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              科研進展
              • 廣州能源所在纖維素復配酶開發與應用方面獲進展

                  木質纖維素類生物質是地球上最豐富的有機可再生碳源,以其為原料制備纖維素基燃料和化學品是當前生物質轉化領域的研究熱點之一。通過預處理破壞木質纖維素的抗降解屏障,并耦合生物酶法水解其中的纖維素成分構建糖平臺,是木質纖維素糖基化的主流技術手段,也是制備纖維素乙醇的基礎。由于木質纖維素組分與結構的異質性和多樣性,其充分降解需依賴于適配的多種纖維素酶與輔酶的協同作用。但在實際應用中,常存在酶系組成不全、酶種分布不均、酶的專一性與底物匹配性不足等問題,造成木質纖維素酶解效率低,極大地限制了秸稈、楊木等農林廢棄物的資源化利用。 
                  針對以上問題,中國科學院廣州能源研究所生物質能生化轉化研究室以楊木為代表性原料,將選育出的青霉菌、粗糙脈孢菌和嗜熱子囊菌等多菌種混合,通過固態發酵誘導產出高活性、多酶種的纖維素復合酶系,有效提升了楊木酶解糖化效率。相關研究成果發表于Chemical Engineering Journal。 
                  研究采用混料設計法考察了四種青霉菌和兩種裂解多糖單加氧酶(LPMOs)發酵菌種在不同配比下混合發酵。利用多菌種之間互利共棲的協同作用,使發酵酶的產率提高且酶系比例協調,改進了單一菌種發酵效率低、酶組分不全的缺點。從纖維素酶解效率可知,在青霉菌混菌發酵的基礎上,加入LPMOs發酵菌種的混酶液可顯著提高楊木的酶解率。以諾維信纖維素酶作為參照,通過多種酶活測定和發酵菌種的轉錄組學分析可知,混菌發酵酶液在多樣性糖苷水解酶類(GH家族)、糖苷轉移酶類(GT家族)、多糖裂解酶(PL家族)和糖酯酶類(CE家族)等方面具有明顯優勢,可有效增強半纖維素及纖維素組分的化學鍵斷裂。 
                  為進一步提高楊木的酶解效率,研究將上述發酵所產的纖維素酶與諾維信纖維素酶Cellic CTec 2進行復配,形成具有定向降解優勢的新型復配酶,成功將楊木的酶解效率提升至88%以上,顯著優于兩種酶系單獨使用的結果。后續研究進一步表明,該團隊制備的混菌菌劑和發酵酶液可直接用于秸稈等木質纖維素的降解,強化預處理和水解過程,對商品酶的替代率高達80%。研究成果有望應用于飼料加工、纖維素乙醇等領域,為降低農林廢棄物生物質轉化的用酶成本、促進低碳綠色纖維素高值化利用做出一定貢獻。 
                  該研究工作得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金等的支持。 
                  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139352 
                  混菌發酵產高活性纖維素復合酶系
                  發酵菌種轉錄組學分析
                  發酵酶與商品酶復配增效楊木水解
                  
