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科研进展
  • 应激致使仔猪肌肉生长阻滞的分子机制取得新进展
    近期,由中国工程院院士、中国科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站亚热带农业生态研究所研究员印遇龙领衔的科研团队在仔猪肌肉生长阻滞机制方面取得新进展。
      近期,由中国工程院院士、中国科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站亚热带农业生态研究所研究员印遇龙领衔的科研团队在仔猪肌肉生长阻滞发生机制研究方面取得新进展。
      在集约化养殖过程中,免疫应激普遍存在于断奶仔猪饲养环节,导致仔猪肌肉蛋白质降解和生长阻滞,最终严重影响肥育阶段的产肉率和肉品质,给养猪业带来巨大经济损失。因此,有效缓解仔猪免疫应激是当前养猪业生产中亟待解决的重要难题。然而,目前对免疫应激仔猪肌肉蛋白质降解和生长阻滞的发生机制知之甚少,使得营养调控措施针对性不强,影响了仔猪的健康养殖。为了突破这一瓶颈,该团队的科研人员首先系统探究了免疫应激下断奶仔猪肠道、肝脏和肌肉组织生长发育的动态变化规律,发现免疫应激对肠道和肝脏组织的损伤可在15天内缓慢修复,而肌肉组织损伤不能修复;另外,肌肉损伤发生的主要时期是应激早期(第1至5天),肌肉重量与仔猪体重呈显著正相关,提示断奶可诱发肌肉生长受阻,进而影响养猪生产效益。利用慢性免疫应激模型,进一步揭示了免疫应激造成断奶仔猪肌肉生长阻滞的机制与肠道微生物Bacteroidetes丰度下降、系统性炎症增加以及线粒体动力学稳态破坏等有关。这些研究为促进仔猪肌肉生长和提高其生长性能的营养调控提供了靶点。相关研究成果发表以LPS-related muscle loss is associated with the alteration of Bacteroidetes abundance, systemic inflammation, and mitochondrial morphology in a weaned piglet model为题发表在Science China-Life Sciences杂志上。
      该研究得到了国家自然科学基金面上项目(32372925)、湖南省科技人才专项(2022RC1159)、国家重点研发计划专题(2022YFD1300503)和国家生猪产业体系专项资金(CARS-35)等项目的资助。
      论文链接
      慢性免疫应激诱发仔猪肌肉生长阻滞的分子机制
      
    2024-02-21
  • 华南植物园发现非洲大蜗牛入侵导致热带珊瑚岛土壤生物多样性季节变异同质化
    外来生物入侵会对土著生态系统生物多样性和生态系统功能产生深远影响。外来生物可以改变本地生物多样性的季节性模式提升其入侵能力。已有研究多关注外来植物入侵对地上和地下生物群落的影响,对于外来动物入侵如何影响岛屿生态系统的土壤生物多样性尚缺乏清晰地认识。蜗牛入侵对低营养级土壤生物类群的影响不大,但对高营养级的土壤生物类群的影响更显著,土壤水分、土壤有机碳、速效磷和钾是重要的驱动因子(图-。研究结果表明,非洲大蜗牛的入侵通过改变土壤资源有效性来削弱原生土壤生物多样性的季节性变化,微生物、线虫和螨虫对蜗牛入侵和季节的差异响应表明了土壤生物多样性对土壤生态系统变化响应的复杂性。
       外来生物入侵会对土著生态系统生物多样性和生态系统功能产生深远影响。外来生物可以改变本地生物多样性的季节性模式提升其入侵能力。已有研究多关注外来植物入侵对地上和地下生物群落的影响,对于外来动物入侵如何影响岛屿生态系统的土壤生物多样性尚缺乏清晰地认识。
      中国科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站华南植物园恢复生态学任务团队吴文佳助理研究员和王俊研究员,基于对我国西沙群岛的调查(图-1),发现非洲大蜗牛入侵对原生土壤生物多样性的影响与采样季节密切相关。蜗牛入侵在干季增加土壤真菌生物量、微生物多样性和线虫丰度,而在湿季减少;蜗牛入侵增加了螨虫丰度和多样性,而但降低了土壤酶活性;蜗牛入侵使土壤线虫群落组成、真菌细菌比值和革兰氏阳性细菌:革兰氏阴性细菌比值的季节性差异均一化;蜗牛入侵对低营养级土壤生物类群的影响不大,但对高营养级的土壤生物类群的影响更显著,土壤水分、土壤有机碳、速效磷和钾是重要的驱动因子(图-2)。研究结果表明,非洲大蜗牛的入侵通过改变土壤资源有效性来削弱原生土壤生物多样性的季节性变化,微生物、线虫和螨虫对蜗牛入侵和季节的差异响应表明了土壤生物多样性对土壤生态系统变化响应的复杂性。研究结果对提升外来生物入侵影响热带珊瑚岛生态系统结构和功能的机制性理解具有重要意义。
