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南海海洋所仪器中心仪器设备功能开发技术创新工作荣获《科研仪器案例库》收录

　　近期，南海海洋所仪器中心高级工程师周巍、工程师郑晓红、正高级工程师肖志会等撰写案例《基于国产高性能计算集群实现海洋模式的加速计算》、《一种核磁共振波谱仪的散热片改进设计》被《科研仪器案例库》收录。
　　案例《基于国产高性能计算集群实现海洋模式的加速计算》，面对气候变化预测和海洋环境保护等重大挑战，通过利用国产鲲鹏高性能计算集群，成功加速了ROMS、CESM和HYCOM等主流海洋模式的计算，显著提升了模型的计算效率和扩展能力。研究成果不仅标志着国产高性能计算技术在我国海洋科学领域的成功应用，而且为未来海洋研究和应用提供了强有力的技术支持，推动了南海海洋所在海洋科学和高性能计算领域的前沿研究。
　　案例《一种核磁共振波谱仪的散热片改进设计》，针对核磁共振波谱仪的维护成本高和稳定性差的问题，通过改进散热片设计，保留安全阀，简化了液氮补充和液氦排放程序。这一改进不仅降低了磁体失超的风险和液氦浪费，保障了仪器的安全运行，还显著节约了资源，减少了仪器和实验室的安全隐患，提高了工作效率。
　　本次优秀科研仪器案例征集活动由中国科学技术协会主办、中国仪器仪表学会承办，旨在为仪器操作和改进、实验室改造、实验流程标准制定等工作提供具有指导和借鉴意义的优秀案例。案例征集内容广泛，包括科研仪器设备的应用、实验技术和方法的开发、标准规范的研制、科研仪器的维修与维护、升级改造、整机及关键零部件的研发、验证评价及可靠性评价，以及专业技术培训等。
　　