                2022-10-13
              • 廣州健康院發現Cancer-Testis基因能夠造成持久的染色體不穩定現象

                  近日,中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院Alexander Strunnikov團隊在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,PNAS在線發表了題為
                  Ectopic expression of meiotic cohesion generates chromosome instability in cancer cell line 的研究論文。
                  腫瘤-睪丸(Cancer-Testis,CT)蛋白的表達實際上是一個很容易被忽視的表觀遺傳現象。在癌癥中被激活的減數分裂相關基因也可能與腫瘤發生時的染色體不穩定性有關。在有絲分裂和減數分裂過程中染色體分離所必需的cohesin復合物蛋白中,生殖細胞的cohesin(mei-cohesin)蛋白亞基SMC1B、STAG3、REC8和RAD21L也在一些癌癥中表達,為了闡明這些蛋白在癌癥基因組不穩定性中的潛在作用,本研究采用了兩種方法:1.在正常靈長類動物睪丸組織中進行表觀基因組學研究;2.比較分析人類癌細胞和異位表達減數分裂cohensin蛋白復合物后的永生化細胞的差異。
                  對食蟹獼猴睪丸組織進行ChIP-on-ChEP-seq實驗,結果發現mei-cohesin亞基與生殖系染色體的結合存在重疊模式。它們在很大程度上與BORIS/CTCFL結合的位點相同,而不是體細胞cohesin相關的CTCF位點。在人體細胞系中重構兩種mei-cohesin復合物表明,它們能夠穩定地結合染色體全基因組并影響體細胞基因的表達。雖然REC8復合物的異位誘導表達對細胞的有絲分裂影響有限,但RAD21L復合物的表達則導致了大量的染色體重組(這使人聯想到減數分裂前期的軸向元件組裝),從而導致DNA損傷、有絲分裂延遲、錯誤分離及多倍體現象。此外,大部分表達RAD21Lcohesin的細胞在長時間的阻滯期間依然能夠保持高活力,并且在去掉誘導劑后仍然恢復增殖且伴隨有大量的染色體突變。
                  這項研究為RAD21L1在腫瘤中的表達不足提供了合理的解釋。同時也證明了CT基因可能是體細胞和癌前細胞中染色體不穩定和非多倍體現象的主要誘導因素。
                  廣州健康院副研究員Boukaba Abdelhalim為第一作者,Alexander Strunnikov為通訊作者。該研究獲得了國家重點研發計劃和廣東省領軍人才等項目的經費支持。
                   
                  人類細胞中RAD21L蛋白復合物異位表達的實驗結果及RAD21L在腫瘤中低表達的圖解模型
                  論文鏈接 https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2204071119
                  
                2022-10-13
              • 廣州健康院揭示糖基轉移酶對稱加糖的機制
                  中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院劉勁松課題組和中科院南海海洋所張長生課題組合作,解析了Elaiophylin(洋橄欖葉素)生物合成中的糖基轉移酶ElaGT對稱加糖的機制。相關研究成果近日以Substrate-induced dimerization of elaiophylin glycosyltransferase reveals a novel self-activating form of glycosyltransferase for symmetric glycosylation為題發表在國際晶體學會期刊Acta Cryst. D Struct Biol上。
                  Elaiophylin是一種含有16元環的天然大環內酯類抗生素,具有獨特的C2對稱性,兩端各有一個脫氧糖基。該抗生素結構新穎,具有廣譜的抗菌及抗腫瘤活性等,因此引起廣泛關注。ElaGT(elaiophylin glycosyltransferase)是負責elaiophylin糖基對稱轉移的酶,是潛在的酶學工具,可擴展Elaiophylin及類似物的結構多樣性和活性。
                  研究通過解析4種狀態的ElaGT的結構發現ElaGT在底物誘導下可以形成一種具有連貫通道的二聚體,該通道長度可允許一個Ela分子在通道內穿梭。進一步的結構分析和生化實驗發現,該二聚體的組裝方式與激活子依賴型糖基轉移酶中酶和配體的作用模式類似,其二聚界面可以間接調控糖基結合位點。因此,該酶可能采用的是一種自激活二聚化模式識別并催化糖基轉移。該界面通過多個甲硫氨酸相互作用,突變其中的一個甲硫氨酸可以明顯改變該酶的聚合方式以及結合Ela的能力,這進一步提示該界面是潛在的酶活以及底物特異性的調控位點。
                  該研究為探索同源糖基轉移酶合成具有不同糖基組成和具有新穎活性的類似物提供新思路。
                  廣州健康院劉勁松課題組的副研究員許婷婷以及助理研究員甘慶慶為該文的共同第一作者,劉勁松研究員為通訊作者。該研究獲得呼吸疾病國家重點實驗室、中科院青促會、廣東省生物醫藥計算重點實驗室、廣東省自然科學基金等項目的經費支持。
                  ElaGT自激活對稱加糖的模型圖
                  文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1107/S2059798322008658?sentby=iucr
                  