      相关研究成果在线发表在国际期刊Plant and Soil(《植物与土壤》)上。华南植物园恢复生态学任务团队吴文佳助理研究员和王俊研究员为共同第一作者,刘占锋研究员为通讯作者,该研究得到国家重点研发计划项目和国家自然科学基金等资助。论文链接:https://doi.org/10.1007/s11104-024-06508-x
      图1. 非洲大蜗牛在热带珊瑚岛的入侵状况。
      图2. 非洲大蜗牛入侵对热带珊瑚岛土壤生物多样性的影响。
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    2024-02-08
  • 南海海洋所海洋微生物活性物质在农牧业抗虫方面应用取得新进展

      近期,中国科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站南海海洋研究所携手南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)与中国农业科学研究院深圳基因组研究所、大连理工大学合作开发的专利技术“深海放线菌11791在制备防治农牧业鳞翅目害虫药物中的应用”(ZL 202111348237.5)及 “双吲哚吡咯类化合物的应用”(ZL 202110493094.0)成功向河北中保绿农作物科技-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站·ios/安卓/手机版app下载进行了实施许可。
      鳞翅目害虫做为农牧业生产中的常见害虫,具有寄主范围广、繁殖快、危害重、抗药性强及长距离迁飞能力等特性,每年对农牧业造成巨大经济损失。加强鳞翅目害虫的防治,不仅可以提高农牧作物的产量和质量,还能起到保护作物健康生长,助力国家“碳中和”目标实现的效果。       
      根据研究显示,深海放线菌(Streptomyces sp. SCSIO 11791)的发酵制剂对鳞翅目害虫小菜蛾等具有良好杀灭效果,可用于该类害虫引起的农作物的病虫害防治;该菌所产双吲哚吡咯类活性化合物对鳞翅目害虫的几丁质酶OfChi-h的抑制效果显著。进一步对鳞翅目害虫的抗虫效果显示其对农业害虫粘虫、亚洲玉米螟和草地贪夜蛾有很好的防治活性,当活性化合物浓度为2.5 mM时,粘虫、亚洲玉米螟和草地贪夜蛾生长速度减慢,体型瘦小;在浓度为10 mM时,可以使粘虫、亚洲玉米螟和草地贪夜蛾4-8天全部死亡;而将该活性化合物以不同形式最大浓度喂养鳞翅目害虫的天敌赤眼蜂(益虫)时,对其都没有毒性(如下图1)。显示出该类活性化合物在防治鳞翅目害虫方面的专一性以及良好的绿色环保应用前景(J. Agric. Food. Chem. 2021, 69(47),14086-14091.)。 
      图1. 活性次级代谢产物lynamycin B对粘虫、玉米螟和草地夜贪蛾的防治效果
      A:不同浓度下lynamycin B的致死率;B:通过不同方式喂养10 mM的lynamycin B后,益虫赤眼蜂的生存率;C:喂养不同浓度的lynamycin B后,对相应鳞翅目害虫的防治效果。
      该技术市场化应用,是我所海洋药物“研用”结合的首次重要实践。海洋微生物不仅是重要的药物资源,也是新型微生物制剂的源泉。海洋微生物活性物质在农牧业抗虫、护绿中的成功应用,将不仅提高农牧业产品的产量和质量,还将提升农牧业“碳汇”系统的能力,为国家“碳中和”目标的早日实现贡献力量。       
      专利ZL 202111348237.5第一完成单位为中国科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站南海海洋研究所,本所中国科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站热带海洋生物资源与生态重点实验室(LMB)、广东省海洋药物重点实验室副研究员宋永相为第一完成人,研究员鞠建华、研究员李洁为共同完成人。副研究员宋永相为该专利关键性论文(Lynamicin B is a Potential Pesticide by Acting as a Lepidoptera-Exclusive Chitinase Inhibitor, J. Agric. Food. Chem. 2021, 69(47), 14086-14091)的共同通讯作者。       
      该项科研成果得到了广东省本土创新创业团队项目、南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)人才团队引进重大专项、国家基金面上项目、海南省重大科技计划项目等的支持。       
      论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.1c05385       
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    2024-01-29
