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南海海洋所研究團(tuán)隊(duì)揭示南海風(fēng)、浪資源長期趨勢突變的時空異質(zhì)特征

近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境實(shí)驗(yàn)室、熱帶海洋環(huán)境與島礁生態(tài)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和廣東省海洋遙感與大數(shù)據(jù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室施平和唐世林團(tuán)隊(duì)，揭示了南海風(fēng)能和波浪能資源密度長期趨勢突變的季節(jié)與空間異質(zhì)性特征及其驅(qū)動機(jī)理。成果以“The climatic mutation in the long-term trends of wind and wave energies in the south China sea”為題發(fā)表于能源領(lǐng)域國際知名期刊Energy。論文共同第一作者為碩士生童一峰和博士后孫唯一，共同通訊作者為副研究員李駿旻和助理研究員李博，合作者還包括助理工程師陳武陽、研究員李毅能、助理研究員李少鈿和研究員施平。風(fēng)能和波浪能作為重要的海洋可再生清潔能源，在近岸及遠(yuǎn)海島礁海域具有廣闊的應(yīng)用前景。認(rèn)識能源的時空分布及長期趨勢是資源開發(fā)價值評估和區(qū)域能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的關(guān)鍵。然而，以往研究多把能源的長期變化視作增長或減弱的單一趨勢。本研究基于ERA5再分析數(shù)據(jù)以及多個站位的浮標(biāo)觀測資料，闡明了南海在1980-2024年間波浪能呈現(xiàn)全域增強(qiáng)、風(fēng)能呈現(xiàn)北部增強(qiáng)/南部減弱、冬季增強(qiáng)/夏季減弱的總體變化趨勢。利用Mann-Kendall趨勢突變分析，識別出1995年與2005年是南海風(fēng)能和波浪能長期趨勢的兩個關(guān)鍵突變點(diǎn)(圖1)：在1995年前后，夏季南部風(fēng)能減弱和北部風(fēng)能增強(qiáng)的趨勢均放緩，春季波浪能則從增強(qiáng)轉(zhuǎn)變?yōu)闇p弱趨勢；在2005年前后，冬季風(fēng)能和波浪能增長趨勢均顯著加速。通過分析風(fēng)、浪場變化與ENSO、PDO與AMO等主要?dú)夂蛞蜃拥年P(guān)系，揭示了氣候變化通過調(diào)節(jié)季風(fēng)強(qiáng)度與強(qiáng)風(fēng)事件頻率，共同驅(qū)動了南海具有季節(jié)和區(qū)域差異特征的風(fēng)、浪能趨勢突變過程。研究結(jié)果不僅可為南海可再生能源的布局和開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)，而且對能源設(shè)施預(yù)警決策與運(yùn)維優(yōu)化模型的構(gòu)建具有技術(shù)支撐意義。本研究得到國家自然科學(xué)基金區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金項(xiàng)目、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金面上項(xiàng)目、中科院南海所基礎(chǔ)前沿與創(chuàng)新發(fā)展項(xiàng)目和熱帶海洋環(huán)境與島礁生態(tài)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提升原始創(chuàng)新能力平臺項(xiàng)目等共同資助。相關(guān)論文信息：Tong,Y.1,Sun,W.1,Li,J.*,Chen,W.,Li,Y.,Li,B.*,Li,S.,Shi,P. (2025). The climatic mutation in the long-term trends of wind and wave energies in the South China Sea. Energy,340,139206. https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.139206原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.139206圖1 南海(左)風(fēng)能和(右)波浪能趨勢突變年份的空間分布(1980-2024年);(a)全年、(b)春季、(c)夏季、(d)秋季、(e)冬季

2025-11-13

華南植物園聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn)DoMYB75協(xié)調(diào)鐵皮石斛多糖和花青素生物合成的新機(jī)制

石斛屬（Dendrobium）是蘭科中物種最豐富的屬之一，其種類主要附生于樹干或扎根于巖壁。無論是哪種著生方式，它們都面臨著貧瘠且易旱的苛刻環(huán)境，這樣的生存挑戰(zhàn)塑造了石斛非凡的生態(tài)適應(yīng)性，并驅(qū)動其演化出獨(dú)特的生存策略——其莖部特化為儲能器官，以甘露聚糖而非淀粉作為主要儲備多糖，同時積累花青素，形成強(qiáng)大的抗氧化系統(tǒng)。這一適應(yīng)性特征對石斛在極端環(huán)境中的生存與繁衍至關(guān)重要。然而，它們抗脅迫的分子機(jī)制一直未被揭示。中國科學(xué)院華南植物園與福建農(nóng)林大學(xué)合作，研究發(fā)現(xiàn)DoMYB75能直接結(jié)合甘露聚糖合成關(guān)鍵基因DoCSLAs的啟動子區(qū)域并激活其表達(dá)。抑制DoMYB75會降低水溶性多糖中的甘露糖和葡萄糖含量，并下調(diào)DoCSLAs表達(dá)；而過表達(dá)DoMYB75則顯著提升這些單糖水平并上調(diào)DoCSLAs表達(dá)。有趣的是，過表達(dá)DoMYB75的鐵皮石斛材料出現(xiàn)了花青素積累增強(qiáng)的現(xiàn)象。進(jìn)一步機(jī)制解析表明，DoMYB75能通過直接結(jié)合并激活花青素合成關(guān)鍵基因DoANS基因啟動子來促進(jìn)花青素合成。此外，研究發(fā)現(xiàn)過表達(dá)DoMYB75顯著提升了植株清除過氧化氫的能力，從而緩解了氧化損傷并增強(qiáng)了抗旱性。上述結(jié)果證明了DoMYB75通過協(xié)同調(diào)控多糖與花青素代謝，進(jìn)而增強(qiáng)鐵皮石斛抗脅迫能力（圖）。相關(guān)研究成果以題為“DoMYB75 coordinately regulates polysaccharide and anthocyanin biosynthesis in Dendrobium officinale”發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊Horticulture Research上。研究首次揭示了MYB轉(zhuǎn)錄因子DoMYB75協(xié)同調(diào)控鐵皮石斛甘露聚糖與花青素生物合成的分子機(jī)制，以及其在干旱脅迫中的作用，為石斛品種的精準(zhǔn)選育及其適應(yīng)機(jī)制的研究提供了關(guān)鍵基因資源與全新理論視角。中國科學(xué)院華南植物園何春梅副研究員為該論文的第一作者，段俊研究員和福建農(nóng)林大學(xué)劉仲健教授為共同通訊作者，中國科學(xué)院華南植物園司燦博士、李守潔博士、戴光義博士和已畢業(yè)學(xué)生曾丹琦（福建農(nóng)林大學(xué)講師）、張明澤（黔南民族師范學(xué)院）、陳璟、石鴻宇參與了研究工作。該研究得到了國家自然科學(xué)基金和廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhaf291圖. DoMYB75協(xié)同調(diào)控鐵皮石斛多糖和花青素合成的工作模型

