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華南植物園揭示光敏色素phyB穩定轉錄因子BP/KNAT1促進光誘導種子萌發的分子機制
近日，中國科學院華南植物園劉勛成團隊在植物科學領域著名期刊《Plant Communications》上發表了題為“Phytochrome B stabilizes the KNOX transcription factor BP/KNAT1 to promote light-initiated seed germination in Arabidopsis thaliana”的研究論文。該研究闡明，擬南芥KNOX家族轉錄因子BP/KNAT1在光誘導種子萌發過程中起正調控作用。紅光/遠紅光受體——光敏色素phyB能夠直接與BP蛋白互作，通過降低其泛素化修飾水平，促進其在吸脹種子中的蛋白積累。進一步研究發現，BP直接抑制ABA生物合成關鍵基因NCED6與NCED9的表達，從而降低內源ABA含量，促進種子萌發。該研究不僅揭示了光誘導種子萌發通路中的一個關鍵正調控因子，也深化了對phyB介導的光促萌發機制的理解，為未來培育具有理想萌發特性的作物品種提供了重要的理論依據。1、研究背景萌發是種子植物生命周期的起點，其精準調控對選擇適宜的萌發條件至關重要。在多種環境因子中，光作為關鍵調控因素之一，被一系列光受體感知，包括光敏色素（phytochromes）、隱花色素（cryptochromes）、向光素（phototropins）和UVR8。其中，光敏色素作為紅光/遠紅光受體，在光誘導的種子萌發中起核心作用，尤以phyB最為重要。紅光激活phyB以啟動萌發，而遠紅光則通過使其失活從而抑制萌發。在植物激素方面，脫落酸（ABA）和赤霉素（GA）分別作為負向和正向調節因子參與萌發調控。phyB介導的光信號通路依賴于與ABA和GA信號的協同互作。然而，長期以來，“光–phyB–ABA”途徑中的核心調控因子及其分子機制仍不明確。2、主要研究內容（1）BP是phyB介導的光促進種子萌發途徑中的正調控因子研究團隊鑒定出擬南芥KNOX家族轉錄因子BP/KNAT1是光誘導種子萌發通路中的一個新組分。在phyB激活條件下，BP突變體的種子萌發率顯著低于野生型，而BP過表達株系則表現出顯著提高的萌發率。遺傳分析表明，在phyB突變體中過表達BP可部分回復其萌發缺陷表型。這些結果證實BP在遺傳上作用于phyB的下游，正向調控光依賴的種子萌發過程（圖1）。圖1. BP是phyB介導的促進種子萌發過程中的正調控因子（2）phyB與BP直接互作并通過降低BP的泛素化水平促進其蛋白積累基于phyB與BP之間的遺傳互作關系，研究團隊進一步探究了二者在蛋白水平上的相互作用。酵母雙雜交、熒光素酶互補及免疫共沉淀等實驗結果表明，BP在體內和體外均能與phyB發生直接互作。為研究phyB對吸脹種子中BP蛋白穩定性的影響，研究人員分別構建了在phyB突變體和過表達株系背景下的BP轉基因材料。免疫印跡分析顯示，phyB過表達可促進BP蛋白的積累，而phyB缺失則導致BP蛋白水平降低。進一步的體外降解實驗及MG132處理實驗證明，phyB通過減少BP的泛素化修飾，從而抑制26S蛋白酶體介導的降解途徑，增強BP蛋白的穩定性（圖2）。圖2. PhyB與BP互作降低其泛素化水平從而促進其在吸脹種子中的積累（3）BP直接結合NCED6/9并通過提高H3K27me3修飾水平抑制其表達轉錄組分析顯示，在phyB激活條件下，BP與phyB共同抑制萌動種子中ABA的生物合成及其信號轉導途徑。進一步的轉錄調控分析表明，BP能夠在體內和體外直接結合NCED6/9基因，并通過提高其組蛋白H3K27me3修飾水平以抑制表達；而在phyB缺失背景下，BP對NCED6/9的結合能力及轉錄抑制效應均顯著減弱。ABA含量測定結果發現，在phyB激活時，BP突變體中的ABA含量明顯高于野生型，而在phyB失活條件下則無顯著差異。遺傳分析表明，NCED6/9在遺傳上位于BP的下游，參與光調控的種子萌發過程。以上結果說明，在phyB激活的萌發途徑中，BP通過增強NCED6/9基因位點的H3K27me3修飾水平抑制其轉錄，從而減少ABA的生物合成（圖3）。圖3. BP通過抑制NCED6和NCED9表達降低ABA生物合成綜上，研究團隊揭示了光誘導種子萌發過程中“phyB–BP–NCED6/9”級聯模塊的核心分子調控機制：在黑暗或遠紅光（phyB 失活）條件下，吸脹種子中的BP蛋白高度泛素化并被26S蛋白酶體降解，同時NCED6/9大量表達，導致ABA水平升高，從而抑制種子萌發；而在強光或紅光（phyB 激活）條件下，phyB 與 BP 結合并通過去除其泛素化修飾以穩定該蛋白；積累的BP蛋白進而抑制NCED6/9的表達，降低ABA含量，最終促進種子萌發（圖4）。圖4. 光誘導種子萌發中phyB-BP-NCED6/9級聯調控作用模式3、研究團隊中國科學院華南植物園辜大川副研究員、博士研究生王雅寒與華南農業大學趙明磊副教授為本論文的共同第一作者，中國科學院華南植物園劉勛成研究員為通訊作者。廣東省農業科學院吳淑華助理研究員、華南植物園鄭楓助理研究員、博士研究生陳航聰和紀茹君，碩士研究生金霞、鄧玲與許婧妍也參與了本項研究工作。本研究得到國家自然科學基金、“天山英才”科技創新團隊項目與中國科學院青年創新促進會優秀會員項目資助。論文鏈接：https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462(25)00279-2