  • 红树林真菌来源抗骨质疏松药物先导物发现和机制研究获新进展

      近日,中国科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室(LMB)刘永宏团队在海洋来源抗骨质疏松药物先导物的发现领域取得重要进展。团队从红树林根和根际土壤来源的两株青霉真菌中分别筛选发现了可作为抗骨质疏松药物先导化合物的坦桑瓦酸和雌诱素类衍生物并阐明作用机制,成果分别发表在《药物化学杂志》(Journal of Medicinal Chemistry)和《欧洲药物化学杂志》(European Journal of Medicinal Chemistry)上。
      骨质疏松症是一种全身性代谢性骨病,由于骨吸收超过骨形成而导致骨量减少和髓腔扩张,表现为骨脆性增加和骨折风险提高。随着人口老龄化速度的加快,骨质疏松症已成为中国乃至全球的重大公共卫生问题。目前,地诺单抗和唑来膦酸是骨质疏松症治疗的代表性药物,能有效抑制破骨细胞分化,但都伴随着严重的副作用。因此,寻找新型抗骨质疏松药物先导物至关重要。红树林处于具有高盐、低氧、强紫外辐射和频繁的潮汐特点的海陆潮间带。在特殊的生态环境下,红树林共附生和底泥来源微生物可产生化学结构新颖和具有独特生物活性的代谢产物,是药物先导化合物的重要来源。
      团队运用HPLC-DAD和GNPS分子网络技术,从湛江沿海红树林的根部来源内生真菌Penicillium steckii SCSIO 41025中定向分离鉴定坦桑瓦酸(Tanzawaic acid)衍生物40个,含22个新化合物。其中新化合物penicisteck acid F显著抑制NF-κB荧光素酶活性和破骨细胞的生成。机制研究表明,penicisteck acid F降低了RANKL诱导的IκBα降解、NF-κB p65核转位、NFATc1的激活和核转位以及相关mRNA的表达。通过细胞热转移实验、表面等离子共振以及基因敲除实验证明,NF-κB p65是penicisteck acid F抗骨质疏松的潜在作用靶标。动物实验证明penicisteck acid F可显著减轻去卵巢小鼠的骨质疏松症。药代动力学实验表明坦桑瓦酸类药物先导化合物具有较好的成药性。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”为题发表在Journal of Medicinal Chemistry上,博士后陈春梅为论文第一作者,研究员刘永宏、研究员周雪峰和广西师范大学副教授谭艳辉为共同通讯作者。
      团队从红树林根际土壤来源青霉真菌SCSIO 41410中分离鉴定了13个结构新颖的雌诱素(sirenin)衍生物,其中eupenicisirenin C显著抑制NF-κB荧光素酶活性和破骨细胞的生成。进一步研究表明,eupenicisirenin C对cGAS-STING信号通路具有抑制作用,对RANKL诱导的破骨细胞分化具有显著的抑制作用。在泼尼松龙诱导的斑马鱼骨质疏松症模型中,eupenicisirenin C显示出显著的治疗潜力,其作用机制与调节细胞外基质受体相互作用相关通路相关。成果以“Discovery of a novel anti-osteoporotic agent from marine fungus-derived structurally diverse sirenins”为题发表在European Journal of Medicinal Chemistry上,博士生蔡健为论文第一作者,研究员周雪峰、山东省科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站生物研究所研究员靳梦和广西师范大学副教授谭艳辉为共同通讯作者。
      以上研究基于海洋微生物天然产物和药理学的深度合作,为治疗骨质疏松症等骨骼疾病提供了两种具有应用前景的海洋来源新颖抗骨质疏松药物先导化合物。成果申请了相关专利。以上研究工作得到了国家自然科学基金项目、广东省基础与应用基础研究基金、广东省特支计划团队项目和国家资助博士后研究人员计划等资助。
      图1 Penicisteck acid F通过降低RANKL诱导的IκBα降解、NF-κB p65核转位、NFATc1的激活和核转位以及相关mRNA的表达抑制骨质疏松症
      图2 Eupenicisirenin C通过上调细胞外基质中骨钙化相关基因表达改善斑马鱼骨质疏松
      文章链接:https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.3c01748 
      文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0223523423010358
      
    2024-02-04
  • 华南植物园创建快速高效植物遗传转化方法