2025-11-17

華南植物園發(fā)現(xiàn)紅樹林樹干甲烷排放顯著抵消碳匯效益

紅樹林作為典型的“藍(lán)碳”生態(tài)系統(tǒng)之一，能夠高效吸收和固存大氣中的二氧化碳。然而，紅樹林生態(tài)系統(tǒng)也會釋放溫室氣體甲烷（CH4），其實(shí)際氣候增益效應(yīng)可能因此受到削弱。長期以來，研究者主要關(guān)注來自土壤和水面的甲烷排放，而紅樹林樹干是否作為潛在的甲烷排放通道、以及其在全球碳匯核算中的貢獻(xiàn)，一直存在較大的認(rèn)知空白。研究首次基于全球尺度的紅樹林樹干甲烷排放監(jiān)測與模型推算，構(gòu)建了目前最完整的紅樹林樹干甲烷排放數(shù)據(jù)庫。研究結(jié)合我國紅樹林多點(diǎn)長期原位監(jiān)測數(shù)據(jù)、全球文獻(xiàn)數(shù)據(jù)集以及機(jī)器學(xué)習(xí)模型，對樹干甲烷排放的驅(qū)動機(jī)制及其碳匯抵消效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)評估。結(jié)果顯示，紅樹林樹干是重要且此前被低估的甲烷排放通道，其排放量與土壤排放呈強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，說明樹干甲烷主要源自土壤中微生物的產(chǎn)甲烷過程，并通過樹體通氣組織向上輸送。實(shí)地測量和同位素證據(jù)表明，樹干在垂直方向上存在顯著遞減的排放模式，其中，樹干基部排放最為強(qiáng)烈。全球尺度上，研究估算紅樹林樹干每年釋放約 730.6 Gg CH4，可抵消約 16.9 % 的紅樹林沉積碳埋藏量；若與土壤甲烷排放共同考慮，甲烷排放將抵消紅樹林藍(lán)碳固存的約 27.5 %。這一結(jié)果意味著，僅以沉積碳埋藏量評估藍(lán)碳潛力可能顯著高估其氣候減排效益。該研究結(jié)果以“Mangrove sediment carbon burial offset by methane emissions from mangrove tree stems”為題發(fā)表在國際頂尖地球科學(xué)期刊Nature Geoscience（《自然·地球科學(xué)》，IF5=16.1）上。中科院華南植物園小良站覃國銘博士為第一作者，王法明研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院青年科學(xué)家基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、南方海洋科學(xué)與工程廣東實(shí)驗(yàn)室（珠海）等項(xiàng)目資助。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41561-025-01848-4圖. 全球紅樹林樹干與土壤界面甲烷排放量

2025-11-16

華南植物園揭示微生物網(wǎng)絡(luò)重組驅(qū)動長期增溫下微生物碳代謝的熱適應(yīng)