2025-09-05
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?廣州能源所在面向零碳園區的冷熱汽耦合供能系統研究中取得進展
中國科學院廣州能源研究所地熱能與節能技術研究中心基于自研的大溫差冷熱雙供熱泵、超高溫直接蒸發式蒸汽熱泵、高效蓄冷蓄熱等核心技術及裝備，構建了一種以綠色電力作為驅動能源的冷熱汽耦合供能系統，可以同時供應 4-20℃冷水、50-95℃熱水和 100-170℃飽和蒸汽，滿足零碳工業園區的生產制造能源需求。建設零碳園區是我國錨定碳中和目標的重大戰略舉措?！蛾P于開展零碳園區建設的通知》中強調，“積極穩妥推進碳達峰碳中和，加快經濟社會發展全面綠色轉型，支持有條件的地區率先建成一批零碳園區?！眰鹘y工業供能系統的冷能和熱能相互獨立。其中工業供蒸汽和供熱主要依靠蒸汽管網加熱，其熱量來自于天然氣、煤炭等化石能源，碳排放系數大，蒸汽管網自身的散熱損失大，直接用于加熱熱水時的?損大；工業供冷主要依靠蒸汽壓縮循環的電制冷，需要消耗電力獲取工藝所需的冷量，過程中必須通過冷卻塔向環境排放低品位廢熱。針對以上問題，中國科學院廣州能源研究所地熱能與節能技術研究中心基于自研的大溫差冷熱雙供熱泵、超高溫直接蒸發式蒸汽熱泵、高效蓄冷蓄熱等核心技術及裝備，構建了一種以綠色電力作為驅動能源的冷熱汽耦合供能系統（如下圖1所示），可以同時供應4℃~20℃冷水、50℃~95℃熱水和100℃~170℃飽和蒸汽，滿足零碳工業園區的生產制造能源需求。該系統實施路徑分3個階段。第一階段，回收工業高溫余熱，例如二次乏蒸汽、冷凝水、空壓機余熱等，采用直接換熱的方式，提高能源的利用效率；第二階段，采用高溫工業熱泵將低品位的余熱提升至高溫熱水，或采用大溫差冷熱雙供熱泵同時供應工藝冷水和高溫熱水；第三階段，采用超高溫蒸汽熱泵，利用制備的高溫熱泵，供應100℃~170℃蒸汽，最終形成電力驅動的冷能、熱能、蒸汽的耦合供能系統?？蒲袌F隊針對啤酒加工、工業飲料等行業逐步構建冷熱汽耦合供能系統的典型案例，相關項目成果和示范應用已在部分企業落地。圖1 基于熱泵+的冷熱汽電耦合供能系統“三步走”路線圖研究中心具有一系列高效節能技術及裝備產出，先后研制出動態冰漿制備機組（2006年），建成了潛熱輸送示范工程（2008年）、國產化燃氣熱泵機組（2020年），研制了國內170℃蒸汽熱泵機組（2023年），搭建了覆蓋0℃~20℃供冷、50℃~95℃供熱、100℃~170℃供蒸汽的工業熱泵系列裝備，為構建噸級綠色電能驅動的冷熱汽電耦合供能系統提供了熱泵核心裝備及系統解決方案，致力于支撐國家零碳園區戰略的實施。圖2 中國科學院廣州能源研究所先進熱泵產品圖譜
2025-09-05
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南海海洋所?|?研究團隊大幅度優化南海北部內孤立波三維數值模型及其預報精度
近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境與島礁生態全國重點實驗室海洋環境模擬與應用技術研究團隊在南海北部內孤立波三維數值模擬研究方面取得新進展。團隊推出了南海北部內孤立波數值模型的新版本（ISWNM-NSCS v2.0，圖1），顯著提升了內孤立波特征預報的精度與穩定性。相關成果以“ISWNM-NSCS v2.0: advancing the internal solitary wave numerical model with background currents and horizontally inhomogeneous stratifications”為題，發表在《Geoscientific Model Development》期刊上。圖1 南海北部內孤立波三維數值模型v2.0模擬結果南海北部內孤立波主要是由來自太平洋的潮流通過呂宋海峽水下陡峭的海脊所激發產生的一種大振幅強非線性內波，對海洋混合、生態環境、海洋工程及水下航行安全等具有重要影響。受南海北部復雜地形和背景環流影響，如何精確預報內孤立波的生成傳播演變規律具有很大的挑戰性。本研究在原有模型ISWFM-NSCS v1.0的基礎上（Gong et al.,2023,GMD），進一步引入了背景流場和水平非均勻層化結構（圖2），以更真實地刻畫內孤立波的傳播時間、垂向振幅、波致流速、半波寬度和傳播方向等關鍵特征。同時，通過優化水平與垂直方向的黏性和擴散系數，在保證模型數值穩定性的前提下，有效延長了模型的預報時效；基于東沙島附近現場觀測數據對模型性能進行了系統評估，并開展了一系列敏感性試驗，以分析各項更新的獨立貢獻。與上一代模型相比（圖3），ISWNM-NSCS v2.0 在內波到達時間預報方面精度提升37%，垂向振幅精度提升34%，波致流速精度提升25%，半波寬度預報能力顯著提高85%。該模型的成功研發將為海洋環境安全保障、海洋資源開發和可持續發展等提供更為可靠的預報工具。