                2022-10-13
              • 廣州地化所:二氧化硫在城市建筑表面的光化學反應可成為區域大氣中有機硫化合物的重要來源
                 
                  有機硫(OS)化合物是二次有機氣溶膠(SOA)的重要組分,它可以吸收太陽光并且影響顆粒物的吸濕性,影響氣溶膠的成云特性,進而對氣候產生潛在影響,OS的相關研究也因此備受關注。然而,現有的模型研究對SOA總量的估算顯著低于大氣實際觀測值,OS對SOA貢獻仍然未準確量化,解析OS的潛在生成機制對于準確評估其環境和氣候效應具有重要意義。
                  近日,中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室Sasho Gligorovski研究員團隊博士生鄧惠帆等人首次提出在紫外光誘導下,二氧化硫(SO2)與真實環境收集的城市灰垢的非均相反應是城市區域有機硫化合特的一個潛在的重要來源。
                  本研究利用廣州市區收集的城市塵垢樣品,首次評估了SO2在真實城市塵垢樣品的非均相動力學過程,其攝取系數隨著相對濕度增加顯著增加。研究基于實驗室測量的動力學參數把多種真實大氣環境的條件(如相對濕度、灰垢中的活性組分,以及這些組分在氣相和建筑物表面的分配和交換速率)納入動力學模型(KM-SUB)中,評估了影響SO2與城市灰垢非均相反應過程的多種因素。
                  圖1.利用在線高分辨質譜檢測SO2在城市灰垢表面非均相過程的氣相產物。
                  此外,為解析這一復雜的化學過程的生成機制,研究團隊利用二次電噴霧高分辨離子阱質譜在線檢測非均相光化學反應過程(70% RH)的氣相產物,并觀察到OS的生成(圖1);并進一步利用氣相色譜-質譜法對城市灰垢中的有機組分進行表征,其結果解釋了導致OS 生成的活性物質,主要為脂肪酸(35.8%),其次為二羧酸(30.8%),芳香酸(24.3%)和烷烴(7.6%)(圖2)。
                  圖2.正離子模式下反應產物的Van Krevelen圖和城市灰垢的有機組分。
                  最后,研究團隊根據再分析數據(MERRA-2)估算了廣州城市建筑的表面積,計算結果表明廣州市核心區域的建筑表面攝取通量是氣溶膠表面的15倍。據估算,SO2在廣州市建筑表面的非均相光化學反應可以生成約20 ng m-3的含硫有機化合物,這一數值與中國超大型城市所測得的有機硫濃度處在同一數量級(圖3)。
                  圖3. 廣州市建筑物表面積分布、建筑物表面與氣溶膠表面攝取之比及建筑物表面OS排放通量
                  綜合上述研究結果表明,SO2在廣泛分布的城市建筑物表面上的非均相光化學反應轉化是城市大氣環境中OS一個潛在的重要來源。本研究可以為有效評估有機硫(OS)對二次有機氣溶膠(SOA)的貢獻和完善當前空氣質量模型提供重要的科學依據。
                  相關研究成果于近日發表于由美國科學促進會(AAAS)出版的國際重要學術期刊《科學進展》期刊Science Advances。
                  論文信息:
                  HUIFAN DENG(鄧惠帆), PASCALE S. J. LAKEY, YIQUN WANG(王軼群), PAN LI (李盼), JINLI XU(徐瑾立), HONGWEI PANG (龐宏偉), JIANGPING LIU(劉江平), XIN XU(許昕), XUE LI (李雪), XINMING WANG(王新明), YUZHONG ZHANG (張羽中), MANABU SHIRAIWA AND SASHO GLIGOROVSKI, Daytime SO2 chemistry on ubiquitous urban surfaces as a source of organic sulfur compounds in ambient air, SCIENCE ADVANCES, 8 (39). DOI: 10.1126/sciadv.abq6830
                  論文鏈接
                   