土壤每年因微生物的分解作用向大氣排放約40-60 Pg的碳。氣候變暖預(yù)計(jì)將進(jìn)一步刺激微生物對土壤有機(jī)碳的分解，導(dǎo)致正的碳-氣候反饋效應(yīng)。然而，盡管已有大量關(guān)于增溫下微生物碳代謝特征及其對土壤有機(jī)碳分解影響的研究，但多基于短期實(shí)驗(yàn)的觀測研究。人們對長期增溫影響下土壤微生物碳代謝的變化特征及其驅(qū)動機(jī)制了解有限，特別是在熱帶和亞熱帶森林中，這阻礙了對土壤碳-氣候反饋的準(zhǔn)確預(yù)測。微生物碳利用效率（即微生物將底物碳用于自身生長的比例）對土壤碳積累至關(guān)重要，但其如何隨增溫持續(xù)時間而變化仍不清楚。基于此，中國科學(xué)院華南植物園鼎湖山站劉菊秀研究員團(tuán)隊(duì)基于在鼎湖山建立并連續(xù)運(yùn)行十余年的野外生態(tài)系統(tǒng)水平增溫平臺（+0°C、+1.0°C、+2.1°C），開展了南亞熱帶森林土壤微生物碳代謝對長期增溫的響應(yīng)與適應(yīng)機(jī)制研究。研究發(fā)現(xiàn)，增溫10年后，微生物碳利用效率與溫度呈正相關(guān)，這與以往預(yù)期的碳利用效率隨溫度升高而下降的趨勢相反，說明微生物碳代謝在長期增溫下發(fā)生了調(diào)整。這種轉(zhuǎn)變并非由微生物多樣性的變化以及底物碳有效性驅(qū)動，而是由微生物群落向更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)重組所致（圖）。這些網(wǎng)絡(luò)主要由生長緩慢但高效的微生物（K策略微生物）組成，從而增強(qiáng)了微生物代謝的熱適應(yīng)能力。最終，微生物的呼吸作用和生長恢復(fù)到與未升溫土壤相當(dāng)?shù)乃剑糠值窒俗畛醯奶紦p失。這與先前溫帶森林中的僅土壤增溫實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果不同。該研究對于提高南亞熱帶森林土壤碳-氣候反饋預(yù)測的準(zhǔn)確性具有重要意義。盡管近年來微生物碳利用越來越多地被納入許多模型中，但它通常被限制在一個固定值或特定范圍內(nèi)，而不受微生物生理和生態(tài)過程的約束。該研究強(qiáng)調(diào)，地球系統(tǒng)模型需包含微生物相互作用的信息，以約束微生物碳利用效率隨增溫持續(xù)時間的動態(tài)變化。然而需要注意的是，盡管研究表明亞熱帶森林土壤對增溫具有一定的自我緩沖能力，但這種能力并不是無限的。在更劇烈的增溫下，微生物的這種自我調(diào)整能力可能被削弱甚至喪失。因此，研究強(qiáng)調(diào)維持低碳排放的努力不能松懈。該研究是對增溫實(shí)驗(yàn)平臺先前觀察到亞熱帶森林土壤有機(jī)碳對增溫的時間變異性響應(yīng)的進(jìn)一步機(jī)制驗(yàn)證（https://doi.org/10.1111/gcb.17072；https://www.cell.com/one-earth/abstract/S2590-3322(25)00291-X）。相關(guān)研究成果以”Robust microbial interactions,not diversity,dominate metabolic thermal adjustment following decadal warming in a subtropical forest”為題，發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Science Advances（《科學(xué)進(jìn)展》，IF5-years=14.1）上。中國科學(xué)院華南植物園鼎湖山站博士后劉旭軍和周曙仡聃副研究員為論文的共同第一作者，閆俊華研究員、劉菊秀研究員和美國密歇根大學(xué)Peter B. Reich院士為共同通訊作者。研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省重點(diǎn)項(xiàng)目、廣東省科技計(jì)劃和中國博士后科學(xué)基金的支持。論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz3747圖.長期增溫下土壤微生物碳代謝熱調(diào)整的驅(qū)動機(jī)制

2025-11-16

亞熱帶生態(tài)所?|?多營養(yǎng)級生物多樣性提升土壤磷活化的機(jī)制取得新進(jìn)展

中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站王克林研究員團(tuán)隊(duì)在多營養(yǎng)級生物多樣性提升土壤磷活化的機(jī)制取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以Multitrophic biodiversity drives soil phosphorus mobilization in subtropical ecosystems為題在線發(fā)表于國際綜合性期刊Journal of Advanced Research，趙杰研究員為論文通訊作者，廖雄輝助理研究員為第一作者。中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站王克林研究員團(tuán)隊(duì)在多營養(yǎng)級生物多樣性提升土壤磷活化的機(jī)制取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以Multitrophic biodiversity drives soil phosphorus mobilization in subtropical ecosystems為題在線發(fā)表于國際綜合性期刊Journal of Advanced Research，趙杰研究員為論文通訊作者，廖雄輝助理研究員為第一作者。亞熱帶地區(qū)農(nóng)田和森林生態(tài)系統(tǒng)磷限制嚴(yán)重，不利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的穩(wěn)定。植物和解磷細(xì)菌是土壤磷活化的關(guān)鍵驅(qū)動者，其磷活化能力受氣候因子、土地利用類型、巖性特征以及高營養(yǎng)級生物的影響。前人研究主要聚焦于單一非生物或生物因子對土壤磷有效性的影響，尚未系統(tǒng)闡明不同水熱與巖性條件下多營養(yǎng)級生物對磷限制的適應(yīng)機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)在中國西南亞熱帶地區(qū)建立了一個不同巖性（碳酸鹽巖（喀斯特） vs. 碎屑巖（非喀斯特））的南北樣帶，探究耕地向森林演替過程中，多營養(yǎng)級生物多樣性（multitrophic biodiversity）和多營養(yǎng)級相互作用（multitrophic interactions）如何影響土壤磷活化功能。研究發(fā)現(xiàn)，無論是喀斯特農(nóng)田還是非喀斯特農(nóng)田，長期施肥增加了土壤中等活性和穩(wěn)定磷組分的積累，削弱了生物磷活化能力。耕地轉(zhuǎn)變?yōu)樯趾螅λ固赝寥阑钚粤捉M分增加了43.8%，中等活性磷和穩(wěn)定磷組分分別減少了79.1%和36.6%，而非喀斯特土壤中等活性磷和穩(wěn)定磷組分分別減少了62.6%和34.8%。喀斯特區(qū)多營養(yǎng)級生物多樣性和磷活化能力高于非喀斯特區(qū)。溫度升高會增強(qiáng)多營養(yǎng)級生物對森林土壤磷活化能力的正向級聯(lián)調(diào)控。喀斯特森林恢復(fù)重建通過增強(qiáng)解磷細(xì)菌-菌根植物-線蟲的級聯(lián)關(guān)系，促進(jìn)了土壤磷生物活化-吸收的協(xié)同提升，降低了高鈣/鎂環(huán)境下的磷沉淀固定作用，從而緩解了磷限制。然而，喀斯特生態(tài)系統(tǒng)脆弱，人為干擾（如耕作和毀林）極易造成物種喪失并削弱多營養(yǎng)級生物間相互依存的關(guān)系。同時，農(nóng)田磷素管理應(yīng)減少磷肥投入，增強(qiáng)土壤殘留磷的生物活化，遵循“促活化，增吸收”的綠色可持續(xù)發(fā)展理念。該成果對緩解喀斯特生態(tài)系統(tǒng)磷限制、促進(jìn)植被可持續(xù)恢復(fù)具有重要參考價值。論文鏈接不同巖性條件下多營養(yǎng)級生物對磷限制的適應(yīng)機(jī)制