2024-01-15

Cell | 深圳先进院等合作发现髓系恶性血液肿瘤重要家族风险因素

研究发现了髓系恶性血液肿瘤易感性的重要家族风险因素，并揭示了转录延伸在其中的重要作用机制
　　北京时间1月12日晚，深圳理工大学（筹）药学院教授、金沙威尼斯欢乐娱人城深圳先进技术研究院医药所癌症免疫研究中心赵佳伟联合哈佛大学医学院附属波士顿儿童医院教授Vijay Sankaran团队通过群体遗传学的方法，发现了髓系恶性血液肿瘤易感性的重要家族风险因素，并揭示了转录延伸在其中的重要作用机制，相关成果发表在《细胞》杂志上。
　　血液肿瘤是一类常见的恶性肿瘤，与其他实体恶性肿瘤不同，髓系血液恶性肿瘤几乎常见于各个年龄段，具有明显的可遗传性。尽管近几十年对血液恶性肿瘤发生的体细胞驱动突变（Somatic Driver Mutation）的发现和相关致病机理已经有了较完整的研究，我们对可遗传的胚系突变（Germline Mutation）在血液肿瘤发生中的作用理解仍非常有限。
　　作为群体遗传学的重要研究手段，全基因组相关联研究（Genome Wide Association Study, GWAS）在识别和寻找可遗传性胚系突变的致病作用中具有不可忽视的意义。例如，胎儿向成人血红蛋白素表达转换的重要调控因子BCL11A的发现就要归功于全基因组相关联研究技术。然而，全基因组相关联研究技术在某些方面上却具有天然的劣势。这种劣势主要表现在GWAS技术高度依赖于基因组测序技术以及大量样本，然而过去的几十年内全基因组测序的高额费用使得GWAS技术仅仅只能应用于以微阵列技术为主体的发生频率超过5%的常见突变体。从孟德尔经典遗传学以及宏观进化中可知，有害突变体的发生频率通常非常低，而常见突变体的外显率（Penetrance）通常比较低，因此通过GWAS的方法找到的常见突变体对恶性肿瘤形成的实际意义在遗传学和癌症生物学中一直存在争议。
　　然而，随着全基因组测序技术日趋成熟，测序的费用也有了显著的下降，越来越多的全基因组测序数据的释放使得群体遗传学进入了一个新纪元，即我们可以通过全基因组测序找到的罕见突变体来进行罕见突变体相关联研究（Rare Variant Association Study, RVAS）。通过RVAS找到的髓系恶性血液肿瘤易感性的重要家族风险因素（CTR9突变体）相比传统GWAS找到的风险因素致病可能性具有显著的提高（1000% v.s. 25%）。
　　CTR9是PAF1蛋白质复合体的重要支架蛋白，在结构上具有粘合PAF1蛋白质复合体其余亚基CDC73，PAF1，LEO1，WDR61的重要作用，而PAF1复合体通常被认为在RNA聚合酶进行转录延展时具有重大作用。在后续的研究中，赵佳伟发现当且仅当CTR9部分缺失时，人长期和短期造血干细胞具有显著性的扩增，且扩增的造血干细胞是具备干细胞功能的。从机制上，当CTR9部分缺失时，一部分PAF1复合体亚基将完全解离成为游离的蛋白质，在这部分游离的蛋白质中，CDC73和PAF1可以通过MLLT3加入另一个蛋白质复合体，超级延展复合体（Super Elongation Complex, SEC）。加入了CDC73和PAF1的SEC可以特异性地提升与造血干细胞自我更新相关的转录因子即其他相关蛋白质的mRNA延展效率，从而提高造血干细胞的扩增。
　　该研究展现了群体遗传学，特别是全基因组相关联研究在复杂疾病致病机理中的巨大作用，为家族性髓系恶性血液肿瘤发生的机理提供了新思路。同时，此项研究揭示了以往尚未被解释的PAF1复合体亚基与SEC的潜在关联性。鉴于SEC在多种血液肿瘤发生中具有不可或缺的作用，以PAF1复合体亚基与SEC结合的蛋白为靶点可能会成为某些类型的髓系白血病药物发展的新思路。
　　赵佳伟教授、Liam Cato博士为本文共同第一作者，赵佳伟教授、Vijay Sankaran教授为本文共同通讯作者。
　　图1 突变体/单碱基多样性随着发生频率的下降造成更高的外显率。当等位基因频率小于0.005且概率比例（odds ratio）大于5时，该突变体基本遵循孟德尔遗传，而常见单碱基多样性（发生频率大于0.05）通常难以产生较大的概率比例，只有在捕捉到罕见单碱基多样性时该等位基因才可能会对目标性状具有有较大影响。
　　图2 相对于常见单碱基多样性的GWAS（CVAS），罕见单碱基多样性（RVAS）的概率比例显著提高，其造成的外显率比例也显著上升
　　图3 部分CTR9的缺失使得一部分PAF1复合体被拆解，释放出的部分亚基，如PAF1和CDC73被超级延展复合体募集，从而增强与造血干细胞稳态与自我更新有关的基因如MECOM, GFI1B, LMO2等的转录延展，从而调高这部分基因的表达，导致造血干细胞扩增的后果。而CTR9/PAF1复合体作为一类管家基因对于细胞的存活是不可或缺的，因此CTR9完全缺失的造血干细胞无法长期维持稳态。
　　文章链接
　　

2024-01-18

广州能源所发表超长重力热管地热能开发方面的综述论文

近期，金沙威尼斯欢乐娱人城广州能源研究所先进能源系统研究室蒋方明研究员团队在能源领域著名期刊Renewable and Sustainable Energy Reviews发表了题为Super-long gravity heat pipe for geothermal energy exploitation - A comprehensive review的综述论文。
　　近期，金沙威尼斯欢乐娱人城广州能源研究所先进能源系统研究室蒋方明研究员团队在能源领域著名期刊Renewable and Sustainable Energy Reviews发表了题为Super-long gravity heat pipe for geothermal energy exploitation - A comprehensive review的综述论文。
　　超长重力热管地热系统因其独特的“取热不取水”、无泵式自驱运行等特性以及优良的热输运能力，近年来在地热能开发领域获得广泛关注。该文全面论述了重力热管技术在地热能开发中的研究及应用现状，包括工质优选、工质填充量、热管结构与形貌，管内多相流传热机制等。论文还讨论了超长重力热管地热系统的实验和数值研究的最新进展、场地测试或示范、井下地热储层的传热强化、电-冷-热多联产、地热能+等内容以及超长重力热管系统的热力经济分析。最后，论文探讨了超长重力热管地热系统尚需解决的挑战和未来发展方向。
　　论文通讯作者为蒋方明研究员和陈娟雯助理研究员，第一作者为博士后R.S. Anand和2022级博士生李昂。该项研究工作得到国家重点研发计划（2021YFB1507300、2021YFB1507301）和国家自然科学基金（52206126、52206287）等项目的资助。
　　原文链接：https://doi.org/10.1016/j.rser.2024.114286
　　

