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  2018年全球估计有841080例新肝细胞癌(HCC)病例和781631例HCC相关死亡(约50%的HCC发生在中国)。临床上对巴塞罗那临床肝癌(BCLC)B分期的HCC患者首选经导管动脉化疗栓塞(TACE)进行治疗。但接受TACE治疗的患者中有70%-80%会发生肿瘤进展,与接受保守治疗的患者相比,这类患者生存并未显著获益。因此,治疗前准确筛选TACE手术可能获益的BCLC-B期患者是精准医疗的真实体现。  影像组学方法能够从医学影像中定量提取与疾病诊断、预后之间相关联的影像特征从而构建疗效预测模型,同时,磁共振成像(MRI)具有优异的软组织对比度,是评估HCC推荐的成像模式。利用影像组学方法提取MRI影像特征,有望在术前精准预测TACE术后肿瘤进展情况,辅助筛选潜在TACE治疗获益患者。  中国科学院苏州生物医学工程技术研究所研究员高欣团队与复旦大学附属中山医院刘嵘团队合作,提出了一种基于多参数MRI的影像组学模型,实现了对肝癌TACE术后肿瘤进展情况的术前无创预测。该研究共入组84名患者,获取了包括T2WI、DWI及ADC的多参数MRI数据及临床资料。研究团队从肿瘤区域提取高通量影像组学特征,通过机器学习方法筛选特征并构建预测模型。  研究结果显示,所建模型能够对TACE术后肿瘤进展进行较好预测(准确度达80%)。联合多个MRI序列建立的模型预测性能优于单个MRI序列建立的模型,这表明不同序列的MRI包含的信息具有较好的互补性。该研究提示,MRI有潜力帮助医生为中晚期肝癌患者制定最佳的治疗方式,助力医生实施精准治疗。  该研究受国家自然科学基金委等机构资助,相关成果发表于JournalofMagneticResonanceImaging,其中孙跃军与白洪林是并列第一作者。  论文链接图:不同MRI序列上肿瘤区域(VOI)标注例子。VOI仅在T2WI上标注,其它序列上的VOI是通过与T2WI配准后,自动映射获得。(a)T2WI序列,(b)DWI-b0序列,(c)DWI-b500序列,(d)ADC序列。

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  物种的气候生态位能够反映其应对气候变化的策略,进而决定物种的分布格局,但植物和动物气候生态位的演化模式是否一致,前人的研究尚无定论。鉴于两类生物在生态学和生理学上的差异显著,已有的研究认为植物可能具有更强的环境耐受性且对气候变化更敏感,然而这一猜想并无令人信服的实验数据支持,也未考虑系统发育对物种气候生态位的影响。  中国科学院华南植物园生态及环境科学研究中心全球变化与植物功能性状研究组副研究员刘慧(PI:研究员叶清),与美国亚利桑那大学生态与演化系教授JohnWiens合作,构建了包括19个植物类群和17个动物类群共2087个物种的全球分布和系统发育数据库,通过计算6个气候生态位(包括3个水分生态位和3个温度生态位)的演化速率,运用多种模型检验了气候生态位演化模式的一系列假说。研究发现,在所有的假设检验中植物和动物类群都表现出高度相似性:如两类生物的气候生态位演化速率(climaticnicheevolutionrate,CNER)都较低;物种形成时间越短CNER越高(如图);物种基于最湿季降水量的CNER显著高于基于最干季降水量的CNER等一系列结论。从而解释了动、植物类群在全球尺度具有相似的丰富度中心、地理分布格局和生物多样性热点的内在机理。  该研究首次证明了植物和动物的气候生态位演化模式存在“普遍规律”,对未来气候变化背景下预测物种分布格局和演化规律具有重要意义。研究结果近期发表在国际期刊NatureEcology&Evolution(《自然-生态与进化》)上。该研究受国家自然科学基金、中科院青年创新促进会、国家留学基金委等资助。  论文链接图:全球尺度植物和动物类群气候生态位演化模式的相似性。此为十个假设中的一例,即植物(绿色,n=952)和动物(橙色,n=1135)类群中,物种形成时间越短、气候生态位演化速率越高。(a-b)温度生态位演化速率; (c-d)降水生态位演化速率,颜色深浅代表数据密度,R2和P值基于PGLS系统发育模型。