圖2?ISWFM-NSCS v1.0（a）與ISWNM-NSCS v2.0（b）的模式配置差異圖3?ISWFM-NSCS v1.0（紅色）與ISWNM-NSCS v2.0（黑色）對內孤立波波動特征預報精度的對比該成果第一作者為南海海洋所副研究員龔延昆，通訊作者為南海海洋所研究員蔡樹群，合作者包括中國海洋大學教授陳學恩，自然資源部第二海洋研究所研究員朱小華、副研究員趙瑞祥等人。該研究獲得國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、中國科學院項目等的聯合資助。?相關論文信息：Gong,Y.,Chen,X.,Xu,J.,Chen,Z.,He,Q.,Zhao,R.,Zhu,X.-H.,and Cai,S.:ISWNM-NSCS v2.0: advancing the internal solitary wave numerical model with background currents and horizontally inhomogeneous stratifications,Geosci. Model Dev.,18,5413–5433,2025.Gong,Y.,Chen,X.,Xu,J.,Xie,J.,Chen,Z.,He,Y.,and Cai,S.:An internal solitary wave forecasting model in the northern South China Sea (ISWFM-NSCS),Geosci. Model Dev.,16,2851–2871,2023.原文鏈接：https://doi.org/10.5194/gmd-18-5413-2025??????????https://doi.org/10.5194/gmd-16-2851-2023
2025-09-04
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中國工程院院地合作重點項目“新時代廣東省能源高質量發展戰略研究”項目驗收會在廣州召開
8月31日，中國工程院院地合作重點項目“新時代廣東省能源高質量發展戰略研究——加快構建安全、柔性、智能的新型電力系統”項目驗收會在廣州召開。項目由中國科學院廣州能源研究所牽頭，南方電網科學研究院有限責任公司、中國科學院深圳先進技術研究院三家單位合作實施。8月31日，中國工程院院地合作重點項目“新時代廣東省能源高質量發展戰略研究——加快構建安全、柔性、智能的新型電力系統”項目驗收會在廣州召開。項目由中國科學院廣州能源研究所牽頭，南方電網科學研究院有限責任公司、中國科學院深圳先進技術研究院三家單位合作實施。項目組長中國工程院院士陳勇，副組長中國工程院院士饒宏，主要成員中國工程院院士李立浧、中國工程院院士羅安以及廣東省科協事業發展中心科技咨詢合作部林湖彬部長、中國科學院廣州能源研究所副所長黃宏宇、項目骨干等40余人參加會議。驗收組由中國科學院院士彭平安、中國工程院院士張偲、常州大學城鄉礦山研究院院長呼和濤力、華南農業大學生物質工程研究院院長謝君、廣東省技術經濟研究中心能源所所長于文益、廣東省電力設計研究院有限公司副總工程師余欣梅、廣東電網廣州供電局市場部部長趙穎、廣東中職信會計師事務所副主任會計師駱濤組成。議采用線上線下結合的形式舉行，廣州能源所能源戰略與碳資產研究中心主任蔡國田主持會議。林湖彬在致辭中表示，項目研究恰逢其時，意義重大，既是回應廣東省新時代能源高質量發展要求的主要作為，也是為全國新型電力建設提供廣東經驗的積極探索。黃宏宇代表廣州能源所致辭。他表示，研究所高度重視中國工程院院地合作咨詢項目，感謝項目參與方共同的合作和努力，感謝各位院士、領導、專家為項目提供寶貴的指導。廣州能源所趙黛青研究員代表項目組圍繞研究思路、項目完成情況、研究成果、政策建議和經費使用情況等等多方面進行了詳細的成果匯報。項目從“源-網-荷-儲”協同優化問題入手，研究如何構建安全、柔性、智能的新型電力系統。項目構建了新型電力系統電力電量平衡全景模擬模型，評估保供安全風險、負荷調度需求、新能源消納和需求側響應能力，研究了新型電力系統多元化電源發展路徑；評估了廣東省農村光伏、風電和生物質開發的潛力、應用場景、技術路徑和商業模式，提出了鄉村振興融合的新能源發展優選路徑；構建了廣東省車-樁基礎設施需求與發展情景綜合模型，評估了純電動車的電力輔助服務能力，研究了車網互動技術架構體系、商業模式和市場機制，提出了V2G推進策略。項目針對廣東省加快建設新型電力系統形成了研究報告和咨詢建議。專家組一致認為，項目研究成果匯集實地調研、關鍵問題聚焦、建模量化分析、發展路徑優選，具有前瞻性、針對性、創新性和可操作性，研究成果對廣東省促進加快構建安全、柔性、智能的新型電力系統，構建清潔低碳、安全高效的能源體系實施具有重要指導意義，可為新時代廣東省能源高質量發展提供重要決策支撐。會議現場
2025-09-02
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華南植物園揭示夜間增溫可阻礙飛機草在熱帶珊瑚島礁生境的入侵