2025-11-16

南海海洋所?|?海龍科物種“雄性懷孕”策略的發(fā)生與演化機(jī)制獲新認(rèn)知

近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所林強(qiáng)研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合德國康斯坦茨大學(xué)等機(jī)構(gòu)在海龍科魚類“雄性懷孕”的適應(yīng)進(jìn)化與分子調(diào)控機(jī)制取得突破性進(jìn)展，相關(guān)研究成果以 “Cellular and molecular mechanisms of male pregnancy in seahorses” 為題發(fā)表于國際著名期刊Nature Ecology & Evolution。中國科學(xué)院南海海洋研究所副研究員劉雅莉和博士后姜韓等為本文的共同第一作者，南海海洋所研究員林強(qiáng)和康斯坦茨大學(xué)教授Axel Meyer等為共同通訊作者。在生命起源與多樣性演化歷程中，繁育后代在傳統(tǒng)上一直被定義為雌性個體的生命本職。然而，海龍科物種（Syngnathidae）卻打破了這一生物演化的常規(guī)，成為脊椎動物中唯一具有“雄性懷孕”繁殖策略的類群；其雄性個體通過特有的育兒袋（brood pouch）器官為胚胎提供氧氣和營養(yǎng)輸送、免疫防護(hù)及滲透壓調(diào)節(jié)等功能（Lin et al.,Nature,2016）（圖1）。同時，研究團(tuán)隊(duì)前期研究表明海龍科育兒袋在結(jié)構(gòu)與功能上與哺乳動物子宮表現(xiàn)出明顯的趨同進(jìn)化特征（Zhang et al.,National Science Review,2021;Liu et al.,Nature Communications,2022）；且海龍科物種的育兒袋在進(jìn)化過程中出現(xiàn)了多種形式，如開放、半開放和封閉等模式（Qu et al.,Science Advances,2021）。然而，該類群作為自然界獨(dú)一無二的“孕父”，其以何種方式在截然不同的生命演化譜系中“重現(xiàn)”了胎盤功能？而脊椎動物由“卵生”到“胎生”的自然選擇規(guī)律如何？又是何種分子信號主導(dǎo)了這場獨(dú)特的繁殖演化進(jìn)程？這一系列疑問一直是長期以來學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)問題。圖1?正在分娩的雄性海馬（Hippocampus spp.）（拍攝者：張競功）為了深入探究海龍科物種育兒袋發(fā)生及其懷孕過程的遺傳與細(xì)胞學(xué)調(diào)控機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)以海馬和海龍為研究材料，通過整合單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）、單細(xì)胞染色質(zhì)可及性測序（scATAC-seq）及空間轉(zhuǎn)錄組等多組學(xué)手段，繪制了海馬育兒袋7個發(fā)育時期的細(xì)胞學(xué)動態(tài)變化圖譜，發(fā)現(xiàn)了一類具有干細(xì)胞潛能的“育兒袋上皮祖細(xì)胞（BEPCs）”。這些細(xì)胞在發(fā)育過程中與膠原蛋白基因協(xié)同表達(dá)，并受雄激素信號強(qiáng)烈調(diào)控。同步，該研究通過動態(tài)網(wǎng)絡(luò)生物標(biāo)志物分析及在體實(shí)驗(yàn)，證實(shí)雄激素處理的雌性海馬可發(fā)育出雄性特有的育兒袋。據(jù)此，本研究首次提出了雄激素受體及其調(diào)控的育兒袋上皮祖細(xì)胞是激活育兒袋器官形成的關(guān)鍵開關(guān)（圖2）。圖2?雄激素誘導(dǎo)海馬育兒袋發(fā)生的細(xì)胞及遺傳調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，為順利實(shí)現(xiàn)“雄性懷孕”，海馬育兒袋內(nèi)皮層在妊娠初期會顯著增厚，形成類似哺乳動物胎盤的“胎盤”結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)榕咛ポ斔脱鯕狻I養(yǎng)物質(zhì)并進(jìn)行滲透壓調(diào)節(jié)。本研究首次發(fā)現(xiàn)海馬懷孕過程中出現(xiàn)了一類特殊的細(xì)胞群體—類滋養(yǎng)層細(xì)胞（trophoblast-like cells），其基因表達(dá)及功能特性與哺乳動物胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞高度相似，闡明其在細(xì)胞層面與胎生哺乳動物子宮的趨同演化。研究還發(fā)現(xiàn)海馬特異進(jìn)化出的 sp-chia 與 pastn 基因在類胎盤形成中起關(guān)鍵調(diào)控作用。此外，本研究首次提出海馬存在一種全新的“非foxp3基因依賴性”的免疫耐受繁殖策略，揭示了“雄性懷孕”背后的獨(dú)特免疫調(diào)控機(jī)制（圖3）。圖3?海馬育兒袋類滋養(yǎng)層細(xì)胞和新基因共同驅(qū)動胎盤的形成本研究基于跨物種比較基因組學(xué)及單細(xì)胞多組學(xué)聯(lián)合分析，系統(tǒng)揭示了海龍科多物種的育兒袋演化軌跡，明確了海馬育兒袋與哺乳動物子宮在遺傳與細(xì)胞層面的同源性。研究發(fā)現(xiàn)，其演化起點(diǎn)可能源于一類特化的表皮細(xì)胞，該類細(xì)胞使粘性卵得以附著于雄性特化皮膚表面并完成受精，并通過進(jìn)一步招募一類功能同源的細(xì)胞群（表達(dá)如MHCIIs、mgat3及nucb2等直系同源基因），協(xié)同演化出海龍科物種特異的新基因（如pastns與syn-lectins），最終共同驅(qū)動了育兒袋結(jié)構(gòu)復(fù)雜化和功能多樣性（圖4）。圖4?跨物種比較揭示“雄性懷孕”的遺傳與細(xì)胞學(xué)進(jìn)化規(guī)律綜上，本研究聚焦動物界中從卵生到胎生這一關(guān)鍵繁殖策略的演變過程與規(guī)律，從基因組學(xué)、遺傳學(xué)及細(xì)胞生物學(xué)層面系統(tǒng)揭示了自然界中“雄性懷孕”獨(dú)特性狀形成過程中的演化規(guī)律和分子調(diào)控機(jī)制。相關(guān)結(jié)果提出了脊椎動物繁殖演化規(guī)律的新認(rèn)知，為深度解析海洋生命多樣化繁殖策略提供了新的理論框架。上述研究工作由國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目共同資助完成。中國科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所陳洛南研究員團(tuán)隊(duì)、南方醫(yī)科大學(xué)畢恩廣教授團(tuán)隊(duì)、中國科學(xué)院昆明動物研究所呂雪梅研究員團(tuán)隊(duì)參與本研究工作。相關(guān)論文信息：Liu YL#,Jiang H#,Miao YX#,Zhao WL#,Schneider R,Yin LD,Yu XY,Yu HY,Lu XM,Bi EG,Chen LN*,Meyer A*,Lin Q*. Cellular and molecular mechanisms of seahorse male pregnancy. Nature Ecology & Evolution (2025). https://doi.org/10.1038/s41559-025-02883-5原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41559-025-02883-5