    植物遗传转化技术是植物基因工程和现代农业分子育种的必要工具。然而,现有的植物遗传转化方案复杂且效率较低,制约了多数资源植物或农作物的遗传改造,已成为植物资源开发和利用的技术障碍。因此,开发高效且多应用的植物遗传转化技术已成为植物或农业科研领域的重要研究方向。基于植物主动再生能力及无性繁殖的特点,此方法有望应用于更广泛的植物物种,实现更多特色资源植物和经济作物的性状改良与种质创新,以推动相关领域的基础研究和应用研究发展,为特色植物的高效遗传改良和现代农业育种应用提供理论和方法支撑。
       植物遗传转化技术是植物基因工程和现代农业分子育种的必要工具。然而,现有的植物遗传转化方案复杂且效率较低,制约了多数资源植物或农作物的遗传改造,已成为植物资源开发和利用的技术障碍。因此,开发高效且多应用的植物遗传转化技术已成为植物或农业科研领域的重要研究方向。
      中国科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站华南植物园农业与生物技术研究中心植物发育与品质调控研究组(PI:侯兴亮研究员)科研人员,经过多年探索和研究,成功建立了一种以植物主动再生能力为基础的新型植物遗传转化方法(Regenerative Activity-dependent in Planta Injection Delivery,RAPID)。该研究利用强再生能力植物甘薯,进行多种递送方式测试,发现通过甘薯茎段注射递送方法能快速获得阳性器官和转化个体,同时在农杆菌菌种、侵染浓度、化学活性剂等方法条件上对转化效率进行优化提升,并完成了多种报告基因和遗传编辑工具的应用,随后通过遗传学和细胞学分析方法确认了植物分生组织高效转染以及新生转化器官个体的快速再生,是迅速高效地获得稳定转基因植株的根本原因。目前,RAPID方法已成功应用于甘薯、马铃薯、厚藤等无性繁殖的经济作物或资源植物。
      与传统遗传转化方法相比,RAPID方法具有较高的转化效率(提高20至100倍),操作流程更为简便(缩短2至3倍),且无需昂贵且复杂的组织培养过程。RAPID方法克服了传统方法在快速遗传转化方面的局限性,打破了各类资源植物开发和利用的瓶颈。基于植物主动再生能力及无性繁殖的特点,此方法有望应用于更广泛的植物物种,实现更多特色资源植物和经济作物的性状改良与种质创新,以推动相关领域的基础研究和应用研究发展,为特色植物的高效遗传改良和现代农业育种应用提供理论和方法支撑。
      相关研究结果以Resource article形式近期在线发表于国际学术期刊Plant Communications(《植物通讯》)(IF5year = 10.5)上,相关技术方法已获得国家发明专利授权(ZL 202110705309.0)。华南植物园梅果果硕士和陈澳硕士为论文共同第一作者,侯兴亮研究员和刘旭副研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了广东省重点领域研发计划、广州市科技计划、国家自然科学基金广东省联合基金等项目的支持。论文连接:https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.100822
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    2024-02-05
  • 《东莞林下经济植物图鉴》出版发行
    2月1日获悉,中国科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站华南植物园、东莞市林业局与东莞市林业科学研究所等单位合作出版的《东莞林下经济植物图鉴》由华中科技大学出版社出版发行作为2024年“绿美东莞、品质林业”系列丛书的首发专著。该书的出版获得东莞市财政项目“东莞市林下经济种质资源收集与示范” ( 2021-2023 )的资助。经过近3年的野外调查,并通过与林下经济相关的企事业单位和林农的走访,编写组详细了解东莞市林下经济产业发展信息,结合植物标本和资料信息,整理出东莞市林下经济植物名录共计148科451属735种,包括蕨类植物24科32属46种,裸子植物1科1属2种,被子植物124科419属687种。
       2月1日获悉,中国科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站华南植物园、东莞市林业局与东莞市林业科学研究所等单位合作出版的《东莞林下经济植物图鉴》由华中科技大学出版社出版发行作为2024年“绿美东莞、品质林业”系列丛书的首发专著,该书的出版获得东莞市财政项目“东莞市林下经济种质资源收集与示范”(2021-2023)的资助。
      东莞市位于广东省中南部,地处东经113°31'~114°15',北纬22°39~23°09',东西长约70.45 km,南北宽约46.8 km,陆地面积2465 km2。东莞市地形复杂,气候条件优越,孕育了丰富的植物资源,共有野生维管植物1630种(含种下单位),但许多植物资源尚未得到有效开发利用。全市林地面积67.1532 hm2,其中有林地62.299.1 hm2,森林覆盖率达36.2%,林下经济发展空间大。