由不對稱全球變暖引起的夜間增溫主要表現為晝夜溫差縮小。已有的研究認為夜間增溫會刺激植物呼吸，導致碳凈損失，對植物生長不利；然而，夜間增溫對入侵植物的生理生態影響尚未明確。與大陸生境相比，熱帶珊瑚島礁生境具有晝夜溫差小的氣候特征。近年來，入侵植物在熱帶珊瑚島礁的擴張已引發諸多生態后果,探究入侵植物對熱帶珊瑚島礁生境生理生態響應及其對鄉土植物的影響，對熱帶珊瑚島礁入侵植物防控具有重要的科學意義。中國科學院華南植物園恢復生態學團隊科研人員通過夜間增溫實驗（3℃）+ 海沙模擬熱帶珊瑚島礁生境，比較了入侵物種飛機草（Chromolaena odorata）與熱帶珊瑚島鄉土植物草海桐（Scaevola sericea）相關植物功能性狀響應的差異。研究發現，夜間增溫可顯著降低飛機草的資源利用效率，但草海桐卻可通過改變葉片結構性狀提高資源利用效率，維持相對穩定的生長速率。該結果揭示，在熱帶珊瑚島礁上構建草海桐群落有助于阻止飛機草的入侵。相關研究成果以“Nighttime warming impedes invasion of?Chromolaena odorata?into tropical coral islands”?為題近期發表在國際學術期刊Journal of Environmental Management（《環境管理雜志》）上。中國科學院華南植物園博士研究生孫彰鎂和副研究員張玲玲為論文共同第一作者，王俊和曠遠文研究員為共同通訊作者。該研究得到國家重點研發和國家自然科學基金等項目資助。論文鏈接：https://authors.elsevier.com/a/1ld9P14Z6twjai圖1. 夜間增溫對單一種植和混合種植下飛機草和草海桐19個功能性狀影響的網絡圖圖2. 夜間增溫下飛機草和草海桐競爭模型
2025-09-02
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國家重點保護植物博羅紅豆（Ormosia boluoensis）枝條高壓繁殖成功
紅豆屬（Ormosia）隸屬于豆科（Fabaceae），全屬約130 種，我國有37 種。2021年我國將紅豆屬所有物種列為國家重點保護野生植物。紅豆屬在廣東省分布有16種，是該屬種類分布最多的省份之一，這其中相當一部分紅豆屬植物為廣東省特有，博羅紅豆（O.boluoensis?）就是其中之一，被列為國家二級重點保護植物。博羅紅豆是1995年發表的新物種，為常綠灌木至小喬木。野外調查表明，博羅紅豆僅在廣東象頭山國家級自然保護區和廣東龍門南昆山省級自然保護區有分布，但在廣東龍門南昆山省級自然保護區的博羅紅豆種群個體數量非常少，廣東象頭山國家級自然保護區是其主要分布區。野外調查表明，博羅紅豆兩地種群數量不足1000株。通過對博羅紅豆長期監測發現，博羅紅豆種群開花個體少，同時其花果期病蟲害嚴重（圖1），導致其近年來一直沒有結實，僅在2018年和2019年兩年采集到不足100粒種子，且這些種子萌發率低。這使得博羅紅豆自然更新不良，也是博羅紅豆瀕危的主要原因。針對其繁育困難，廣東象頭山國家級自然保護區管理局聯合中國科學院華南植物園和廣東省農業科學院環境園藝研究所對其開展了多種繁殖方式探索。通過精心培育，目前三方人員在枝條高壓繁殖方式上取得成功，為促進博羅紅豆人工繁育、實現其種群復壯提供了強有力的支撐，也為其它紅豆屬植物的繁殖、解瀕提供了重要參考，具有重要的理論和實踐價值和意義。2024年，在廣東象頭山國家級自然保護區管理局朱晉圮副局長主持下，組成了管理局程方高級工程師、華南植物園王崢峰研究員和省農業科學院劉海林副研究員等為主的科研團隊對保護區博羅紅豆開展了繁育研究。在開展研究過程中，團隊研究人員了解到紅豆屬植物以往開展過嫁接、扦插和組培繁育方法，但這些方法存在實驗難度大、周期長或存活率低等問題，而枝條高壓繁殖做一種高效植物繁育手段雖在很多植物中采用過，卻在紅豆屬植物中缺乏嘗試。通過討論，團隊人員決定在博羅紅豆繁育中進行實驗。于是在當年10月，團隊成員們精心準備了各種材料（包括高壓盒、營養土、土壤殺菌劑、生根粉等），冒著炎熱天氣開展了博羅紅豆枝條高壓繁殖工作。繁育期間，正值廣東省氣候出現異常干旱，為保證高壓繁殖的枝條有充足的水分生根，團隊成員每周一次赴野外進行一次澆水，并定期施肥，直至2025年3月底，雨季逐漸來臨，才減少人工澆水頻次。在繁育期間，也考慮人工澆水增加了人力物力成本，團隊成員嘗試安裝了自動澆水系統，但受限裝置缺陷、野外復雜的環境及其供水條件限制，還沒有很好解決，擬在今后的工作中研發新的全自動化系統，助力瀕危物種的野外繁育高效自動化。由于博羅紅豆本身生長緩慢，在2025年7月份，團隊才觀察到高壓繁殖的枝條根系生長逐漸完善，前后歷時9個月。把成活枝條剪下后，實驗共獲得18株成功繁殖個體。同時博羅紅豆生長對生境的要求條件非常高，把高壓繁殖的枝條栽種到花盆中后，團隊研究人員繼續在博羅紅豆原生境開展了培育工作，經過近兩個月的管理，所有高壓繁殖的枝條均已成活，部分個體萌發了新芽，表明博羅紅豆枝條高壓繁殖成功。博羅紅豆枝條高壓繁殖是在紅豆屬植物開展的多種繁育方式的新嘗試，拓展了繁育方法，積累了管護經驗，為更好開展博羅紅豆及其它紅豆屬植物繁育打下堅實基礎，也為更高質量瀕危物種保護提出了新的挑戰。相關研究工作實施過程中得到了象頭山管理局“廣東象頭山國家級自然保護區中華穿山甲等珍稀瀕危動植物調查研究項目——博羅紅豆遺傳多樣性及種苗培育研究”項目和廣東省科技計劃項目的資助。博羅紅豆及其生境。（A. 葉片；B. 花；C和D. 果實受蟲害狀況；E和F. 莖干（呈現萌生）及其生境）上圖（從左到右）：團隊部分成員合影，進行高壓實驗和澆水；中圖：高壓繁殖枝條生根狀況。下圖：高壓繁殖個體移植、管理及其萌芽狀況。