2024-01-18

广州健康院在高选择性BET BD2抑制剂用于治疗AML的研究中获新进展

近日，金沙威尼斯欢乐娱人城广州生物医药与健康研究院许永团队与中国药科大学吴筱星团队合作，报道了一系列苯氧芳基吡啶酮作为高选择性BET BD2抑制剂用于AML的治疗。
　　近日，金沙威尼斯欢乐娱人城广州生物医药与健康研究院许永团队与中国药科大学吴筱星团队合作，报道了一系列苯氧芳基吡啶酮作为高选择性BET BD2抑制剂用于AML的治疗。相关成果以“Discovery of Novel Phenoxyaryl Pyridones as Bromodomain and Extra-Terminal Domain (BET) Inhibitors with High Selectivity for the Second Bromodomain (BD2) to Potentially Treat Acute Myeloid Leukemia”为题发表在美国化学会Journal of Medicinal Chemistry上。此研究是团队在报导BET BD2选择性抑制剂XY153（J. Med. Chem. 2022, 65, 5760–5799）后在该领域上取得的又一进展。
　　目前，已有许多pan-BET抑制剂被开发进入临床试验。然而第一代pan-BET抑制剂在临床上表现出胃肠道毒性和血小板减少等剂量限制性毒性（DLT）。最新研究表明，第二代BD2选择性BET抑制剂与泛BET抑制剂相比具有安全性改善的优势。艾伯维公司开发的第二代BD2高选择性BET抑制剂ABBV-744的毒性低于泛BET抑制剂，并且在临床前体内模型中表现出稳定的药效。ABBV-744已进入临床试验用于治疗AML和骨髓纤维化。然而，有专利披露ABBV-744以低微摩尔浓度(hERG IC50 = 3.1 μM)抑制hERG钾离子通道，有潜在的心血管疾病风险。因此，找到具有高BD2选择性和更高安全性的BET抑制剂具有重要意义。
　　本研究以ABBV-744为原型，采用开环策略降低平面芳香性，通过深入的构效关系讨论，最终获得了更高BD2选择性的BET抑制剂23。23对BRD4 BD2表现出强结合活性，IC50达到2.9 nM，BD2选择性倍数为2583倍，并且具有更低的心血管疾病风险（hERG IC50 > 30 μM）。作者通过X-ray晶体学技术解析了相关化合物与BRD4 BD1/BRD2 BD2的共晶结构，阐明了优选化合物具有高BD2活性和选择性的结构机理。同时，化合物23表现出优异的抗MV4-11细胞系的殖活性及体内抗肿瘤效果。本研究为设计开发BET BD2选择性小分子抑制剂提供了良好的结构基础，并为开发针对急性髓性白血病及骨髓纤维化的药物提供了新的候选分子。
　　吴筱星课题组博士研究生江文华，侯强强及许永课题组硕士研究生徐鸿瑞为本论文的共同第一作者，吴筱星教授和许永研究员为通讯作者。该项目得到国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划的支持。
　　论文链接
　　BET BD2选择性抑制剂的理性设计
　　