2025-11-11

南海海洋所?|?新方法揭示大震如何“培育”海嘯地震，為俯沖帶災(zāi)害評估提供新工具

中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境與島礁生態(tài)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、邊緣海與大洋地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室（OMG）邱強(qiáng)研究員團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合美國新墨西哥大學(xué)、新加坡南洋理工大學(xué)、中山大學(xué)、南方科技大學(xué)等機(jī)構(gòu)，在俯沖帶地震孕震機(jī)理研究方向取得突破性進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種“兩步法”混合建模框架，完整揭示了印度尼西亞2007年蘇門答臘明古魯8.4級大地震如何通過三年震后蠕滑，準(zhǔn)確“孵化”出2010年明打威7.8級海嘯地震，為俯沖帶淺部地震海嘯災(zāi)害評估提供了新工具。該成果近日發(fā)表于《自然》旗下期刊?Communications Earth & Environment?（《通訊-地球與環(huán)境》）。南海海洋所邱強(qiáng)為論文第一作者兼通訊作者。全球最大的地震和海嘯往往發(fā)生在俯沖帶海溝附近的巨型逆沖斷層淺部。然而，受限于海底近場觀測的缺乏和模型分辨率的不足,傳統(tǒng)模型難以判斷該段未來是“安全蠕滑”還是“危險破裂”，從而使俯沖帶淺部成為海嘯預(yù)警的“盲區(qū)”。團(tuán)隊(duì)將正演模擬與卡曼濾波反演方法耦合，形成“兩步法”震后模擬混合框架：第一步正演法，利用正演模擬方法，獲取斷層面蠕滑分布以及地幔粘性形變的時空分布特征；第二步反演法，將正演獲得的蠕滑和粘性形變作為卡曼濾波的輸入，進(jìn)而利用大量地表形變測量數(shù)據(jù)（例如，GNSS,InSAR等）的約束完成輸入模型的提升，輸出的模型最終能更好地解釋測量數(shù)據(jù)。該方法充分利用正演和反演各自的優(yōu)勢，顯著提升了對斷層震后蠕滑、地幔粘彈性松弛及其力學(xué)性質(zhì)的辨析能力。模型清晰再現(xiàn)2007—2010年間斷層蠕滑演化（圖1）：2010年破裂區(qū)域深部（約5–10千米）為“速度強(qiáng)化”區(qū)，且在2007地震后持續(xù)蠕滑，累積滑動達(dá)0.4-0.8米；蠕滑向上擴(kuò)展，持續(xù)加載上方海溝處約5千米深部內(nèi)的“速度弱化”區(qū)，三年后使其庫侖應(yīng)力增加達(dá)到0.2 bar，超過地震觸發(fā)通用閾值（0.1 bar），很可能最終導(dǎo)致2010年10月25日斷層淺部突發(fā)7.8級海嘯地震，產(chǎn)生超過8米滑動，觸發(fā)襲擊Pagai群島超過11米的海浪，最大爬高約17米。研究首次從物理機(jī)制層面描繪“大震—震后蠕滑—淺部破裂—海嘯”完整災(zāi)害鏈，提出深部蠕滑可作為海嘯地震的“早期信號”。該框架可移植至阿留申-阿拉斯加、墨西哥、北智利等全球其它俯沖帶，全面評估大地震后周邊“地震空區(qū)”被深部蠕滑“加載”的速度與程度，提前數(shù)年至數(shù)十年識別潛在海嘯地震高危區(qū)，為沿海防災(zāi)、國土空間規(guī)劃提供量化依據(jù)。研究獲中國-巴基斯坦地球科學(xué)研究中心、廣東省重大人才工程項(xiàng)目、國家基金面上基金、廣東省引進(jìn)人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)-大數(shù)據(jù)-數(shù)學(xué)地球科學(xué)與極端地質(zhì)事件團(tuán)隊(duì)、南方海洋科學(xué)與工程創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)珠海實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目資助。文章信息：Qiu Qiang,Lindsey Eric,Feng Lujia,Li Linlin,Zhang Peizhen,Lin Jian.?Tsunamigenic earthquake at the Sunda trench promoted by aseismic slip after a previous megathrust event.?Commun Earth Environ?6,888 (2025). https://doi.org/10.1038/s43247-025-02873-2原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s43247-025-02873-2?圖1?印度洋東部蘇門答臘俯沖帶斷層面摩擦參數(shù)分布特征控制該區(qū)域地震破裂行為。

2025-11-12