2025-09-02
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深圳先進院｜解析阿卡波糖水解酶Apg的催化機制，抗降解藥物設計迎來新突破（Nat Commun）
阿卡波糖是治療2型糖尿病的一線藥物，但其療效常被腸道細菌中的“阿卡波糖殺手”——阿卡波糖糖苷水解酶（Apg）破壞。近日，中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學研究所客座研究員/南京師范大學教授周佳海團隊及其團隊副研究員古陽，聯合西北農林科技大學教授張繼文團隊等，在Nature Communications發表題為“Molecular insights of acarbose metabolization catalyzed by acarbose-preferred glucosidase”的最新研究成果，利用X射線晶體學、計算模擬和生化實驗結合，深入解析了Apg水解阿卡波糖的精細分子機制，為設計新一代抗降解、更高效的降糖藥物提供了關鍵的結構藍圖。阿卡波糖是治療2型糖尿病的一線藥物，但其療效常被腸道細菌中的“阿卡波糖殺手”——阿卡波糖糖苷水解酶（Apg）破壞。近日，中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學研究所客座研究員/南京師范大學教授周佳海團隊及其團隊副研究員古陽，聯合西北農林科技大學教授張繼文團隊等，在Nature Communications發表題為“Molecular insights of acarbose metabolization catalyzed by acarbose-preferred glucosidase”的最新研究成果，利用X射線晶體學、計算模擬和生化實驗結合，深入解析了Apg水解阿卡波糖的精細分子機制（圖1），為設計新一代抗降解、更高效的降糖藥物提供了關鍵的結構藍圖。一、阿卡波糖的困境：個體差異與耐藥性阿卡波糖作為一種“偽四糖”，主要通過抑制腸道α-葡萄糖苷酶延緩碳水化合物吸收來降糖。它具有全身副作用少的優點，但臨床應用中存在顯著的個體療效差異和長期用藥后的耐藥性問題。近年中國科學院分子植物科學卓越創新中心姜衛紅團隊與合作者研究發現（Nat. Metab.,2023,s42255-023-00796-w），克雷伯氏菌屬(K. grimontii TD1)中的Apg酶是導致阿卡波糖失效的關鍵“元兇”。它能高效降解阿卡波糖為acarviosine-glucose（M1）和acarviosine（M2），從而破壞其藥效（圖2）。然而，由于缺乏酶-底物/產物復合物的精確結構信息，導致該酶動態催化過程的分子機制仍不明晰，限制了糖尿病治療的優化及抗糖尿病藥開發。解析Apg獨特的催化機制將有助于抗糖尿病藥物的設計。二、 鎖定“殺手”：Apg的結構與特性Apg屬于糖苷水解酶家族13_21 (GH13_21)，通常負責水解α-1,4-O-糖苷鍵。但其獨特之處在于能有效水解結構復雜的阿卡波糖。研究解析了Apg的高分辨率晶體結構（圖3）：（1）Apg在溶液中以同源二聚體形式存在，單體間通過N端結構域和催化結構域呈頭尾排列。（2）催化結構域采用經典的TIM桶折疊，活性位點是位于TIM桶頂部的一個突出表面凹槽，凹槽底部有一個絕對保守的催化三聯體（Asp-Glu-Asp）。（3）與其他淀粉酶（如MaIZ,MaIS）相比，Apg的活性口袋裂隙更窄（7.9 ?），能緊密結合阿卡波糖，計算也顯示其對阿卡波糖的結合親和力更高。（4）結合生化實驗、晶體結構和計算分析，發現兩個關鍵的柔性環（loop A和loop B）不僅影響底物結合還決定其催化能力。三、 重要發現：Apg催化機制的關鍵角色通過分析Apg與阿卡波糖及其水解產物（M1,M2）的復合物晶體結構，結合定點突變和計算模擬（QM/MM,MD）（圖4），研究揭示了催化機制的核心要素，并推翻了之前的假設：真正的“攻擊手”——親核試劑：以往認為D336是親核試劑，但本研究確鑿證明D448才是關鍵的親核試劑。首先，定點突變顯示D448N變體完全喪失催化活性。其次，D448N突變體能緊密結合阿卡波糖，其復合物結構顯示D448N的羧基氧（OD2）距離阿卡波糖被攻擊的C1原子（4.2 ?）比D336的羧基氧（5.0 ?）更近。同時，密度泛函理論（DFT）計算顯示D448 OD2攜帶更強的負電荷（-0.49 vs D336的-0.12），親核性更強。進一步的 QM/MM計算證明D448作為親核試劑的能壘（17.1 kcal/mol）遠低于D336（26.7 kcal/mol）。最后，D448E突變能部分恢復活性（15%），支持其羧酸側鏈直接參與催化。雙“供水者”——質子供體：除了之前已知的E373作為質子供體外，還揭示R334也是重要的質子供體。定點突變顯示，E373A和E373Q突變保留部分活性，暗示存在其他質子供體。雙重突變E373A/R334A導致活性完全喪失，證明R334是關鍵的替代質子供體。