2024-01-16

广州地化所：烃源岩中短链烷基苯系物分析方法及其石油地球化学意义

　　短链烷基苯系物（总碳数为C6-C10的C0-C4烷基取代苯系物，包括苯、甲苯、乙苯、二、三和四甲基苯及异构体）是原油和烃源岩中一类重要的有机化合物组分，其组成与分布特征可能具有潜在的指示有机质类型、沉积环境性质、热演化程度等重要地质-地球化学信息。检测烃源岩中的有机物质首先需要对烃源岩样品进行极性溶剂（如二氯甲烷和甲醇的混合溶剂）抽提、浓缩，经柱色谱分离，获取其中的短链烷基苯系物的组分与分布特征。由于短链烷基苯系物碳数较低、分子量小、沸点一般较低，在前处理过程中可能存在损失而难以检测分析，因此烃源岩中短链烷基苯系物的测定一直都是个挑战。
　　近期，金沙威尼斯欢乐娱人城广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室詹兆文副研究员等探索采用顶空-箭型固相微萃取与气相色谱质谱联用（HS-SPME-Arrow-GC/MS）技术直接检测分析烃源岩粉末样品中的短链烷基苯系物，并提出了最优的测试分析条件和仪器参数。推荐的HS-SPME-Arrow条件为250μm涂层厚度的聚二甲基硅氧烷（PDMS）萃取头、萃取温度120℃、萃取时间20min、解析温度为260℃，GC/MS采用原油和烃源岩抽提物中芳烃化合物分析的常规条件即可。利用该方法可以检测出目前原油和烃源岩中已定性的35个短链烷基苯系物，共计31个峰（图1）。
　　研究团队应用上述方法分析了我国不同沉积背景下湖相烃源岩中短链烷基苯系的组成与分布特征，研究发现部分短链烷基苯系的相对含量与烃源岩镜质体反射率Ro值存在较好的相关性，提出3个新的表征有机质热演化程度的参数，即二甲基-4-乙苯比值(DM4EBR)、1,2二甲基乙苯比值(1,2-DMEBR)和三甲苯比值(TMBR)，通过它们与Ro值的相关关系可以估算烃源岩或原油的成熟度（图1）。此外，通过短链烷基苯系物的分布特征与常规生物标志物参数之间关系，提出3个具有潜在指示烃源岩有机质类型和沉积环境性质的指标，即DMEBR-1（二甲基乙苯比值-1）、DMEBR-2（二甲基乙苯比值-2）和1-MiPBR（1-甲基异丙基苯比值），指出在烃源岩生油晚期前（Ro＜1.2%），这三个参数值分别大于0.8、0.9和0.6时指示烃源岩形成于以陆源有机物输入为主的有氧-低氧条件下的淡水环境；而低于界限值则表明有机质主要以藻类有机质为主，沉积于缺氧、还原或咸水环境，并以此参数及其界限建立了烃源岩有机质与沉积环境判识图版（图2）。
　　短链烷基苯系物属于原油和烃源岩中的轻烃范畴，在凝析油、高成熟的轻质油和高-过成熟的烃源岩中相对富集。高的丰度使其比常规生物标志物更容易检测分析，且分子量和沸点都大于一般C 6-C 7化合物，这使得其检测比一般轻质烷烃化合物更可靠，含苯环的结构使其抗生物降解能力较烷烃类轻烃化合物强。这些特征可以使短链烷基苯系物（尤其是三甲苯和四甲苯系列）成为理想的分子指标，在研究深层烃源岩、轻质油/凝析油等高-过成熟度地质样品时发挥重要作用。
　　图1：HS-SPME-Arrow-GC/MS分析烃源岩中短链烷基苯系的总离子色谱图
　　其中，B=苯，M=甲基，E=乙基，P=丙基，i=异-，n=正-，Tol=甲苯，EB=乙苯，DMB=二甲苯，TMB=三甲苯，TeMB=四甲苯
　　图2：短链烷基苯系物参数与烃源岩成熟度参数之间的关系
　　其中：A，B和C分别是二甲基-4-乙苯比值(DM4EBR= 1,3-DM-4-EB/1,2-DM-4-EB))、1,2二甲基乙苯比值(1,2-DMEBR = 1,2-DM-4-EB/(1,2-DM-4-EB + 1,2-DM-3-EB))和三甲苯比值(TMBR = 1,2,3-TMB/(1,3,5-TMB + 1,2,4-TMB + 1,2,3-TMB))与烃源岩镜质体反射率Ro值之间的相关关系。各简称对应化合物及其色谱峰见图1.
　　图3：短链烷基苯系物参数判识烃源岩有机质输入和沉积环境性质图版
　　其中：DMEBR-1（二甲基乙苯比值-1）=(1,3-DM-2-EB + 1,2-DM-3-EB)/1,2,3,4-TeMB；
　　DMEBR-2（二甲基乙苯比值-2） = (1,4-DM-2-EB + 1,3-DM-4-EB + 1,2-DM-4-EB + 1,3-DM-2-EB + 1,2-DM-3-EB)/(1,2,4,5-TeMB + 1,2,3,5-TeMB + 1,2,3,4-TeMB)；
　　1-MiPBR（1-甲基异丙基苯比值）= (1-M-3-iPB + 1-M-4- iPB + 1-M-2-iPB)/(1,2,3,5-TeMB + 1,2,3,4-TeMB)。各简称对应化合物及其色谱峰见图1.
　　论文信息：Zhan, Z.-W.,(詹兆文) Wang, G.-X.,(王国翔) Tian, Y.,(田彦宽) Zhan, X.,(詹鑫) Liang, T.,(梁天) Wang, Y.-P.,(王遥平) Zou, Y.-R., (邹艳荣) Peng, P.a., (彭平安) 2023. Determination and petroleum geochemical significance of short-chain alkylbenzenes in lacustrine source rocks. Organic Geochemistry, 104685.
　　论文链接
　　