      林下经济是以林地资源、林下空间和森林生态环境为依托,以林下种植、养殖、采集、初级加工、森林景观利用为主要形式,开发利用林地资源和林荫空间的复合生产经营活动。林下经济是在中国林业发展战略实现根本转变和集体林权制度改革取得重大进展的特定历史条件下出现的新生事物,是顺应新时期中国林业经济社会发展规律的必然产物。发展林下经济已经成为增加林地产出、提高林业效益、解决“三农”问题和助力乡村振兴的重要渠道。2012年国务院办公厅下发《关于加快林下经济发展的意见》,明确指出“在保护生态环境的前提下,以市场为导向,科学合理利用森林资源”。
      为合理利用林下空间,发掘适合东莞市林地种植的经济植物,中国科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站华南植物园物种多样性保育与利用研究团队和东莞市林业科学研究所,联合对东莞市内的林下植物资源进行系统调查。经过近3年的野外调查,并通过与林下经济相关的企事业单位和林农的走访,编写组详细了解东莞市林下经济产业发展信息,结合植物标本和资料信息,整理出东莞市林下经济植物名录共计148科451属735种,包括蕨类植物24科32属46种,裸子植物1科1属2种,被子植物124科419属687种,双子叶植物105科344属563种,单子叶植物19科75属124种。在对东莞市林下经济植物资源名录进一步评价的基础上,筛选出305种有市场开发前景的种类编撰成书,图文并茂地介绍其种类、科属、分布、性状、应用价值、保护等级等信息,旨在为后续林下经济植物的保护和开发提供科学数据支撑。
      《东莞林下经济植物图鉴》一书内容丰富,通俗易懂。本书的出版可为林业技术、植物资源调查、保护和管理、科普教育等从业人员提供本区域植物物种多样性的基础信息,也为粤港澳大湾区林下经济植物资源开发利用、绿美广东生态和经济建设提供参考。
      《东莞林下经济植物图鉴》封面
      
    2024-02-01
  • 华南植物园对土壤磷含量和光照强度对珊瑚岛飞机草竞争力的影响机制研究获进展
    外来植物入侵对全球性的社会经济和环境造成严重破坏,飞机草是全球最普遍的入侵植物之一。相比于陆地生态系统,外来植物入侵海岛生态系统将造成更严重的后果。近年来,飞机草入侵西沙群岛植被及生态系统,已成为对西沙群岛原生植被危害最大的入侵植物之一,并随着西沙群岛的鸟粪输入的减少进一步扩散。然而,热带珊瑚岛上光照和土壤磷浓度对飞机草与本地乡土植物竞争能力的影响尚不清晰。该研究以飞机草和西沙群岛本地优势物种草海桐和抗风桐为研究对象,设置不同光照(低光照和全光照)和土壤有效磷含量(低磷、中磷和高磷)的控制实验。图.土壤有效磷含量和光照强度对飞机草、草海桐和抗风桐相对生长速率的影响。
       外来植物入侵对全球性的社会经济和环境造成严重破坏,飞机草是全球最普遍的入侵植物之一。相比于陆地生态系统,外来植物入侵海岛生态系统将造成更严重的后果。近年来,飞机草入侵西沙群岛植被及生态系统,已成为对西沙群岛原生植被危害最大的入侵植物之一,并随着西沙群岛的鸟粪输入的减少进一步扩散。然而,热带珊瑚岛上光照和土壤磷浓度对飞机草与本地乡土植物竞争能力的影响尚不清晰。
      该研究以飞机草和西沙群岛本地优势物种草海桐和抗风桐为研究对象,设置不同光照(低光照和全光照)和土壤有效磷含量(低磷、中磷和高磷)的控制实验。研究发现,低光照能够显著抑制这三种植物的生长。在全光照条件下,飞机草的生长表现为中磷高于低磷和高磷,表明一定范围内,磷促进飞机草生长,但超过一个阈值就会抑制它生长;而草海桐的生长与磷含量呈正相关。土壤磷含量对飞机草竞争能力的影响受到光照和物种的调控,且高磷显著降低了飞机草对抗风桐的竞争优势。低光高磷能够显著降低飞机草与本地植物的竞争能力。科研人员提出通过保护原生植被以减少林下光照及增加海鸟和鸟粪输入的磷肥,防控飞机草的思路,为热带珊瑚岛植物入侵提供了新的防控策略。
      相关研究成果已近期发表在国际传统学术期刊Biological Invasions (《生物入侵》)。中国科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站华南植物园植被与景观生态学研究组博士研究生黄露平和硕士毕业生廖蒙承为共同第一作者,简曙光研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发项目和广东省科学技术项目的资助。论文链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s10530-023-03186-1
      图. 土壤有效磷含量和光照强度对飞机草、草海桐和抗风桐相对生长速率的影响
      
    2024-02-01
  • 太平洋热带不稳定波(TIWs)的历史长期变化趋势获揭示