進一步的QM/MM結果支持R334作為質子供體，其反應能壘略高于E373。 “穩定器”——D336：D336A突變保留了約48%的活性，其復合物結構顯示它主要通過與底物形成氫鍵來穩定過渡態或底物構象，而非直接作為親核試劑。四、 水解路徑揭秘：兩步反應，一步限速阿卡波糖被Apg水解的最終產物是二環的M2。關于M2是如何產生的，存在疑問：（1）是阿卡波糖直接一步水解成M2和麥芽糖？計算模擬（QM/MM）顯示此路徑能壘極高（36.9 kcal/mol），且實驗中未檢測到麥芽糖副產物，排除了此可能性。（2）還是分步水解？晶體實驗觀察到將Apg與中間產物M1孵育可生成M2。結合動力學和熱力學分析發現，Apg對阿卡波糖的親和力遠高于對M1。進一步的自由能計算發現，Apg-阿卡波糖復合物的結合自由能（-20.5 kcal/mol）顯著低于Apg-M1（-13.8 kcal/mol）。QM/MM計算顯示，從M1水解到M2的能壘（19.7 kcal/mol）高于從阿卡波糖水解到M1的能壘（17.1 kcal/mol）。因此，阿卡波糖被Apg水解是一個明確的兩步過程：第一步為阿卡波糖→M1+葡萄糖（相對較快），第二步為M1→M2+葡萄糖（此步是限速步驟，較慢）。五、耐藥類似物的啟示：結構差異決定命運研究還利用解析的Apg結構，對已知對Apg具有抗性的阿卡波糖類似物——acarstatins A和acarstatins B進行了計算分析。分子動力學模擬顯示，它們也能結合在Apg活性腔內。但關鍵差異在于，它們分子中水解位點C1原子與親核試劑D448 OD2的距離比阿卡波糖中的距離更遠，使得D448難以有效攻擊其糖苷鍵。進一步的QM/MM計算證實，水解acarstatinsA/B的活化能壘高于阿卡波糖。這為設計抗Apg降解的新藥提供了直接線索：通過修飾改變底物關鍵原子與催化殘基（特別是D448）的空間距離或相互作用。綜上，本文通過晶體結構解析、生化實驗以及理論計算對Apg催化阿卡波糖水解反應機理進行了深入研究。揭示了Apg水解阿卡波糖的真實分子機制（D448為親核試劑，E373/R334為質子供體，D336為穩定劑，兩步水解且第二步限速），為糖尿病藥物的設計與開發提供結構方面的見解，包括延長糖鏈的長度以增強其對抗Apg水解的能力，或者對阿卡波糖的結構部分進行選擇性修飾以降低其結合親和力?；谝陨辖Y構見解，對下一代阿卡波糖類似物的研究正在進行中。本文的通訊作者為中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學研究所客座研究員/南京師范大學教授周佳海、團隊副研究員古陽，以及西北農林科技大學教授張繼文。第一作者為中國科學院深圳先進技術研究院與西北農林科技大學聯合培養已畢業博士研究生黃嘉詠。中國科學院深圳先進技術研究院助理研究員諶莊琳博士對于理論計算部分做出了重要貢獻。感謝中國科學院深圳先進技術研究院助理研究員王蘭騰博士在晶體解析方面的付出。感謝中國科學院深圳先進技術研究院與中國農業大學聯合培養已畢業碩士研究生肖小云的付出。該工作受到廣東省科技計劃項目、國家自然科學基金項目、深圳市科技計劃項目以及深圳合成生物學創新研究院等項目的資助。衷心感謝上海光源和國家蛋白質科學研究（上海）設施生物大分子晶體學線站BL18U1、BL19U1工作人員在數據收集方面的大力協助！<!--!doctype-->文章上線截圖原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-62855-y圖1.?Apg催化水解阿卡波糖的機制圖2.?由Apg介導的阿卡波糖降解途徑圖3. Apg的總體結構示意圖圖4 Apg?的復合物結構及突變酶活分析。（A）Apg?活性位點腔內底物阿卡波糖的示意圖。（B）Apg(D448A)-阿卡波糖的復合物結構（PDB ID：9IVZ）。（C）Apg(D336A)-M1的復合物結構（PDB ID：9IZE）。（D）Apg(D336A)-M2的復合物結構（PDB ID：9IZO）。（E）Apg(D448A)-阿卡波糖復合物（PDB ID：9IVZ）（殘基為粉色）與突變體?Apg(D448A)（PDB?編號：9IXH）的結構疊加（殘基為白色）。（F）Apg?活性位點上殘基的誘變實驗。圖5. Apg催化阿卡波糖水解反應的兩步過程圖6. Apg-acarstatins?A/B復合物的距離特征分析
2025-09-01
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廣州健康院在BRD9選擇性抑制劑研究中獲得突破性進展