2024-01-16

广州健康院揭示自噬调控人粒系祖细胞扩增的新机制

近日，金沙威尼斯欢乐娱人城广州生物医药与健康研究院潘光锦团队在Stem Cell Reports期刊发表了题为“Autophagy is essential for human myelopoiesis”的文章。该研究揭示了ATG7依赖的自噬调控人粒系祖细胞在紧急粒细胞分化过程中扩增的作用机制。
　　近日，金沙威尼斯欢乐娱人城广州生物医药与健康研究院潘光锦团队在Stem Cell Reports期刊发表了题为“Autophagy is essential for human myelopoiesis”的文章。该研究揭示了ATG7依赖的自噬调控人粒系祖细胞在紧急粒细胞分化过程中扩增的作用机制。
　　粒细胞是人体内一类重要的免疫细胞，在感染免疫、炎症调控及肿瘤发生等方面均发挥重要作用。当面对系统性感染时，人体启动紧急粒细胞分化（Emergency myelopoiesis，EM）程序，粒系祖细胞（myeloid progenitors，MPs）迅速扩增，产生大量粒细胞抵抗病原体，保护人体健康。然而，在EM过程中，调控MPs扩增的具体机制尚知之甚少。研究报道，自噬在小鼠粒细胞发育过程中扮演着重要角色，而由于伦理和取材的限制，自噬对人粒细胞分化扩增调控的研究相对较少。因此，研究团队基于前期开发的人多能干细胞（human pluripotent stem cells，hPSCs）体外造血分化体系，在体外建立了EM模型，并进行了深入探究。
　　研究团队在人动员外周血来源的造血干/祖细胞（hematopoietic stem/progenitor cells，HSPCs）及hPSCs来源的HSPCs中，分别对自噬关键基因ATG7进行了敲降或敲除，随后利用体外EM模型进行了探究。研究表明，自噬缺陷的MPs在EM过程中伴随显著的扩增障碍，而只有过表达可回补自噬功能的全长型ATG7，而非突变型ATG7，才可恢复ATG7-/--HSPCs来源MPs在EM过程中的扩增能力。这些结果说明ATG7通过其自噬依赖的功能维持MPs在EM过程中的扩增能力。
　　接下来，研究团队发现自噬缺陷的MPs中堆积了大量的p53蛋白，而p53的mRNA却没有显著上调，提示自噬可能通过调控p53蛋白的稳定性来发挥重要作用。随后，研究团队利用Co-IP技术，在MPs中检测到了p53蛋白与自噬底物衔接蛋白LC3B的互作，表明p53可作为自噬的降解底物。进一步的结果显示，自噬缺陷显著降低了MPs中p53蛋白和自噬下游重要细胞器-溶酶体的共定位，说明自噬的缺陷导致被运送至溶酶体中进行降解的p53蛋白变少了，进一步验证了p53蛋白被自噬-溶酶体途径降解的机制。而且，在自噬缺陷的MPs中敲降p53后，可显著恢复MPs在EM过程中的扩增能力。
　　综上，该研究表明了ATG7依赖的自噬通过降解p53蛋白，释放MPs的增殖能力，从而保障了MPs在EM过程中的扩增。该研究为理解人粒细胞的分化扩增调控提供了新的见解，并为临床开发治疗粒细胞白血病的方法提供了潜在靶点。
　　广州健康院博士后谷佳明、副研究员朱艳玲为该论文的共同第一作者。广州健康院潘光锦研究员为该论文的通讯作者。该研究成果得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。
　　论文链接
　　自噬调控人粒系祖细胞中p53降解的示意图
　　