        近日, 中国科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室(LTO) 海洋动力热力过程 课题组 杜岩团队,在赤道太平洋海洋动力长期变化研究方面取得新进展, 相关成果以 “ Intensification of Pacific tropical instability waves over the recent three decades ” 为题 , 发表在Nature Climate Change 。LTO 助理 研究员 王闵杨 为第一作者 , LTO 研究员 杜岩 和 美国斯克里普斯海洋研究所教授 Shang -Ping Xie 同 为 通讯作者 ,日本海洋地球科学技术机构(JAMSTEC) 教授 Hideharu Sasaki 和 教授 Masami Nonaka 为共同作者。
      热带不稳定波(Tropical Instability Waves, TIWs)是热带太平洋最显著的中尺度动力过程之一,由赤道流系的剪切不稳定产生,表现为赤道东太平洋海表流场和海表温度的月周期、1000km级扰动(图1a)。TIWs海流扰动将赤道区域上涌的冷海水与赤道外暖海水经向搅拌混合,影响赤道区域营养盐分布和热量收支平衡,进而影响海洋生态环境和气候长期变化。自20世纪90年代以来,热带太平洋经历了类似拉尼娜现象的平均状态变化,影响太平洋沿岸乃至全球的气候和天气变化(如台风和ENSO等)。然而,由于赤道海流缺乏观测,以及卫星高度计数据难以计算赤道海流,TIWs等赤道动力过程的长期演变规律仍不清楚,这限制了我们对热带太平洋气候长期变化的理解与预估。  
      为解决卫星高度计诊断赤道海表流场的难题,研究团队自主提出了卫星高度计诊断非平衡态海表流场的动力方程,考虑了加速度项与压强梯度力平衡,而不是传统的地转平衡。利用该方程,我们首次诊断出TIWs近30年的海表流场数据,结果与锚定浮标观测十分接近。基于该数据,我们发现TIWs在此期间持续增强,其海流涡动能(eddy kinetic energy, EKE)每十年增长12%(图1b粗红线)。同时利用其他3套独立数据进行了对比验证:卫星观测海表温度(1982-2021,品红线)、热带海洋锚定浮标观测的海流数据(1980s-2020,黑线)以及1/10°涡分辨率全球大洋环流模式数据(OFES2,1958-2021,蓝线),结论与卫星高度计诊断结果一致。  
       
      图1.太平洋热带不稳定波(TIWs)现象及其强度长期变化序列。a.日平均卫星海表温度;b. TIWs强度多年代际序列(红色:卫星高度计EKE;黑色:锚定浮标单点观测EKE;品红:卫星海表温度经向梯度的方差;蓝色:OFES2模拟EKE,灰色阴影是模式集合)。细线:年平均,粗线:9年滑动平均,已去除1993-2021年气候态平均。  
      大尺度海洋环流和海温风场的趋势分析表明,TIWs增强的动力机制是源于热带东太平洋气候近30年赤道南北不对称变化。赤道以北增暖更快(图2a),伴随跨赤道南风增强、赤道海流加速(图2c),使海流剪切加强、TIWs增强。伴随TIWs增强,我们发现TIWs的经向搅拌效应加强,使冷舌区的非线性加热效应每十年增加23%,在海洋长期热收支平衡中不可忽视,是近期热带东太平洋气候态变冷的负反馈项。说明TIWs在响应气候变化的同时,反馈影响着热带太平洋的海温变化。目前大部分气候模式由于分辨率较粗(1°×1°)无法分辨TIWs过程,因此无法反映TIWs对冷舌的非线性加热效应,可能造成一定的模拟偏差(比如赤道冷舌区的冷偏差),未来气候模拟和预估需要考虑TIWs这一反馈作用(比如通过参数化或者提高模式分辨率)。  
       
      图2. 近30年热带太平洋海温、风场和海表环流的变化趋势。a. 海表温度和海面风场趋势;b. 东太跨赤道海温不对称变化(海表温度北侧减南侧);c. 海表高度和海表流场趋势;d. 南赤道流(SEC,0°-4°N平均)流速长期变化。b/d为9年滑动平均,已去除1993-2021年气候态平均。  
      该研究揭示了太平洋TIWs对历史气候变化的显著响应,表明TIWs深度参与并反馈影响气候变化,这一结果为研究海洋多尺度动力过程响应和影响气候变化提供参考。  
      该研究获得国家自然科学基金(42090042,42106024)、中科院国际合作项目(133244KYSB20190031,183311KYSB20200015)、LTO自主研究项目(LTOZZ2203)及南海所自主部署项目(SCSIO202201)等项目的联合资助。  
      相关论文信息:Wang, M., Xie, SP., Sasaki, H. et al. Intensification of Pacific tropical instability waves over the recent three decades. Nat. Clim. Chang. (2024). 