                2022-10-09
              • 南海海洋所在俯沖-碰撞轉換帶巖石圈三維變形研究取得新進展

                  近日,中國科學院邊緣海與大洋地質重點實驗室(OMG)聯合香港中文大學,在南海東側馬尼拉海溝北部俯沖-碰撞帶巖石圈三維變形機制方面取得重要研究進展,相關成果發表于國際地學Top期刊Geophysical Research Letters(《地球物理研究通訊》)。 
                  俯沖帶和碰撞造山帶作為板塊匯聚的邊界,是巖石圈變形和地震發生的主要場所。研究表明,板塊在俯沖或碰撞過程中會發生撓曲,當應力超過了板塊的強度,就會形成斷裂,并誘發板內地震。前人通常將俯沖帶和碰撞帶作為兩個獨立系統分別進行研究,而俯沖帶沿著走向轉變為碰撞帶的現象并不罕見,比如阿拉斯加俯沖帶東北部、東爪哇俯沖帶和南海馬尼拉俯沖帶北部。但是目前對于俯沖-碰撞轉換帶的巖石圈變形機制及應力分布的橫向變化了解較少。從俯沖到碰撞,俯沖板塊的密度和上覆板塊的載荷均發生了變化,這對巖石圈變形產生何種影響還有待研究。 
                  為解決這一問題,研究人員以多條穿越馬尼拉俯沖帶北部的地震速度結構剖面為約束(圖1),模擬了馬尼拉海溝北部俯沖-碰撞帶的巖石圈三維板塊撓曲變形,并反演獲得巖石圈剛度、板塊彎矩和剪力等撓曲參數的變化。結果表明,從馬尼拉俯沖帶到臺灣造山帶,板塊剛度與載荷均呈增加趨勢。為了同時擬合所有觀測結果,需要在俯沖-碰撞轉換帶加載一個向上的邊界載荷,理論計算表明,該載荷可能與俯沖板塊從洋到陸密度的差異引起的浮力變化有關。 
                  同時,研究人員根據板塊撓曲形態,計算了板塊的彎曲應力分布(圖2)。結果顯示最大彎曲應力與現今臺灣西南部密集的地震活動一致,表明造山運動的巨大載荷與俯沖板塊的橫向密度變化對巖石圈撓曲變形和地震分布有著重要影響。 
                  本研究揭示了馬尼拉俯沖-碰撞板塊的三維撓曲應力分布板內地震活動的相關性,對于理解俯沖-碰撞帶板內地震分布規律和孕震機制等具有重要意義。 
                  實驗室副研究員張江陽為該論文第一作者,研究員孫珍和香港中文大學副教授楊宏峰為共同通訊作者,研究員張帆為共同作者。本研究受到廣東省人才計劃、國家自然科學基金委、中科院中國-巴基斯坦地球科學中心、香港研究資助局等項目資助。 
                  相關論文信息:https://doi.org/10.1029/2022GL100474 
                  圖1 馬尼拉海溝北部和臺灣碰撞帶的地形圖。a. 研究區的構造背景和地震剖面位置。虛線代表洋-陸邊界。b. 以地震剖面為約束的板塊三維撓曲示意圖 (Eakin et al., 2014; Lester et al., 2013; McIntosh et al., 2013)
                  圖2 巖石圈三維撓曲應力分布結果。a. 三維最大主彎曲應力。藍色橢圓代表板內地震集中的地方。b. 研究區域的地震活動。黑點表示ISC目錄中的地震;震源機制來自GCMT(Mw>4.0)。c - e.不同剖面(子圖b)的應力切片與板內地震的對比結果
                  