JIPB |?封面故事：華南植物園揭示生物與非生物多因素協(xié)同促進(jìn)蜘蛛抱蛋屬（天門冬科）的快速輻射

解析全球生物多樣性在不同時空尺度上的形成機(jī)制是當(dāng)前進(jìn)化生物學(xué)中的重大科學(xué)問題之一，其核心是要揭示物種快速分化的驅(qū)動力。當(dāng)前，主要有兩種觀點(diǎn)分別從生物與非生物因素方面來闡述物種快速分化的驅(qū)動機(jī)制。“宮廷小丑”模型（Court Jester model）認(rèn)為非生物因素（如氣候波動、造山運(yùn)動等）對大尺度的物種分化起主導(dǎo)作用，而“紅皇后”模型（Red Queen model）則認(rèn)為生物因素（如性狀創(chuàng)新、生物間相互作用等）是促進(jìn)物種快速分化的主要驅(qū)動力。但毫無疑問，在生命的長河中，生物的宏演化是受到了多種生物和非生物因素的共同作用。然而，以往的研究絕大多數(shù)往往僅聚焦在某一個或一類因素方面，尤其忽視了多種因素之間的協(xié)同作用，即多種非生物與生物因素通過時空耦合共同塑造多樣化格局。蜘蛛抱蛋屬（Aspidistra；又稱為一葉蘭）是單子葉植物天門冬科（Asparagaceae）的一個大屬。當(dāng)前，該屬中已發(fā)表了超過200個物種，主要分布在亞洲的熱帶、亞熱地區(qū)，尤其是中越邊境的喀斯特石灰?guī)r地區(qū)是其物種多樣性的中心。這個屬除了具有豐富的物種多樣性之外，其物種的地理分布式樣和花形態(tài)多樣性也呈現(xiàn)出顯著的特點(diǎn)，如廣泛的鄰域及同域分布，豐富的柱頭擬態(tài)性狀。蜘蛛抱蛋屬的這種地理分布模式一方面預(yù)示著生態(tài)物種形成的普遍存在，另一方面也暗示著物種間的競爭對其分化具有重要作用。另外，蜘蛛抱蛋屬極其豐富的花性狀多樣性也間接地反映了傳粉者選擇對該屬物種分化的作用；尤其是，其與蕈蚊的傳粉—哺育互利共生關(guān)系可以快速地促進(jìn)雙方的快速分化。由此可見，蜘蛛抱蛋屬的物種分化可能受到多方面的生物與非生物因素的影響，但當(dāng)前人們對該屬進(jìn)化歷史的認(rèn)識還知之甚少。科研團(tuán)隊(duì)通過對123種蜘蛛抱蛋屬物種進(jìn)行了簡化基因組測序，并重建該屬迄今取樣最多、分辨率最高的系統(tǒng)發(fā)育樹。基于該穩(wěn)健的系統(tǒng)發(fā)育框架，研究團(tuán)隊(duì)估算了該屬的分化時間，并基于多種方法分析了該屬物種形成速率演化動態(tài)。結(jié)果顯示蜘蛛抱蛋屬為一個年輕的類群，其起源于中新世和上新世的邊界期（5.49 Ma；95% HPD: 3.8–7.57 Ma），在上新世暖期（Mid Piacenzian Warm Period;2.6–3.6 Ma）其物種分化速率顯著加快，達(dá)到2.27個物種/百萬年（圖2a）。這一物種形成速率超過舊世界植物區(qū)系中所有已報道的物種形成速率。這也預(yù)示著蜘蛛抱蛋屬代表著舊世界植物區(qū)系中物種分化速率最快的類群之一。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用多種統(tǒng)計(jì)模型解析了蜘蛛抱蛋屬物種快速分化的驅(qū)動力，發(fā)現(xiàn)包括古溫度、東亞季風(fēng)變化、物種競爭及傳粉共生等多種生物與非生物因素可以同時獨(dú)立又協(xié)同地促進(jìn)蜘蛛抱蛋屬的物種形成及快速輻射（圖1-b,c）。?圖1.?多種生物與非生物因素協(xié)同作用于蜘蛛抱蛋屬的物種分化 ?圖2.?JIPB第67卷11期的封面中國科學(xué)院華南植物園康明研究員團(tuán)隊(duì)和廣西壯族自治區(qū)中國科學(xué)院廣西植物研究所林春蕊研究員等合作研究成果以題為“The interplay of abiotic and biotic factors likely drove one of the fastest plant radiations from tropical-subtropical Asia”近期發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Journal of Integrative Plant Biology (JIPB)（《植物學(xué)報》）?上。該研究為理解植物物種快速分化提供了新的見解，并被選為期刊當(dāng)期封面故事（圖2）。中國科學(xué)院華南植物園楊麗華博士為論文的第一作者，康明研究員和廣西植物研究所林春蕊研究員為論文共同通信作者。法國國家科學(xué)研究中心蒙彼利埃進(jìn)化科學(xué)研究所Fabien L. Condamine研究員和廣西壯族自治區(qū)中國科學(xué)院廣西植物研究所劉演研究員參與了論文的指導(dǎo)工作。該研究得到了廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)旗艦項(xiàng)目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略生物資源計(jì)劃項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.70031