      论文链接:https://doi.org/10.1038/s41558-023-01915-x  
      
    2024-02-01
  • 广州健康院在固有手性化合物不对称合成与应用取得新进展
    近日,中国科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站广州生物医药与健康研究院朱强/罗爽课题组通过钯催化的七元环腙衍生物与溴(氯)化苄进行反应,对映选择性地合成了多种固有手性的三苯并轮烯衍生物。相关研究成果以“Inherently Chiral 9-Benzylidene-9H-tribenzo[a,c,e][7]annulene: Enantioselective Synthesis and Application as a Ligand Platform”为题发表在Chem Catalysis上。
      近日,中国科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站广州生物医药与健康研究院朱强/罗爽课题组通过钯催化的七元环腙衍生物与溴(氯)化苄进行反应,对映选择性地合成了多种固有手性的三苯并轮烯衍生物。相关研究成果以“Inherently Chiral 9-Benzylidene-9H-tribenzo[a,c,e][7]annulene: Enantioselective Synthesis and Application as a Ligand Platform”为题发表在Chem Catalysis上。
      手性是很大比例分子的基本几何特性,手性分子广泛应用于药物、农药和功能材料。造成分子具有手性的因素通常包括手性中心、手性轴和手性平面等分子局部的结构特征,也有像螺旋结构这样的分子整体结构特征。德国化学家B?hmer在深入研究杯[4]芳烃的手性现象后,于1994年提出了固有手性的概念(J. Inclusion Phenom. Mol. Recognit. Chem. 1994, 19, 17-39)。“固有手性”用于描述除上述常见手性因素以外的另一种分子整体的结构特征,即具有一定刚性的曲面分子。除了杯[4]芳香烃之外,固有手性还存在于一些直观上无手性的中等大小的环状结构中。例如,四邻亚苯是一个由四个邻位连接的苯环组成的八元多芳烃,具有独特的鞍状构象,其异构体之间具有极高的转化能垒(ΔG约80千卡/摩尔)(图1)。
      在过去的几十年里,人们对中心手性、轴向手性、平面手性和螺旋手性的研究非常深入,取得了许多优异的成果。但是,人们对固有手性分子的手性特征,不对称合成研究,以及它们在生物活性及光学材料等方面的应用却远远落后。这是因为固有手性中环分子的非平面但稳定的构象通常被忽略,它们被常常视为非手性的平面分子;或者即使认为它们具有非平面的构象,也认为这些构象是动态的,不稳定的。朱强/罗爽团队在成功实现两类氮杂八元环固有手性化合物的不对称合成以后,再次实现了对更具挑战性的全碳七元环,即固有手性三苯并轮烯衍生物的不对称合成。在这项研究中,研究人员通过钯催化的七元环腙衍生物为卡宾前体与苄基溴进行反应,在温和的条件下,高产率、优异对映选择性地合成了多种固有手性的三苯并轮烯衍生物。密度泛函理论计算揭示了在这一过程中决定立体化学的步骤是通过卡宾迁移插入和β-氢消除形成外环双键,通过不对称的β-氢消除来控制产物的手性。这种只通过β-氢消除而产生手性的例子非常罕见(图2)。同时,研究人员发现从其中一个固有手性产物衍生出的手性膦配体1在不对称的Tsuji-Trost反应和1,4-加成反应中表现出卓越的催化性能,表明固有手性的三苯并轮烯衍生物是设计新手性配体和催化剂的优秀骨架(图3)。再次证明了长期被忽视的固有手性可以在不对称合成乃至更多的领域大有可为。
      综上,朱强/罗爽课题组实现了对三苯并轮烯衍生物的首次催化和高度对映选择性合成。在温和条件下,以良好的产率和优异的对映选择性获得了多种固有手性的三苯并轮烯衍生物。从这一刚性和固有手性的结构衍生出的手性膦配体1被证明是一类优秀的手性配体。密度泛函理论(DFT)计算确认了反应机制,同时也阐明了观察到的对映选择性的起源。
      该论文的第一作者是2021级博士研究生王希龙,通讯作者是朱强研究员和罗宇博士。罗爽研究员为该论文的DFT计算部分提供了支持,2019级硕士王潮琴对该课题做了初始探索。该研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、广西自然科学基金等项目的支持。