                2022-10-13
              • 華南植物園揭示林冠和林下氮添加對南亞熱帶季風常綠闊葉林氮收支的影響
                全球大氣氮沉降的熱點區域雖已由溫帶地區轉移到熱帶和亞熱帶區域,但該區域森林生態系統是否都達到氮飽和狀態仍不清楚。而且模擬大氣氮沉降的方式普遍采用林下氮添加的控制實驗方法,由于沒考慮森林冠層的截留、吸收和淋溶等過程,相關的研究結果仍存在很大的不確定性。中國科學院華南植物園植被與景觀生態學研究組依托廣東省英德市石門臺自然保護區“林冠和林下模擬氮沉降”野外實驗平臺,系統評估了林冠和林下氮添加對南亞熱帶季風常綠闊葉林生態系統氮收支的影響。林下氮添加的控制實驗方法由于沒有考慮森林林冠對氮素的直接吸收以及再分配,低估了大氣氮沉降對森林生態系統的影響。
                   
                  全球大氣氮沉降的熱點區域雖已由溫帶地區轉移到熱帶和亞熱帶區域,但該區域森林生態系統是否都達到氮飽和狀態仍不清楚。而且模擬大氣氮沉降的方式普遍采用林下氮添加的控制實驗方法,由于沒考慮森林冠層的截留、吸收和淋溶等過程,相關的研究結果仍存在很大的不確定性。
                  中國科學院華南植物園植被與景觀生態學研究組依托廣東省英德市石門臺自然保護區“林冠和林下模擬氮沉降”野外實驗平臺,系統評估了林冠和林下氮添加對南亞熱帶季風常綠闊葉林生態系統氮收支的影響。研究發現,6年連續氮添加(25和50 kg ha-1 yr-1)并沒有使南亞熱帶季風常綠闊葉林達到氮飽和狀態。添加的氮素主要被森林植被所吸收,相比于對照,氮添加處理使植被氮庫增加了120-412%。植物主要通過增加器官的氮濃度吸收添加的氮素,而并沒有改變生物量水平。林下氮添加的控制實驗方法由于沒有考慮森林林冠對氮素的直接吸收以及再分配,低估了大氣氮沉降對森林生態系統的影響。未來需要更多的林冠模擬氮添加的控制實驗方式準確評估大氣氮沉降對不同氣候區域森林生態系統的影響。
                  相關的研究結果已近期發表在國際學術期刊Science of the Total Environment (IF2021 = 10.753)上。華南植物園博士后田洋和王俊副研究員為論文共同第一作者,任海研究員和陸宏芳研究員為論文的共同通訊作者。研究得到了廣東省重點領域研發計劃項目的資助。
                  論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.158546
                  圖:林冠(A)和林下(B)氮添加50 kg ha-1 yr-1對南亞熱帶季風常綠闊葉林氮收支的影響。圖中百分比表示相比對照變化的比例,正值表示增加,負值表示降低。
                  
                2022-09-21
              • 華南植物園發現植被去除可快速改變熱帶原始林土壤微生物群落結構
                林下植被是森林生態系統的重要組成部分,不僅與地下生態過程緊密耦聯,而且在維持生態系統穩定性方面起著重要作用。細菌和真菌是地下生態過程的主要驅動者,對生態系統生產力有重要的反饋作用。探究林下植被如何影響森林土壤細菌和真菌群落,對于理解地下生態過程與地上生產力的聯系至關重要。然而,林下植被對森林土壤微生物群落的調控機制尚不清楚。中科院華南植物園氮素生物地球化學創新研究團隊( PI :魯顯楷)在鼎湖山南亞熱帶季風常綠闊葉林(原始林)建立植被去除長期試驗研究樣地,通過利用第三代高通量測序技術探討了土壤細菌和真菌群落結構及其組裝過程對林下植被去除( understory removal , UR )的響應。
                   