2025-11-12

華南植物園揭示巨型Y染色體和植物性別決定機(jī)制的演化

有性繁殖是生命世界的主流。與高等動物性別相對固定不同，植物的“性別表現(xiàn)”可謂花樣百出。然而，為了最大限度地促進(jìn)不同個體間的雜交，避免“近親結(jié)婚”，一些植物演化出了與動物類似的雌雄單性的策略—即一株植物只開雌花，另一株只開雄花。雖然這類植物在種類上不算多數(shù)，但它們卻廣泛分布在超過一半的被子植物科中，說明這種策略在演化史上獨(dú)立發(fā)生了許多次。近十年來，隨著基因測序技術(shù)的飛速發(fā)展，科學(xué)家們得以深入解析許多植物的性別決定機(jī)制和性染色體演化。植物的性別決定方式主要有三種：XY型、ZW型和UV型。其中，XY型最為常見。顧名思義，雄性個體攜帶X和Y兩種不同的性染色體，而雌性則有兩條X染色體。在植物中，XY型性染色體的形成可以經(jīng)歷三種主要途徑（圖1-A）：同型性染色體階段—X和Y染色體仍很相似，大部分區(qū)域可以自由重組；異型性染色體階段，Y染色體可能因?yàn)殚L期缺乏重組而積累突變、重復(fù)序列或轉(zhuǎn)座元件，并且發(fā)生基因丟失，最終變得巨大或退化。在石竹科的蠅子草屬（Silene）植物中，科學(xué)家詳細(xì)研究了巨型Y染色體的起源與演化。以Silene latifolia為例，它的Y染色體約有5.1億堿基（510 Mb），比許多植物整個基因組還大。研究發(fā)現(xiàn)，該物種的X和Y染色體之間的重組抑制并非一次發(fā)生，而是逐步形成，就像地質(zhì)學(xué)中的地層一樣，留下了清晰的“演化層”。根據(jù)同源基因的比較，三個演化層的分化時間分別約為1180萬年、540萬年和440萬年前。在最古老的一層中，Y染色體上超過70%的基因已經(jīng)丟失，而靠近假常染色體區(qū)域（PAR）的基因則保存得較好。經(jīng)典模型認(rèn)為，植物性別的形成通常需要兩個關(guān)鍵突變：一個突變促進(jìn)雄蕊發(fā)育（雄性功能）；另一個突變抑制雌蕊發(fā)育（雌性功能）。在Silene latifolia中，科學(xué)家找到了與這兩個功能相對應(yīng)的候選基因—SlCLV3（雌蕊抑制因子）和TWD1等（雄蕊促進(jìn)因子）。這證實(shí)了“兩次突變模型”在植物雌雄異株形成中的合理性。基于這些發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家提出了Silene latifolia?Y染色體逐步演化的模型（圖1-B）：最初，性別決定基因和某些相關(guān)基因都位于一個普通的染色體上，還能自由交換基因。為了將有利的基因組合“捆綁”在一起，自然選擇首先“凍結(jié)”了核心區(qū)域（演化層S1）的基因交流。隨后，這種“凍結(jié)”效應(yīng)像漣漪一樣向外擴(kuò)張，每一次擴(kuò)張都伴隨著染色體結(jié)構(gòu)的重排。每一個新形成的“演化層”都開始顯現(xiàn)退化的跡象：轉(zhuǎn)座元件大量堆積、有用基因逐漸丟失、重復(fù)序列不斷擴(kuò)張，最終塑造了我們今天看到的龐大而復(fù)雜的Y染色體結(jié)構(gòu)（見圖1-B）。植物性染色體的研究已達(dá)到與動物系統(tǒng)相當(dāng)?shù)木?xì)水平。科學(xué)家們越來越認(rèn)識到，性染色體的演化并非單一模式，而是一個由多種途徑、不同時間尺度和復(fù)雜機(jī)制共同塑造的動態(tài)過程。在這其中，仍有若干關(guān)鍵問題尚待解決。（1）基因劑量補(bǔ)償問題：在動物中，通常存在平衡性染色體基因表達(dá)的機(jī)制，但在植物中，這種補(bǔ)償機(jī)制是否普遍存在仍不清楚。（2）性別拮抗選擇的證據(jù)缺乏：在理論上，性別相關(guān)基因之間的“沖突”被認(rèn)為推動了重組抑制的產(chǎn)生，但植物中的直接證據(jù)十分有限。（3）XY與ZW系統(tǒng)的演化偏向：被子植物中既有雄性異配型（XY）也有雌性異配型（ZW），但為何某些譜系偏向某一種系統(tǒng)，仍是一個謎。未來，隨著更多植物物種的基因組被測序，研究者將進(jìn)一步揭示植物性別決定和性染色體的演化規(guī)律。這不僅有助于我們更深入地理解生命多樣性的起源，也將為關(guān)鍵農(nóng)作物的育種和氣候變化下物種存續(xù)提供新的啟示。相關(guān)研究結(jié)果以“Understanding the evolution of giant Y chromosomes and sex determination mechanisms in plants”?為題，作為評論文章發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Science China. Life Science（《中國科學(xué)：生命科學(xué)》）上。中國科學(xué)院華南植物園袁帥副研究員為論文第一作者，袁帥副研究員和羅世孝研究員為論文共同通訊作者。文章鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11427-025-3080-2圖1. XY系統(tǒng)中Y染色體的演化路徑，包括巨型Y染色體形成途徑。（A）Y染色體的三種廣義演化路徑；（B）Silene latifolia 巨型Y染色體形成過程示意圖。

