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  3月26日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心昆虫发育与进化生物学重点实验室王四宝研究组与中国科学院上海营养与健康研究所魏刚研究组合作在国际学术期刊《科学进展》(ScienceAdvances)上在线发表了题为Coordinatedregulationofinfection-relatedmorphogenesisbytheKMT2-Cre1-Hyd4regulatorypathwaytofacilitatefungalinfection的研究论文。该研究揭示了杀虫真菌通过表观遗传KMT2-Cre1-Hyd4通路调控真菌侵染结构——附着胞的发育分化和杀蚊毒力的分子机制。  蚊虫是疟疾、革登热等多种疾病的传播媒介。蚊虫控制是阻断蚊媒传染病的重要措施。有别于细菌和病毒等杀虫微生物需要通过消化道侵染昆虫,杀虫真菌以穿透体壁的入侵方式感染昆虫,能够更高效地杀死抗药性蚊虫,显著降低蚊媒疾病的传播,具有环境友好、持续控制、不易产生抗性的特点,因而在蚊虫生物防治和阻断疾病传播上具有巨大的优势,被认为是最有潜力的下一代生物杀蚊剂之一。在入侵寄主体壁的过程中,杀虫真菌产生一种重要的特殊侵染结构——附着胞,附着胞通过分化成侵染钉以及分泌一系列降解昆虫体壁的胞外酶等方式来穿透体壁。因此,附着胞的分化形成对于真菌成功侵染寄主蚊虫至关重要。然而,人们对附着胞分化形成的调控机制知之甚少。  本研究基于前期真菌与蚊虫互作过程中的基因表达谱分析(ScienceChinaLifeSciences,2017),鉴定到一个在绿僵菌早期侵染蚊虫体壁时特异上调表达的表观遗传调控因子——组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因kmt2。研究表明KMT2催化组蛋白H3第4位赖氨酸甲基化(H3K4me3)修饰,在真菌侵染蚊虫体壁阶段发挥重要的调控作用。敲除kmt2基因显著减少真菌附着胞的形成,并显著降低杀蚊毒力。转录组测序(RNA-seq)研究发现,经昆虫体壁诱导后,依赖于MrKMT2的差异表达基因主要参与脂类、碳水化合物的代谢和转运。利用染色质免疫共沉淀结合二代测序(ChIP-seq)技术,分析H3K4me3在野生型(WT)和敲除菌株(ΔMrkmt2)中的染色质分布情况,发现KMT2介导的H3K4me3修饰主要与基因转录激活相关。通过对WT和突变体在体壁诱导条件下的ChIP-seq和RNA-seq的关联分析,结合遗传学验证和表型测定,发现受昆虫体壁诱导表达的KMT2通过将H3K4me3标记富集于转录因子Cre1基因位点染色质区域进而转录激活cre1的表达,上调表达的Cre1再通过转录激活疏水蛋白基因hyd4来调控真菌附着胞的分化形成,从而完整地揭示了由KMT2-Cre1-Hyd4协同调控附着胞发育分化的表观遗传学机制和调控通路(如图)。  该研究深入揭示了杀虫真菌附着胞分化的分子调控机制,不仅为虫生真菌与寄主昆虫相互作用提供新机制,而且为高效杀蚊真菌遗传改良提供新的靶点和改造策略。  分子植物卓越中心副研究员赖屹玲和营养与健康所博士后曹璇为该论文的共同第一作者,分子植物卓越中心博士生陈晶晶、王历历参与了该项研究工作,研究员王四宝和魏刚为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划重点专项、中科院战略性先导科技专项(B类)、国家自然科学基金、中科院重点部署项目等资助。  文章链接图:杀虫真菌通过表观遗传KMT2-Cre1-Hyd4通路调控侵染结构附着胞分化形成和杀蚊毒力的分子机制

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  二氧化钛是一种常见的触媒催化剂,可用于光催化和水煤气催化反应。在加热的条件下,可以催化水和一氧化碳产生氢气和二氧化碳。这个反应已经发现近百年了,但是其中分子层面催化剂是怎么催化反应进行的,没有人亲眼见到过。为了实现在原位环境电镜中直接观察到水分子在二氧化钛表面的吸附结构和反应过程,浙江大学和丹麦技术大学的研究人员设计在二氧化钛001型重构表面进行实验。该重构表面有序分布着高活性凸起阵列,吸附在其上的水分子的有序排列为电镜观察提供了充分的衬度。在实验中,人们首次观察到吸附水分子呈现一种“双凸起”结构(图1),并在后续的水煤气反应中直接观察到这种“双凸起”结构的动态变化,从而实现了在分子尺度直接观察催化反应进行这一梦想。  