                  林下植被是森林生態系統的重要組成部分,不僅與地下生態過程緊密耦聯,而且在維持生態系統穩定性方面起著重要作用。細菌和真菌是地下生態過程的主要驅動者,對生態系統生產力有重要的反饋作用。探究林下植被如何影響森林土壤細菌和真菌群落,對于理解地下生態過程與地上生產力的聯系至關重要。然而,林下植被對森林土壤微生物群落的調控機制尚不清楚。
                  中科院華南植物園氮素生物地球化學創新研究團隊(PI:魯顯楷)在鼎湖山南亞熱帶季風常綠闊葉林(原始林)建立植被去除長期試驗研究樣地,通過利用第三代高通量測序技術探討了土壤細菌和真菌群落結構及其組裝過程對林下植被去除(understory removal, UR)的響應。研究發現,(1)植被去除顯著改變了真菌群落結構,但細菌群落結構仍保持穩定;(2)細菌群落組裝主要由隨機性過程主導,而真菌更多地受異質選擇(確定性過程)支配;(3)林下植被去除半年后,細菌和真菌群落的組裝過程均未發生改變。這些結果表明,熱帶森林中林下植被缺失可以迅速改變土壤微生物群落結構,但不影響群落組裝過程。該研究首次報道了植被去除對熱帶森林土壤微生物群落組裝的影響,相關結果有助于認識林下植被在維持森林生態系統穩定性上的重要性,對森林經營管理和生態恢復實踐具有重要的參考價值。
                  相關研究成果已發表在國際學術期刊Geoderma(IF= 7.422)上。華南植物園為第一單位,陳偉彬博士后為第一作者,魯顯楷研究員為通訊作者,該研究得到了國家自然科學優秀青年基金等項目的資助。
                  論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2022.116180
                  圖1 林下植被去除(UR)對土壤細菌和真菌群落結構的影響
                  圖2 林下植被去除(UR)對土壤細菌和真菌群落組裝過程的影響
                  
                2022-10-13
              • 南海海洋所在地表復雜性結構對深部研究影響上再獲新進展

                  地球深部410km和660km間斷面作為地幔轉換帶的上下邊界,其準確的起伏與界面阻抗差特征是約束地幔熱化學狀態(溫度、物質成分等)的重要參數,對地幔動力學研究有重要科學意義。PP/SS(地球表面反射波)及其前驅波(地球內部界面反射波)方法(圖1),其反射點位置分布可有效采樣全球海洋區域,在全球地幔間斷面特征研究中得以廣泛應用。然而近地表結構可導致該方法中參考震相PP和SS的復雜化,進而造成地幔間斷面測量結果出現偏差。 
                  在繼揭示PP前驅波方法準確測定地幔間斷面參數(Zhou et al., 2020)之后,中國科學院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質重點實驗室研究員徐敏團隊聯合南方科技大學陳曉非院士以及新墨西哥大學張涵博士等,發展了快速、準確的SS及其前驅波波形正演算法,定量探討了全球近地表復雜結構對SS及其前驅波的走時差和振幅比影響(圖2)。 
                  研究發現地殼厚度主要影響走時差,對振幅比影響較小。沉積層的影響表現在復雜的SS波形,降低了震相拾取的準確性。研究人員發現在海陸過渡區域等沉積層分布廣泛的位置,近地表復雜結構導致的走時差異常最高可達8 s,振幅比偏差可達40%。論文同時探討了三維地殼結構對該方法的影響。 
                  研究成果可為SS前驅波研究提供可靠的校正模型,以獲得更準確的間斷面參數。 
                  相關成果發表于國際地學期刊《地球物理研究雜志-固體地球》(JGR:Solid Earth)和國內期刊《地球物理學報》。碩士生王培鋒(現在香港中文大學攻讀博士學位)為論文第一作者,助理研究員周勇為通訊作者。 
                  本研究獲得國家自然科學基金、南方海洋科學與工程廣東省實驗室、中國科學院邊緣海與大洋地質重點實驗室開放基金等的聯合支持。   
                  相關論文信息:(1)Wang, P., Zhou, Y., Xu, M., Zhang, H., Chen, X., & Guo, L. (2022). Investigation of effects of near-surface complexities on measurement of mantle discontinuity using SS and its precursors. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 127, e2022JB024485. https://doi.org/10.1029/2022JB024485. 
                 ?。?)王培鋒,周勇,徐敏.(2022).基于傳播矩陣法改進的SS及其前驅波合成算法.地球物理學報,65(10):3900-3911,doi:10.6038/cjg2022P0649. 
                 ?。?)Zhou, Y., Chen, X., Yuen, D., & Xu, M. (2020). Effects of Near‐surface Complexities on Differential Traveltimes and Amplitude Ratios between PP and Its Precursors. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 125(8), 1–12. https://doi.org/10.1029/2019jb019139 
                  圖1 SS及其前驅波射線路徑示意
                  圖2 全球尺度SS及其前驅波到時差校正模型
                  