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  植物株型是一种非常复杂的农艺性状,是影响作物产量的主要因素。通过植物株型的改良,可以显著提高作物产量。近年来,超级稻恢复系“华占”育成了一系列超级稻组合,产生了新一轮杂交水稻品种的更新换代。以华占为父本审定的品种多达300个以上;2015-2018年期间,华占每年有3-4个组合列入全国种植面积前十的杂交稻品种,成为我国杂交水稻育种史上的一大“奇观”。华占最大的一个特点就是分蘖较多,稳产性好。  近日,中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋研究组与中国水稻研究所研究员钱前及中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员熊国胜课题组通过将华占与广亲和品种热研2号杂交,构建重组自交系进行基因组重测序分析,最终完成了华占的多分蘖特性解析。研究表明华占中含有一个独角金内脂合成基因HIGHTILLERINGANDDWARF1/DWARF17(HTD1/D17),HTD1新的等位形式HTD1HZ,能够有效增加水稻分蘖数但不影响结实率,并且HTD1HZ杂合状态就能够增加分蘖数,使华占配制的杂交稻组合也能获得稳产特性。这一研究成果很好地回答了“华占”为何能配置如此多的杂交稻组合,并在生产上大面积推广应用。上世纪50-60年代,育种家利用“矮化基因”改良作物,被称为“绿色革命”。绿色革命代表品种奇迹稻IR8从一个矮小坚强的亲本“低脚乌尖”中获得控制矮杆性状的有利等位基因SD1DGWG,是实现IR8半矮化抗倒性状的关键。该团队研究发现在奇迹稻IR8的另一个高大繁茂的亲本“皮泰”(Peta)中含有HTD1HZ。来自“皮泰”的HTD1HZ和来自“低脚乌尖”SD1DGWG在IR8培育过程中被共同选择固定下来,实现了矮杆抗倒和多蘖高产的最佳组合。在我国大面积推广的华占,明恢63和双桂等多个品种中,都同时携带有HTD1HZ和SD1DGWG。该研究成果表明在水稻育种的“绿色革命”及之后的现代籼稻品种育种过程中,HTD1HZ与SD1DGWG同时被育种家共同选择并广泛利用,成功解析了绿色革命中矮杆多分蘖类型品种的分子机理,并首次报道了水稻独脚金内酯途径在绿色革命中如何被广泛应用,为稳产、广适性水稻品种分子设计育种提供了十分重要的理论和指导意义。  该研究成果于3月25日在MolecularPlant在线发表了题为AstrigolactonesbiosynthesisgenecontributedtotheGreenRevolutioninrice的研究论文(DOI:10.1016/j.molp.2020.03.009)。该研究得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委和中国农业科学院创新工程的资助。中国水稻研究所副研究员王跃星、中国农业科学院深圳农业基因组研究所副研究员商连光、助理研究员曾龙军和中科院遗传发育所副研究员余泓为共同第一作者,钱前、熊国胜与李家洋为共同通讯作者。SD1和HTD1有利等位基因在现代育种中应用的模式图

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  自然草地恢复和人工造林恢复是黄土高原生态治理重要的两种植被恢复模式。大量研究表明,黄土高原自1999年以来大规模的植被恢复措施显著改变了土壤碳储量,水量平衡、地表物质迁移、土壤微生物群落及生物化学循环等。土壤微生物群落在地下物质循环和交换过程中发挥着重要作用;在退耕还林/草政策背景下,从科学的机理上清晰认识黄土高原植被恢复措施下土壤微生物群落结构与组成有助于更好地理解退耕还林/草后土壤碳水交换、物质平衡基本原理与驱动机制,对于制定科学合理的生态恢复政策和可持续发展模式也起着至关重要的作用。  针对上述科学问题,中国科学院地球环境研究所生态环境研究室副研究员杨阳基于黄河水利委员会西峰水土保持科学试验站,联合美国马里兰大学和中科院西北生态环境资源研究院,以南小河沟人工造林恢复(杨家沟)和自然草地恢复(董庄沟)对比小流域为研究对象,其中,杨家沟自1954-1958年实施人工造林措施,现已形成人工森林生态系统;董庄沟自1954年开始实施草地封育政策,现已形成天然的自然草地生态系统;采用高通量测序的方法系统对比和研究了自然草地恢复和人工造林恢复土壤微生物群落结构组成及多样性变化。