为了解析“双凸起”结构的确切原子结构与构成,中国科学院上海高等研究院高嶷团队进行了细致充分的第一性原理计算及热力学分析。通过对各种不同二氧化钛表面水结构的构造、计算和筛选,最终确定了实验观察到的吸附水分子结构:一个水分子在二氧化钛表面打开后形成的两个OH离子和另外两个吸附水分子形成了一种稳定的复合结构(图2)。通过理论计算,研究人员更进一步理解了这种独特的双凸起结构在此前的理论与实验工作中未被发现的原因。原来,这种结构的稳定性依赖于水汽环境的温度与压强,只在接近真实反应条件的水汽环境中才会稳定存在,所以在此前的非原位研究和低压原位研究中都观察不到。在确认了吸附水分子确切结构之后,研究人员最终计算出了在二氧化钛重构表面水煤气反应的完整反应路径,并对实验观察到的双凸起结构动态变化进行了解释。  在这个工作中,研究人员充分展现了理论和原位实验结合得到的催化反应信息的价值,得到了审稿人的高度评价。浙江大学博士袁文涛、中科院上海高研院副研究员朱倍恩、中科院上海应用物理研究所博士生李小艳为共同第一作者。上海高研院研究员高嶷,浙大电镜中心中科院院士张泽、教授王勇,丹麦技术大学教授Wagner为共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金委、教育部、科技部、浙江省自然科学基金、上海市自然科学基金、中科院青促会、国家超级计算广州中心、上海超算中心、中国博士后基金的共同资助和支持。  该工作发表在《科学》(Science)杂志上。  文章链接图1原位实验观察到的二氧化钛表面吸附水分子“双凸起”结构图2理论计算得到的水分子双凸起原子结构以及理论与实验的红外谱线比较

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  磁铁矿是一种重要的金属矿物,广泛存在于各种岩浆岩、变质岩和沉积岩中,同时也是各类铁(铜)矿床的主要矿石矿物。磁铁矿具有反尖晶石的晶体结构,使得磁铁矿中通常含有一系列微量元素,如Si、Ca、Al、Ti、V、Mn、Mg、Cr、Ni等,可用于判别矿床类型及热液作用过程。铁氧化物-铜-金(IOCG)矿床是全球最重要的铁铜金复合矿床类型,磁铁矿是该矿床类型内非常重要的成矿矿物,因此,磁铁矿的研究对于更加深入地了解该矿床类型的形成是非常必要的。IOCG矿床中通常存在两种不同形态的磁铁矿:板状(也称穆磁铁矿,指赤铁矿转变为磁铁矿后仍保留赤铁矿外形者)和粒状磁铁矿。然而前人的研究对于穆磁铁矿的认定缺乏矿物学方面的证据,同时这两种磁铁矿类型的结构、成分特征及演化过程也尚未明确。  针对上述科学问题,中国科学院广州地球化学研究所流体与成矿作用学科组博士生胡霞在导师陈华勇的指导下,以秘鲁MinaJusta矿床为例,对两种磁铁矿类型进行了详细的结构和成分研究,揭示了IOCG矿床中铁氧化物的形成过程。该研究为IOCG系统中穆磁铁矿的存在提供了强有力的矿物学证据。MinaJusta磁铁矿的结构和成分数据为研究IOCG矿床中铁氧化物的成因机制提供了新思路。氧逸度(fO2)和温度变化是导致MinaJusta不同类型磁铁矿形成的主要机制。原生赤铁矿由于fO2的急剧下降而转变为磁铁矿(TM1-1),在温度逐渐升高的过程中被TM1-2磁铁矿所取代,随后由于温度的降低而形成TM1-3磁铁矿,最终形成人们所观察到的具有不同亮暗环带的板状穆磁铁矿。粒状磁铁矿可能最初是从热液流体中直接沉淀形成TM2-1磁铁矿,然后受到温度和fO2的影响,形成了TM2-2磁铁矿。该研究表明即使热液矿床中的铁氧化物形成于相同的成矿阶段,它们也可能经历了非常复杂的演化过程。因此,综合物理结构与化学成分特征研究对于揭示铁氧化物的起源和演化历史具有重要意义。  该研究受到国家自然科学基金(41572059、U1603244)等的资助,相关成果近期发表在AmericanMineralogist上。  论文链接图:基于结构和成分研究的MinaJusta矿床两种类型磁铁矿形成过程示意图