2025-11-12

華南植物園揭示專性互惠關(guān)系宏觀演化可持續(xù)的維持機(jī)制

在專性傳粉-寄生系統(tǒng)中，動植物生活史緊密關(guān)聯(lián)，二者之間存在高度特化的互作關(guān)系，即一種植物依賴特定的一種動物傳粉，同時該動物以植物作為唯一寄主。而在群落尺度上，動植物互作呈現(xiàn)出模塊化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種極端特化的生物互作關(guān)系通常被認(rèn)為是脆弱且易滅絕的，但專性傳粉-寄生系統(tǒng)在長期的演化歷程中仍然保持可持續(xù)存在，其內(nèi)部的維持機(jī)制仍缺乏檢驗(yàn)。中國科學(xué)院華南植物園羅世孝研究員團(tuán)隊(duì)以協(xié)同演化的專性傳粉-種子寄生系統(tǒng)葉下珠-葉下珠蛾（leafflowers–leafflower moths）為研究對象，在不同地理尺度上針對熱帶和亞熱帶地區(qū)的三個大陸群落和五個海島群落中算盤子屬植物與葉下珠蛾（頭細(xì)蛾）的互作模式進(jìn)行比較研究，揭示了專性互惠關(guān)系維持的宏觀機(jī)制。主要結(jié)果為：（1）局部和區(qū)域尺度下，動植物之間均存在顯著的交互特化關(guān)系；（2）大陸群落中動植物互作網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出顯著的模塊化，但海島群落互作網(wǎng)絡(luò)的模塊化屬性存在變異；（3）局部尺度的動植物互作網(wǎng)絡(luò)不存在嵌套，但區(qū)域尺度下的互作網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出顯著的嵌套性，這種嵌套性主要是由物種水平的寄主遷移所導(dǎo)致的。這種宏觀尺度下的嵌套促進(jìn)了專性互惠關(guān)系在長期演化過程中的可持續(xù)性。研究成果以“Network structure variation across scales offers clues to the macroevolutionary persistence of specialized mutualisms”為題在線發(fā)表于英國皇家學(xué)會的旗艦刊物Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences（《英國皇家學(xué)會學(xué)報 B：生物科學(xué)》，自然指數(shù)期刊，生物和進(jìn)化領(lǐng)域top期刊）中國科學(xué)院華南植物園已畢業(yè)碩士張連婕為論文第一作者，羅世孝研究員為通訊作者，園外合作副導(dǎo)師David H. Hembry（James Madison University）為共同第一作者和共同通訊。中國科學(xué)院華南植物園助理研究員郝凱，博士生孫啟林，已畢業(yè)碩士吳有恒、劉婷婷，以及華南農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授姚綱為共同作者。該工作得到國家自然科學(xué)基金的資助。文章鏈接：https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2025.0926圖1. 該研究的八個研究地點(diǎn)，包括三個大陸群落和五個海島群落。圖2. 大陸和海島群落的算盤子屬Glochidion植物多樣性圖3. 不同地理尺度下的葉下珠（算盤子屬）與葉下珠蛾（頭細(xì)蛾）的互作網(wǎng)絡(luò)

2025-11-12

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