结果表明:植被恢复(自然恢复和人工造林)对土壤真菌群落结构和多样性产生了明显的影响;其中自然恢复和人工造林模式下土壤优势真菌种类为Ascomycota、Basidiomycota,土壤优势真菌种类为Ascomycota、Basidiomycota,土壤优势细菌种类为Actinobacteria、Proteobacteria、Chloroflexi、Acidobacteria(图1);人工造林模式下土壤真菌多样性指数高于自然恢复,而自然恢复模式下土壤细菌多样性指数高于人工造林模式。微生物网络分析结果显示:人工造林模式下土壤真菌群落结构比自然恢复模式复杂,而自然恢复模式下土壤细菌群落结构比人工造林模式复杂(图2);进一步的相关分析显示土壤SOC、pH、C/N与主要微生物类群的丰度呈显著的正相关,是影响土壤微生物群落多样性的主控因子。结构方程模型显示:土壤特性和植被特性共同决定了土壤真菌群落结构和多样性,人工造林模式对土壤真菌多样性的影响较大,而自然恢复模式对土壤细菌多样性的影响较大。最后文章构建了自然恢复和人工造林模式下土壤特性和植被特性影响土壤真菌群落结构概念图,为研究黄土高原植被-土壤-微生物关系提供了新思路(图3)。  该研究得到国家自然科学基金委和中科院的共同资助,相关研究成果近期发表于生态学和环境学期刊ForestEcologyandManagement和ScienceofTheTotalEnvironment上。  文章链接:12图1自然恢复和人工造林模式下土壤微生物群落结构图2自然恢复和人工造林模式下土壤微生物群落结构网络图图3自然恢复和人工造林模式下土壤特性和植被特性影响土壤真菌群落结构概念图

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  全球变化和人类活动引起的生物多样性丧失将会对生态系统功能产生诸多不利影响,如生产力下降、养分循环失衡等。因此,始于20世纪90年代的生物多样性与生态系统功能研究一直是生态学界关注的热点。早期的大量研究多关注地上植物属性(如物种数量、物种质量、物种间亲缘关系)及其与环境因子相互作用等如何影响生态系统单一功能(如生产力)。然而,只考虑生物多样性对单一生态过程的影响,忽视了生态系统同时提供多项功能和服务的事实,往往会低估生物多样性对生态系统功能的作用。不仅是地上植物多样性,地球上很大一部分生物隐藏在地下,土壤生物类群几乎参与了所有的生物地球化学过程并在其中扮演了关键的角色。目前,地上-地下生物多样性如何共同影响森林生态系统多重功能的机制尚不清楚。  鉴于此,中国科学院沈阳应用生态研究所森林生态与管理重点实验室创新团队成员原作强、王绪高、张晓珂和李慧等以长白山阔叶红松林为研究对象,依托25ha长期固定监测样地,测定了森林生产力、植物/土壤碳库、土壤/凋落物持水能力、种子/凋落物产量等8种生态系统功能,综合运用均值法、多阈值法(50%,75%和95%)和单功能法度量了生态系统的多功能性,分析了植物多样性、林分结构、树种性状组成和土壤微生物(细菌、真菌和线虫)对生态系统功能的直接和交互影响。结果发现:尽管8种单一功能受到不同因子的驱动,森林多重功能与木本植物谱系多样性和林分结构呈正相关关系,与资源获取型性状相关的树种组成(如比叶面积)呈负相关。谱系多样性通过提高林分结构复杂性而间接影响生态系统功能。土壤微生物对多功能的均值没有直接影响,但其是维持高水平多功能性的关键驱动者。局域非生物因子则主要通过调控植物结构和组成来间接影响生态系统功能,例如复杂地形会降低林分结构多样性,而土壤肥力会增加物种多样性并降低资源获取型树种的优势度。该研究突破以往专注于生物多样性单个营养级(如植物或微生物)对单个生态系统功能的研究,揭示了林分结构和土壤微生物多样性在维持温带天然林功能中的重要性。  研究结果以Above‐andbelow‐groundbiodiversityjointlyregulatetemperateforestmultifunctionalityalongalocal‐scaleenvironmentalgradient为题发表于JournalofEcology杂志。原作强为第一作者,王绪高为通讯作者。该研究得到中科院先导专项、国家自然科学基金和青促会的支持。  文章链接 植物属性和土壤微生物多样性对生态系统多功能均值(FMA)和不同阈值水平(50%,75%和95%)的影响