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  土壤水分和养分资源的可持续利用是实现农林复合系统健康发展的基础。然而,关于间作植物对土壤水分、养分影响的报道往往莫衷一是、评价毁誉参半。这使得复合系统内间作植物的选择面临着较大的不确定性,难以对农林复合系统的建设和管理提供可靠的指导。因此,认知不同植物功能类群对土壤资源的影响是探索适宜林下间作植物的前提。  为此,中国科学院西双版纳热带植物园生态水文研究组博士后吴骏恩、博士研究生曾欢欢与研究员刘文杰及其组内人员合作,以纯橡胶林、两层复合林、三层复合林、丛林式橡胶林、热带雨林等不同植物群落为研究对象,连续测量了样地不同深度土层的含水量、水氢氧稳定同位素及土壤碳、氮、磷、钾、钙、镁含量,解析了不同乔木、灌木、草本植物组合对土壤水分、养分季节变化与空间分布的影响。结果表明:随着植物种类组成的增加,土壤碳氮含量增加。在复合系统内,土壤含水量也随着土壤碳氮含量的增加而增加。然而,在丛林式橡胶林、热带雨林中,植物种类组成的增加对土壤含水量的影响却由正转负,主要表现为受草本植物的负面影响。究其原因,主要是高含量的有机质和密集的根孔会加速土壤水分的下渗,从而缩短土壤水分的驻留时间,而密集生长的草本植物和加剧的种间竞争又会增加土壤水分的消耗。在复杂的植物群落中,土壤水分的潜在流量较大,而土壤水分的渗透速度越快则表明矿物养分浸出的风险和幅度就越大;随着植物种类组成的增加,土壤养分的浓度逐渐降低,尤其是土壤磷钾钙含量。这表明,在植物群落由简单到复杂的变化过程中,其土壤碳氮含量增加、矿物养分含量降低、土壤水分驻留时间缩短、土壤含水量先增后减,其中乔木、灌木、草本对土壤水分和养分的影响各有不同,有时甚至出现相反的结果。因此,为实现土壤水分和养分资源的可持续利用,复合系统中的间作植物应选择灌木类、避免密集种植的草本植物。  相关结果以Recognizingtheroleofplantspeciescompositioninthemodificationofsoilnutrientsandwaterinrubberagroforestrysystems为题,发表在ScienceoftheTotalEnvironment上。  论文链接不同植物群落的土壤水分和养分差别比较

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  白垩纪是地质历史的温室气候期,当时气候非常炎热,CO2浓度大约是现今的4倍。众多的古气候记录显示这种温暖的气候在白垩纪晚期发生了剧烈的变化,气候随之波动性地逐步变冷。然而,这些气候变化记录大多数是从海洋沉积物中获得的,关于白垩纪时期陆地气候的记录研究较少。松辽盆地是全球最大的陆相盆地之一,具有连续的高沉积速率的陆相沉积,因此基于松辽盆地的白垩纪时期的古气候环境恢复重建对于解析全球气候变化和区域性陆地响应机制有重要的理论意义。特别是在Santonian-Campanian转变时期,全球大洋壳体氧同位素不同程度的正偏被认为与海洋底层水体温度的降低有关,而亚洲远东地区温度变化幅度达到10°C左右。  近期,中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学重点实验室助理研究员王丽等人发现在Santonian-Campanian转变时期,松辽古湖泊在该时期不同碳数的正构烷烃氢同位素呈现不同程度的显著负偏,其中中等链长的正构烷烃(MCA)氢同位素负偏达80‰左右,长链(LCA)和短链正构烷烃(SCA)的负偏程度达50‰左右。通过对比不同碳数正构烷烃的碳同位素分布及其相应碳数之间碳、氢同位素组成的相关系数,重建了该时期的湖泊水氢同位素组成以及降雨氢同位素组成的变化。结合藻类和孢粉学的证据认为:在Santonian-Campanian转变时期松辽盆地存在长时间的降雨事件(图1)。  然而具有透光带缺氧指示意义的芳基类异戊二烯以及类胡萝卜素类化合物(isorenieratane)的检出说明在该时期存在透光带缺氧,同时具有水体分层指示意义的伽马蜡烷指数在这一时期呈现高值,另外具有盐度指示意义的MTTCI显示表层水体盐度在该时期显著降低(图2)。结合松科1井(SK-1)以及前人在松辽盆地不同凹陷的研究结果,研究人员认为该时期水体环境变化剧烈,大量的淡水注入造成了湖泊水体呈现上淡下咸的分层,而降雨带来的丰富的营养物质造成的藻类勃发,从而导致了水体的缺氧,水体分层和缺氧又进一步造成了透光带缺氧这种极端的水体环境。这大大压缩了光合自养生物以及需氧异养生物的生存空间,造成了水生生物的死亡。这些发现也与化石证据中观察到的动物化石的显著减少一致。因此研究人员认为发生在晚白垩纪时期这种长时间降雨事件,会给湖泊生态系统带来致命破坏。需要指出的是,松辽盆地此次识别出的降水事件在盆地不同凹陷均有检出,持续时间长达30万年之间,这一现象与三叠纪末期的卡尼洪水事件很相似(持续了200万年),是全球气候变暖背景下的气候异常事件,这种长时期的降雨事件会给湖泊生态系统带来灾难性的打击。  