                2022-10-13
              • 南海海洋所在海蝕平臺發育影響下基巖海岸地貌演化研究獲重要進展

                  近日,中國科學院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質重點實驗室(OMG)研究員李偉團隊,聯合英國曼徹斯特大學及新西蘭奧塔哥大學的科研團隊,在海蝕平臺發育影響下基巖海岸地貌演化數值模擬研究上取得重要研究進展。相關研究成果發表于國際地貌學權威期刊Geomorphology(《地貌學》)上,助理研究員趙中偉為論文第一作者。  
                  波浪對基巖海岸的持續性侵蝕作用,會在潮間帶形成向海傾斜的平臺狀地貌——海蝕平臺。由于波浪與海蝕平臺表面的底摩擦作用,衰減了海浪最終到達海岸的波能。準確刻畫海蝕平臺對波浪近岸傳播的影響,是數值模擬基巖海岸地貌演化的重要基礎。 
                  對于長地質時期的海岸地貌,由于無法獲得各時期準確的海底地形和遠場波浪條件,使得基于過程的數值模型無法適用。早在2014年國際基巖海岸地貌學家Sunamura教授針對該問題提出一套模型,但僅適用于傾向近乎水平的海蝕平臺,對于傾斜海蝕平臺適用性及其參數的準確性,成為了制約該模型推廣和應用的關鍵問題,尤其在海岸侵蝕的防災減災領域。 
                  在本項研究工作中,研究人員通過有限元積分的方法將傾斜型海蝕平臺切割為一系列水平狀階梯單元,通過積分各單元對波浪的衰減強度總和,獲取波浪經海蝕平臺表面傳播到達最終海岸的波浪高度,解決了模型對傾斜型海蝕平臺的適用性問題。 
                  基于全球已發表的基巖海岸海蝕平臺波浪近岸傳播觀測數據,研究人員對比該模型模擬結果與實際觀測結果的異同,發現模型的均方根誤差僅不到8厘米。此外,將模型中的3個經驗參數,按照控制變量的方法分別擴大和縮小2-4倍,結果皆顯示模型輸出結果的均方根誤差會隨之增大,進而證明了Sunamura模型及其經驗參數的準確性。 
                  該項研究充分證明了Sunamura模型在長地質時期(超千年尺度)基巖海岸地貌演化和海岸侵蝕數值模擬領域的實用性和廣泛應用前景。 
                  本研究得到了海南省自然科學基金青年項目的資助(421QN0978)。    
                  相關論文信息:https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2022.108480
                  圖1. 海蝕平臺有限元積分幾何模型示意圖
                  圖2. 基巖海岸海蝕平臺波浪近岸傳播野外實際觀測站點位置谷歌衛星遙感圖
                2022-10-12
              • 深圳先進院揭示腦缺血再灌注治療后腦脂質動態變化的關鍵特征
                中國科學院深圳先進技術研究院醫藥所蛋白藥物研究中心暢君雷研究員與醫工所傳感中心羅茜研究員在腦卒中病理藥理研究方面取得新進展。
                  近日,中國科學院深圳先進技術研究院醫藥所蛋白藥物研究中心暢君雷研究員與醫工所傳感中心羅茜研究員在腦卒中病理藥理研究方面取得新進展。相關論文Spatiotemporal lipidomics reveals key features of brain lipid dynamic changes after cerebral ischemia and reperfusion therapy(時空脂質組學揭示腦缺血再灌注治療后腦脂質動態變化的關鍵特征)在線發表于ELSEVIER旗下藥理學權威期刊 Pharmacological Research(IF=10.33)上(DOI: 10.1016/j.phrs.2022.106482)。醫藥所蛋白藥物研究中心助理研究員馬寅仲與醫工所傳感中心博士研究生陳志宇為本研究的共同第一作者。