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  中国科学院大气物理研究所联合美国纽约州立大学奥尔巴尼分校、德国马普气象研究所3月13日发表于《科学进展》(ScienceAdvances)的研究工作发现,如果在预测未来15-30年的南亚夏季风降水变化时充分考虑太平洋年代际振荡(IPO)的位相变化,则能够有效减少预测结果的不确定性,提高预测结果的可信度。  南亚是全球人口分布密度最大的地区之一,受夏季风变化的影响,旱涝灾害对该地区的工农业生产和社会活动产生巨大影响。因此,如果能够较为准确地预测未来十多年的降水变化趋势,对于决策者来说,这将帮助他们制定更为有效的应对策略,惠及该地区超过十亿的人口。但是,目前准确地预测未来10-30年的季风降水变化尚是一个国际难题,表现之一是参加“全球耦合模式比较计划”的气候模式预测的南亚夏季降水变化彼此之间存在显著的差异,科学界将这种模式间的结果差异称作“不确定性”。  是什么因素导致了“不确定性”?决定未来10-30年季风变化的因子包括两类,一是人为辐射外强迫的作用,包括人为温室气体和气溶胶排放、土地利用所造成的下垫面变化等;二是“内部变率”,指由大气、海洋、海冰和陆面构成的气候系统内部的振荡,它是与人类活动无关的、纯自然的过程,时间尺度既包括年到年的年际变率,也包括周期达几十年的年代际振荡。在未来10-30年这个时间段上,由于人为辐射强迫的作用还不是特别显著,内部变率就成为造成预估结果不确定性的主要因子。如果能够把内部变率的影响剥离出来,充分利用其中年代际振荡的持续性特点,就有望提高预测的准确度。  这项由中科院大气所研究员周天军团队联合美国纽约州立大学奥尔巴尼分校教授戴爱国、德国马普研究所博士李红梅、李超、Jin-SongVonStorch等的合作研究,指出针对未来15-30年的气候预测,由于内部变率的影响超过了人为外强迫(如温室气体、气溶胶等)的作用,使得南亚夏季风降水预估出现偏差。通过分析由150个样本组成的气候系统模式超级集合模拟试验结果,他们发现太平洋年代际振荡(IPO)是引起未来15-30年南亚夏季风降水预估不确定性的主要内部变率因子。IPO是指存在于太平洋海温的一种20-30年准周期的年代际振荡现象,在其正位相时,热带海温偏暖、而热带外海温偏冷,冷位相时情况反之。若能够准确把握未来15-30年的IPO的位相转换,则预估的南亚夏季风降水不确定性将会显著减小,具体减少的幅度因模式性能而异,最少也有13-15%,最多可达26-30%。研究指出,尽管温室气体等人为辐射外强迫使南亚夏季风降水增加,但如果伴有IPO位相由负转正,则降水增加的概率将会被降低,同时印度半岛出现极端变干(湿)的概率将会增大(减小);反之,若IPO位相由正转负,则IPO引起的降水增加趋势叠加在温室气体等外强迫的影响之上,将增加南亚季风降水增多的概率,印度半岛出现极端变湿(干)的可能性也将会增大(减小)。  “前人在研究南亚夏季风的历史变化时已经发现了IPO的影响,然而在气候预估中这个影响却常常被视为噪音。由于IPO是一种年代际的振荡信号,自身有很长时间的持续性,因此在对未来15-30年的气候进行预估时考虑IPO的位相信息,将有助于缩小南亚夏季风降水预估的不确定性,有效地提升南亚地区极端旱涝发生概率的预测水平。”该文第一作者、大气所博士生黄昕说。“季风的预测面临许多难题,需要国际科学界的携手努力。为此,我们联合英美学者在国际上发起了‘全球季风模式比较计划(GMMIP)’,这一工作对于GMMIP计划具有重要推动意义。”该文通讯作者周天军最后强调。  该研究工作受中科院“丝路环境”战略先导项目(批准号XDA20060102)、中科院国际伙伴计划项目(批准号134111KYSB20160031)和国家自然科学基金(批准号41775091)共同资助。  文章链接IPO影响南亚夏季风降水近期预估的示意图:若未来IPO为正位相转换,南亚季风区出现极端变干趋势的概率增大;反之,南亚季风区出现极端变湿趋势的概率增大。

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