该项研究得到国家自然科学基金(41502140和41502121)、有机地球化学重点实验室自主课题(SKLOG2016-A06)和中科院战略性先导科技专项A(XDA14010103和2017ZX05008-002-030)的联合资助。  研究成果近期发表在Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology杂志上。  论文链接图1.基于长链烷烃氢同位素和东亚地区的其它研究记录:(A)短链正构烷烃氢同位素组成变化(<C20);(B)中链长正构烷烃氢同位素组成变化(C21toC26);(C)长链正构烷烃氢同位素组成变化(>C27);(D)松辽盆地湖平面变化曲线(Xietal.,2011);(E)SK-1井介形虫壳体碳同位素记录(Chamberlainetal.,2013);(F)SK-1井介形虫壳体氧同位素记录(Chamberlainetal.,2013);(G)Zakharovetal.(1999,2011)等通过底栖有孔虫氧同位素建立的温度曲线;(H)Miller等(2005)估算的海洋面升降高度。图2.TOC,MTTCI,Pr/Ph,A-i/P,Ga/HopC31R,δ13Corg,δ2Hn-alkanes,andδ13Cn-alkanes等生标参数在剖面上的变化:(A)总有机碳丰度;(B)指示盐度变化的脱羟基维生素E指数(MTTCI)变化;(C)反映氧化还原变化的姥鲛烷/植烷比值;(D)指示透光带缺氧的A-i/p,五角星表示检出isorenieratane的样品;(E)指示水体分层和盐度的Ga/HopC31R指数;(G)不同来源的δ2Hn-alkanes变化;(H)不同来源的δ13Cn-alkanes变化。

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  细菌抗药性的出现与扩散严重威胁全球公共卫生安全。应对这一挑战亟需开发新型抗菌物和抗菌疗法。窄谱抗菌物/疗法可特异性地识别并清除目标病菌,从而减少对宿主共生菌群的脱靶干扰、并降低对细菌的抗药性进化压力。但是,由于区分病菌与益生菌的固有难度以及制药公司对窄谱抗菌缺乏投资热情,窄谱抗菌物/疗法的发展一直处于极度迟滞状态。针对这一问题,中国科学技术大学副教授阳丽华课题组提出赋予现有的广谱抗菌物/疗法以辨别目标细菌的能力,从而将其转变成一种窄谱抗菌物/疗法。  光动力疗法利用光动力敏化剂响应光照所原位生成的活性氧物质(ROS)来清除目标细胞。然而,“成也萧何、败也萧何”。一方面,由于ROS能够同时破坏多种对细胞正常功能必不可少的细胞物质,光动力疗法能清除抗药性细菌、且同时能延缓细菌获得抗药性。另一方面,由于ROS能对所经之处的细胞不加选择地加以清除,光动力治疗常规而言就是一种广谱抗菌疗法。  近期,阳丽华课题组首度发现,当把表面带负电荷的纳米球与细菌混合在一起时,纳米球会选择性吸附到球菌表面、却不吸附到杆菌表面,而且这种基于细菌形貌选择的识别机制受熵增驱动、且普适于组成和表面化学不同的多种纳米球。基于这种物理识别机制以及ROS极度有限的有效活性半径(不足200nm)(图1上),研究人员猜想如果纳米球具有光动力效应,那么就可能在光照下高效清除球菌、却不干扰杆菌(图1中和底)。这一猜想得到了采用不同光动力纳米球和多种细菌所做抗菌实验的证实。相关研究成果以SelectiveEntropyGain-DrivenAdsorptionofNanospheresontoSphericalBacteriaEndowsPhotodynamicTreatmentwithNarrow-SpectrumActivity为题发表在期刊TheJournalofPhysicalChemistryLetters上。这项工作不仅首次揭示了细菌形貌在相似电荷纳米球/细菌相互作用中的关键作用,还有望为过敏性皮炎等由于球菌在杆菌主导健康共生菌群的微环境中过度繁殖所引起的疾病提供一种新疗法。  该项研究得到国家自然科学基金委的资助和国家同步辐射实验室的支持。阳丽华为论文的通讯作者,硕士研究生杨彬倩为论文第一作者。  论文链接图1:(上)光动力纳米球(PNS)在光照下原位生成活性氧物质(ROS)。(中和底)带负电荷纳米球选择性吸附到(中)球细菌表面、而不吸附到(底)杆菌表面。如果这些纳米球具有光动力效应,它们在光照下可高效清除球菌、却不干扰杆菌。

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