                  缺血性腦卒中是由于大腦動脈堵塞導致的腦組織缺血,并對腦組織造成快速的進行性損傷。盡快實現堵塞血管的再通,即再灌注治療,是目前最有效的治療方法。再灌注治療包括藥物溶栓和機械取栓兩種方式。重組組織型纖溶酶原激活劑(rtPA)是目前的一線溶栓藥物,而對于大血管堵塞,則使用rtPA聯合血管內機械取栓的橋接治療方式。上述再灌注治療的有效治療時間窗非常狹窄:單純rtPA溶栓的推薦時間窗僅為發病后的3.5-4.5小時,rtPA聯合機械取栓的時間窗為6小時以內。然而,即使在及時進行再灌注治療后,仍有超過50%的腦卒中患者出現致殘程度的神經損傷。如果超過時間窗進行再灌注治療,還會顯著加重腦組織的損傷,增加腦水腫與出血性轉化的風險,危及生命。造成上述現象的原因不僅緣于缺血引起的腦組織不可逆性梗死,還與再灌注導致的繼發性損傷有關,而后者會造成可挽救的缺血半暗帶發展成為不可逆性梗死。目前尚不清楚再灌注治療如何導致腦組織繼發性損傷,以及不同的再灌注治療方式是否會產生不同的效果。 
                  脂質是維持大腦功能和內穩態所必需的小分子化合物,廣泛參與細胞膜構成、能量代謝、信號轉導等生理過程。以往研究表明,缺血性腦卒中后缺血腦組織中的脂質代謝會出現劇烈變化,而這可能參與了腦缺血再灌注損傷的病理進程。因此,解析缺血性腦卒中后腦組織脂質代謝的動態變化與空間重分布,對闡明缺血性腦卒中病理進程中腦組織損傷的細微結構變化和區域異質性具有重要意義。然而,傳統脂質組學手段需對組織進行勻漿從而難以獲取脂質分子在腦內的空間分布信息。因此,暢君雷研究團隊與羅茜研究團隊通過跨學科合作,將腦卒中病理檢測與空間質譜成像技術(MSI)有機結合,以暫時性大腦中動脈閉塞(tMCAO)小鼠模型結合rtPA靜脈輸注作為研究對象,使用解吸電噴霧電離質譜成像(DESI-MSI)表征了腦缺血再灌注后多個時間點的腦脂質時空變化。根據脂質分子的相對豐度和時空分布,研究人員發現了多種磷脂、鞘脂和中性脂與腦梗死區域擴大和神經功能損害密切相關,其豐度和分布在再灌注后呈現時間依賴性的顯著變化。此外,tMCAO 后注射rtPA會顯著增加腦梗死、腦水腫和神經功能缺損。有趣的是,rtPA不僅會加劇梗死側腦組織中部分脂質的代謝異常,還會引起全腦范圍內脂質代謝的廣泛變化。綜上所述,該研究結果從新的角度揭示了再灌注治療對腦卒中患者腦組織損傷和預后的影響,并提供了潛在的脂質干預靶點,有助于促進缺血性腦卒中治療方法的進一步優化。 
                  該項成果的取得受益于先進院的IT-BT多學科方向布局和濃厚的交叉合作氛圍。項目實施得到國家自然科學基金、中國科學院科研儀器設備研制項目、廣東省基礎與應用基礎研究基金與深圳市科技計劃項目等經費的支持。 
                  論文上線截圖
                   論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1043661822004285?via%3Dihub 
                  暫時性大腦中動脈閉塞(tMCAO)小鼠模型結合rtPA靜脈輸注說明圖
                  
                2022-10-10
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