近日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院許永團隊針對溴結構域家族蛋白抑制劑選擇性難題，報道了一種在急性髓系白血病（AML）治療中具有顯著療效的BRD9選擇性抑制劑Y22073（專利申請號：2025100176011.1），為AML 精準治療提供了全新解決方案。近日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院許永團隊針對溴結構域家族蛋白抑制劑選擇性難題，報道了一種在急性髓系白血?。ˋML）治療中具有顯著療效的BRD9選擇性抑制劑Y22073（專利申請號：2025100176011.1），為AML 精準治療提供了全新解決方案。相關成果以“Key imidazolyl groups that induce phenylalanine flipping enhance the efficacy of oral BRD9 inhibitors for AML treatment”為題發表于藥物化學領域Top期刊Acta Pharmaceutica Sinica B上。許永團隊長期致力于創新藥物靶點發現、作用機制解析及創新藥物研究，特別是在腫瘤表觀遺傳治療領域獲得了系統性的研究成果（J Med Chem,?2022,65,5760;Bioorg Chem,?2024,142,106950;J Med Chem,?2024,67,6952;J Med Chem,2024,67,21577）。溴結構域蛋白9（BRD9）是哺乳動物SWI/SNF染色質重塑復合物家族中ncBAF的核心組分，該組分是目前癌癥中頻發突變的表觀遺傳調控復合物。BRD9通過特異性識別組蛋白上的乙?；嚢彼?，招募轉錄復合物并介導下游轉錄調控與靶基因的表達。BRD9在AML等多種癌癥中發揮關鍵表觀遺傳調控功能，已成為抗腫瘤藥物研發的新興靶點。然而現有BRD9抑制劑在AML治療中始終未展現顯著的體內外療效，這嚴重制約其臨床轉化潛力。針對溴結構域家族蛋白結構高度相似導致的抑制劑選擇性難題，團隊通過優勢骨架化合物庫篩選、晶體結構解析以及基于結構的藥物設計，成功開發出可用于AML治療的新型BRD9選擇性溴結構域抑制劑Y22073。研究人員從基于結構活性關系（SAR）的優化策略中發現了咪唑類化合物具有卓越的體外抗增殖活性。合作團隊通過X射線晶體結構解析（分辨率最高達1.78 ?）精準捕捉到BRD9的ZA通道存在一個獨特的“可調控開關”——Phe163翻轉開關。抑制劑中關鍵的咪唑藥效基團能夠誘導BRD9蛋白的Phe163殘基翻轉并與其形成穩定的π-π相互作用。然而，其他溴結構域（如BRD7、BRD4、CECR2）中對應位置的殘基無法與咪唑基形成有效相互作用，直接證明了該機制的特異性。這一分子層面的突破性發現不僅顯著提升了化合物的體外活性，也使得Y22073成為首個在AML模型中展現明確疾病表型干預能力的BRD9抑制劑。研究團隊還創新性地采用該修飾策略對現有BRD9抑制劑進行結構改造，結果表明，經此策略修飾后的化合物在體外的活性顯著提升，進一步證實咪唑基團可通過調控獨特的Phe163開關，在提高活性方面發揮關鍵作用。Y22073表現出良好的溴結構域選擇性、代謝穩定性、溶解性并兼具理想的藥代動力學特性，在MV4-11異種移植小鼠模型中表現出顯著的口服抗腫瘤效果，且無明顯毒性。綜合其優異的體外活性、體內療效及成藥性特征，Y22073作為具有First-in-Class潛力的BRD9溴結構域選擇性抑制劑，為急性髓系白血病的靶向治療提供了極具臨床轉化價值的新型候選藥物。許永課題組博士生陳智銘、助理研究員張成和沈慧為本論文的共同第一作者，許永研究員、吳錫山副研究員和張巖副研究員為通訊作者。該項目得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金面上項目、廣東省“一帶一路”聯合實驗室基金、中國科學院自主部署項目、中國科學院青促會項目和廣東省科技廳項目的支持。論文鏈接??BRD9抑制劑Y22073可作為候選化合物用于AML治療
2025-09-02
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華南植物園揭示傳粉昆蟲驅動植物交配系統演化機制
植物交配系統的演化是進化生物學的核心議題之一。在開花植物中，從異交（outcrossing）向自交（selfing）的轉變代表了一個主要演化趨勢。該這一過程通常被認為由生態因素（如傳粉者缺乏）和繁殖保障機制共同驅動。然而，現有的研究鮮少通過移栽實驗來檢驗生態因子與繁殖保障在交配系統演化中的作用。此外，少有研究從父本視角評估交配過程中個體對后代的遺傳貢獻。近日，華南植物園利用迎陽報春（Primula oreodoxa）這一理想研究系統，通過精巧的移栽實驗揭示了這一過程的生態與遺傳機制。研究團隊在四川峨眉山海拔梯度上建立了6個移栽實驗點（圖1），將二型花柱（異交為主）和同型花柱（自交為主）植株在同一環境中栽培。通過野外觀察與SSR分子標記相結合，系統分析了不同花型個體的繁殖適合度（結實率、種子數量）和交配模式（自交率、配偶多樣性、花型間交配比例及子代遺傳多樣性）。主要發現包括：（1）在傳粉資源受限的高海拔生境中，同型花柱表現出顯著的繁殖優勢，支持"繁殖保障"假說；（2）父母本自交率隨海拔升高而增加，表明環境因素對交配系統具有調控作用（圖2）；（3）長喙傳粉者訪花頻率與二型花柱的父母本自交率呈負相關，與父母本配偶多樣性呈正相關（圖3）；（4）高海拔種群中交配模式趨于隨機，反映了二型花柱多態性的瓦解（圖4）。該研究創新性地從父本視角分析交配模式，并且首次證實長喙傳粉昆蟲的訪花頻率與植物父母本自交率呈負相關，而與父母本的交配多樣性呈正相關，為“傳粉驅動交配系統演化”提供了關鍵實證。該發現對理解全球變化下植物-傳粉者互作的演變以及生物多樣性的維持具有重要意義。