同的揮發(fā)份含量以及含水礦物的H同位素組成排除了磷灰石結(jié)晶后脫氣和蝕變對H同位素組成的顯著影響（圖2），因而磷灰石H同位素代表了初始熔體的H同位素組成。圖2 花崗巖磷灰石單礦物和鋯石中磷灰石包裹體揮發(fā)份含量以及磷灰石和含水礦物的H同位素組成侏羅紀(jì)和早白堊世花崗巖為殼幔巖漿混合成因，其H同位素也繼承了地殼和地幔的H同位素組成。兩個時期的花崗巖具有共同的大陸地殼端元，而截然不同的地幔端元（圖3）。相比于侏羅紀(jì)，早白堊世花崗巖中包含了極低δD值的交代地幔組分。因板片俯沖脫水過程中，D傾向于進(jìn)入板片脫出的流體中，使得隨著俯沖深度增加，板片的δD值不斷降低，在地幔過渡帶可能出現(xiàn)極低的δD值。相比于侏羅紀(jì)花崗巖，早白堊世花崗巖和玄武巖磷灰石的偏低的H同位素組成指示早白堊世巖漿中的水來源于更深的俯沖板片，可能有地幔過渡帶的貢獻(xiàn)。從侏羅紀(jì)到早白堊世H同位素組成的變化與古太平洋板塊俯沖作用密切相關(guān)。古太平洋板塊在侏羅紀(jì)沿巖石圈底部前進(jìn)俯沖，溫度相對較低，板片在淺部脫水量較少，相對較高δD的水被帶入深部，釋放之后交代上覆地幔并進(jìn)入地殼，形成相對富集D的花崗巖（圖4）。到早白堊世，板塊轉(zhuǎn)變?yōu)楹笸烁_，俯沖角度增大，俯沖板片進(jìn)入地幔過渡帶，在其上方形成了大地幔楔，導(dǎo)致地幔過渡帶中水上升到淺部交代巖石圈地幔，并最終流入地殼形成晚中生代花崗巖（圖4）。圖3 花崗巖磷灰石H同位素和氧同位素相關(guān)圖解圖4 侏羅紀(jì)和早白堊世花崗巖成因模式圖這項研究不僅為華北克拉通內(nèi)部花崗巖中水的深部起源提供了證據(jù)，豐富了對花崗巖形成機制的認(rèn)識，而且展示了磷灰石H同位素在示蹤地球內(nèi)部水循環(huán)方面的巨大潛力。此外，這項工作還提供了一個可驗證模型，更大時空范圍的花崗巖和玄武巖H同位素的研究可對該模型做進(jìn)一步約束。相關(guān)成果近期發(fā)表于《Nature Communications》。楊傳茂為文章第一作者，徐義剛和夏小平為通訊作者。該項研究成果獲得了國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所所長基金等項目的聯(lián)合資助。論文信息：Chuan-Mao Yang（楊傳茂），Yi-Gang Xu*（徐義剛），Xiao-Ping Xia*（夏小平），Jin-Hui Yang（楊進(jìn)輝），Xiao-Long Huang（黃小龍），Christopher J. Spencer，Jin-Feng Sun（孫金鳳），Qing Yang（楊晴），2024. Light δD apatites reveal deep origin water in North China Craton intracontinental granites and basalts. Nature?Communications?15,8727.論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53133-4
    2024-10-11
  • 廣州健康院建立疾病細(xì)胞譜系追溯歌舞伎綜合征發(fā)病機制
    近日，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院陳捷凱課題組與中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院鄒小兵課題組合作在Science Bulletin上發(fā)表研究論文KMT2D deficiency leads to cellular developmental disorders and enhancerdysregulation in neural-crest-containing brain organoids，闡明了KMT2D失活致病的發(fā)育分子機制。表觀遺傳調(diào)控基因KMT2D是KABUKI綜合征（歌舞伎綜合征）確定的遺傳致病基因，患者表現(xiàn)出特殊面容、智力障礙及心臟結(jié)構(gòu)異常等癥狀。該癥狀受多個細(xì)胞譜系影響，包括神經(jīng)元、神經(jīng)嵴等，但過去的研究主要集中在干細(xì)胞與癌細(xì)胞等模型中研究KMT2D的功能，對神經(jīng)元與神經(jīng)嵴發(fā)育的表觀機制知之甚少。研究團(tuán)隊利用人胚胎干細(xì)胞以及KABUKI綜合征患者家系iPS細(xì)胞，建立含神經(jīng)嵴的類腦器官分化模型。研究發(fā)現(xiàn)KMT2D失活后，Roof plate樣細(xì)胞無法正常激活WNT3A的核心增強子，微環(huán)境WNT信號活性不足，從而導(dǎo)致神經(jīng)干細(xì)胞提前分化且異常傾向抑制性神經(jīng)元譜系方向，同時導(dǎo)致神經(jīng)嵴譜系分化障礙；進(jìn)一步通過WNT3A增強子敲除的人胚胎干細(xì)胞模型和?Kmt2d?突變小鼠模型驗證了這一結(jié)論，同時在KMT2D-KO類腦器官的分化培養(yǎng)中添加WNT信號通路激動劑或WNT3A蛋白，成功在類器官水平上挽救了該疾病表型。經(jīng)過多年潛心研究和技術(shù)積累，陳捷凱課題組及合作課題組不僅克服了iPS細(xì)胞質(zhì)量控制和基因編輯的難題，還成功地將iPS技術(shù)與類器官等分化模型相結(jié)合，構(gòu)建出能夠模擬人類神經(jīng)發(fā)育過程并表征疾病發(fā)生機制的研究模型。該研究攻克了KMT2D-KABUKI綜合征研究的難點，確立了iPS疾病模型和疾病細(xì)胞譜系研究范式的有效性。這一創(chuàng)新性的疾病細(xì)胞譜系研究平臺精準(zhǔn)溯源“病根”，為深入解析神經(jīng)發(fā)育障礙疾病的致病機制提供了強有力的工具。廣州健康院陳捷凱研究員、汪捷副研究員和中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院主任醫(yī)生鄒小兵為論文的共同通訊作者，廣州健康院博士后單紫筠、中國科學(xué)院香港創(chuàng)新研究院博士后趙穎穎、廣州健康院博士生陳秀玉、中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院主治醫(yī)生詹國棟為論文的共同第一作者。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、廣州市科技計劃、珠江人才招募計劃等項目的資助。論文鏈接KMT2D失活致病分子機制圖
    2024-09-27