      论文链接
      图1. 不对称合成八元、七元环固有手性骨架进展
      图2. 钯催化不对称合成三苯并轮烯衍生物
      图3.三苯并轮烯衍生物作为手性配体的应用
      
    2024-02-01
  • 南海海洋所海洋微生物活性物质在农牧业抗虫方面应用取得新进展

      近期,中国科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站南海海洋研究所携手南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)与中国农业科学研究院深圳基因组研究所、大连理工大学合作开发的专利技术“深海放线菌11791在制备防治农牧业鳞翅目害虫药物中的应用”(ZL 202111348237.5)及 “双吲哚吡咯类化合物的应用”(ZL 202110493094.0)成功向河北中保绿农作物科技-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站·ios/安卓/手机版app下载进行了实施许可。
      鳞翅目害虫做为农牧业生产中的常见害虫,具有寄主范围广、繁殖快、危害重、抗药性强及长距离迁飞能力等特性,每年对农牧业造成巨大经济损失。加强鳞翅目害虫的防治,不仅可以提高农牧作物的产量和质量,还能起到保护作物健康生长,助力国家“碳中和”目标实现的效果。  
      根据研究显示,深海放线菌(Streptomyces sp. SCSIO 11791)的发酵制剂对鳞翅目害虫小菜蛾等具有良好杀灭效果,可用于该类害虫引起的农作物的病虫害防治;该菌所产双吲哚吡咯类活性化合物对鳞翅目害虫的几丁质酶OfChi-h的抑制效果显著。进一步对鳞翅目害虫的抗虫效果显示其对农业害虫粘虫、亚洲玉米螟和草地贪夜蛾有很好的防治活性,当活性化合物浓度为2.5 mM时,粘虫、亚洲玉米螟和草地贪夜蛾生长速度减慢,体型瘦小;在浓度为10 mM时,可以使粘虫、亚洲玉米螟和草地贪夜蛾4-8天全部死亡;而将该活性化合物以不同形式最大浓度喂养鳞翅目害虫的天敌赤眼蜂(益虫)时,对其都没有毒性(如下图1)。显示出该类活性化合物在防治鳞翅目害虫方面的专一性以及良好的绿色环保应用前景(J. Agric. Food. Chem. 2021, 69(47),14086-14091.)。 
      图1. 活性次级代谢产物lynamycin B对粘虫、玉米螟和草地夜贪蛾的防治效果
      A:不同浓度下lynamycin B的致死率;B:通过不同方式喂养10 mM的lynamycin B后,益虫赤眼蜂的生存率;C:喂养不同浓度的lynamycin B后,对相应鳞翅目害虫的防治效果。
      该技术市场化应用,是我所海洋药物“研用”结合的首次重要实践。海洋微生物不仅是重要的药物资源,也是新型微生物制剂的源泉。海洋微生物活性物质在农牧业抗虫、护绿中的成功应用,将不仅提高农牧业产品的产量和质量,还将提升农牧业“碳汇”系统的能力,为国家“碳中和”目标的早日实现贡献力量。  
      专利ZL 202111348237.5第一完成单位为中国科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站南海海洋研究所,本所中国科-开云·kaiyun网页版登录(中国)官方网站热带海洋生物资源与生态重点实验室(LMB)、广东省海洋药物重点实验室副研究员宋永相为第一完成人,研究员鞠建华、研究员李洁为共同完成人。副研究员宋永相为该专利关键性论文(Lynamicin B is a Potential Pesticide by Acting as a Lepidoptera-Exclusive Chitinase Inhibitor, J. Agric. Food. Chem. 2021, 69(47), 14086-14091)的共同通讯作者。  
      该项科研成果得到了广东省本土创新创业团队项目、南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)人才团队引进重大专项、国家基金面上项目、海南省重大科技计划项目等的支持。  
      论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.1c05385  
      
    2024-01-29
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