相關研究成果以“Divergence of mating systems in?Primula oreodoxa: Insights from transplant experiments and mating portfolios”為題，近期發表在植物學期刊Plant Diversity上。?中國科學院華南植物園已畢業博士曾桂（現為西華師范大學講師）為第一作者，中國科學院華南植物園袁帥副研究員和張奠湘研究員為共同通訊作者，海南師范大學張凱副教授參與了研究工作。?該研究得到國家自然科學基金、中國科學院華南植物園青年人才項目及西華師范大學博士科研啟動基金資助。文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.pld.2025.08.005圖1.?移栽實驗設計示意圖圖2.?低海拔與高海拔生境中不同種群和花型的母本自交率?(A,B)?與父本?(C,D)?自交率（±?標準誤）。不同小寫字母和大寫字母分別表示低海拔與高海拔生境內的顯著差異，希臘字母表示生境間差異。圖3.?交配系統參數與長喙傳粉者訪花頻率在不同花型間的關系。母本自交率?(A–C)、父本自交率?(D–F)、母本配偶數?(G–I)?和父本配偶數?(J–L)。左、中、右三列分別對應?L、S?和?H?三種花型。圖4.?不同種群和花型間雌性非選型交配（平均值?± 95%?置信區間）的變異。虛線表示隨機交配。
2025-09-02
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“十四五” 國家重點研發計劃課題“酸化瘠薄旱地綜合調控與產能提升關鍵技術及產品”中期檢查會議在亞熱帶生態所召開
8 月 27 日，“十四五” 國家重點研發計劃課題 “酸化瘠薄旱地綜合調控與產能提升關鍵技術及產品” 中期檢查會議在中國科學院亞熱帶農業生態研究所召開。本次會議旨在檢查課題中期進展、評估階段性成果，為順利完成項目中期檢查奠定基礎。項目首席科學家、廣西壯族自治區農業科學院鄧國富研究員，廣西壯族自治區農業科學院水稻研究所陳韋韋研究員、農業資源與環境研究所區惠平研究員，廣西壯族自治區農業科學院財務專家黃顯河、亞熱帶生態所科技管理與規劃處副處長李希和財務專家顏瓊、課題負責人、子課題負責人和核心骨干共同參會。8 月 27 日，“十四五” 國家重點研發計劃課題 “酸化瘠薄旱地綜合調控與產能提升關鍵技術及產品” 中期檢查會議在中國科學院亞熱帶農業生態研究所召開。本次會議旨在檢查課題中期進展、評估階段性成果，為順利完成項目中期檢查奠定基礎。項目首席科學家、廣西壯族自治區農業科學院鄧國富研究員，廣西壯族自治區農業科學院水稻研究所陳韋韋研究員、農業資源與環境研究所區惠平研究員，廣西壯族自治區農業科學院財務專家黃顯河、亞熱帶生態所科技管理與規劃處副處長李希和財務專家顏瓊、課題負責人、子課題負責人和核心骨干共同參會。會上，課題負責人何尋陽研究員對專家和項目組成員的到來表示歡迎，強調本次中期檢查是課題推進的 “關鍵節點”，在凝聚共識、精準發力上發揮重要作用。李希簡要介紹了研究所的學科布局、農業生態領域科研優勢，以及近年來在旱地改良、作物產能提升等方向的成果積累，并特別感謝廣西壯族自治區農業科學院長期以來對研究所科研工作的協同支持，為跨單位合作課題的順利實施提供了重要保障。項目首席科學家鄧國富在致辭中進一步明確了中期檢查的核心意義。他指出，“酸化瘠薄旱地” 是我國南方丘陵區農業生產的主要瓶頸之一，課題聚焦這一問題開展技術研發與產品創制，直接關聯國家糧食安全與農業綠色可持續發展目標；中期檢查不僅要 “復盤進展”，更要 “排查問題”，確保課題嚴格對標國家重點研發計劃的考核要求，避免研究方向偏差，為后續成果轉化與大面積推廣筑牢基礎。課題負責人何尋陽從課題實施進展、苗頭性成果、指標完成情況、經費執行情況、存在的問題和下一步工作計劃等方面進行了匯報。課題已完成 3 類核心技術研發（含新型土壤酸化調理劑配方優化、兼具甘蔗抗病增產與肥厚耕層構建功能的生物有機肥研發、蚯蚓有機肥研發），并在廣西來賓建立 3 個田間試驗示范基地；研發的復合調理劑在試點區域可使土壤 pH 提升 0.3-0.5 個單位，甘蔗平均增產8%至12%，相關技術已申請發明專利2項，其中1項已授權。與會專家在聽取匯報后，對課題階段性成果給予高度肯定，認為課題技術路線清晰、課題研究進展順利，已全面完成中期考核指標，尤其是田間試驗數據扎實，為酸化瘠薄旱地改良提供了 “可落地” 的技術雛形。同時，專家們圍繞課題深化推進提出兩點建設性意見：一是建議加強各子課題間的技術集成，例如將土壤調理劑與節水栽培模式結合，形成 “一站式” 解決方案；二是細化 “三方應用評價” 體系，擴大評價主體（科研單位、地方農技部門、種植主體），重點增加不同氣候區的田間驗證數據，確保技術推廣的普適性。何尋陽在表態發言時指出，課題組將以 “問題導向” 優化研究方案，針對專家提出的技術集成、評價體系等建議制定專項推進計劃，力爭最終形成 2-3 套 “易操作、低成本、高適配” 的酸化瘠薄蔗田綜合調控技術包，切實服務蔗田產能提升與鄉村振興戰略。何尋陽匯報會議現場
2025-09-01
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