2024-01-15

华南植物园揭示红树林恢复过程中土壤有机碳来源

滨海湿地生态系统，尤其是红树林，在缓解全球气候变化过程中起重要作用。植物和微生物残体是土壤有机碳的两大主要来源，但它们在红树林生态系统恢复过程中的分布规律尚不明晰。他们首先以木质素酚和氨基糖分别指示植物和微生物来源的有机碳组分，对比分析了两者在红树林恢复过程中对土壤有机碳的贡献及其影响因子。结果显示，红树林的恢复显著提高了土壤中木质素酚和氨基糖的含量，真菌残体的累积量要显著高于细菌。该研究通过将土壤有机碳来源分为植物和微生物来源，发现红树林土壤中的有机碳稳定性不高，当土壤从厌氧到好氧的条件转换会导致固存在红树林土壤中的有机碳流失。红树林土壤有机碳形成机理概念图。
　　滨海湿地生态系统，尤其是红树林，在缓解全球气候变化过程中起重要作用。植物和微生物残体是土壤有机碳的两大主要来源，但它们在红树林生态系统恢复过程中的分布规律尚不明晰。
　　金沙威尼斯欢乐娱人城华南植物园生态中心博士后覃国铭等科研人员，通过在珠海淇澳岛红树林保护区的野外试验回答了这一科学问题。他们首先以木质素酚和氨基糖分别指示植物和微生物来源的有机碳组分，对比分析了两者在红树林恢复过程中对土壤有机碳的贡献及其影响因子。结果显示，红树林的恢复显著提高了土壤中木质素酚和氨基糖的含量，真菌残体的累积量要显著高于细菌。木质素酚的形成主要受树木生物量、土壤总氮、pH和盐度的影响，而土壤微生物生物量、土壤碳氮比和pH值是影响氨基糖形成的主要因子。总体而言，随着红树林的恢复，植物来源组分在有机碳中的占比呈增加趋势，而微生物来源组分则呈相反趋势。该研究通过将土壤有机碳来源分为植物和微生物来源，发现红树林土壤中的有机碳稳定性不高，当土壤从厌氧到好氧的条件转换会导致固存在红树林土壤中的有机碳流失。因此，准确识别蓝碳生态系统中的土壤碳源有助于阐明土壤碳固定机制及其对环境变化的响应。
　　相关研究成果已近期在线发表在国际生态学专业期刊Functional Ecology（《功能生态学》）上。金沙威尼斯欢乐娱人城华南植物园海岸带生态系统过程与环境健康研究组博士后覃国铭为论文的第一作者，研究组长、小良站站长王法明研究员为论文通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金、广东省重点研发计划、广东省基础与应用基础研究基金、“一带一路”科学组织国际合作项目、金沙威尼斯欢乐娱人城基础研究青年团队和青年创新促进会等项目的共同资助。论文链接：https://doi.org/10.1111/1365-2435.14497
　　图1. 红树林土壤有机碳含量与木质素酚以及氨基糖关系
　　图2. 红树林土壤有机碳形成机理概念图
　　

2024-01-12

研究团队揭示海洋性大陆森林砍伐对El NiÑo位相转变的影响

　　近日，金沙威尼斯欢乐娱人城南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）/全球海洋和气候研究中心（GOCRC）王鑫团队和王春在团队在厄尔尼诺-南方涛动（El Ni？o-Southern Oscillation, ENSO）演变机制方面取得新进展。研究人员结合观测数据以及数值模拟试验，揭示了海洋性大陆森林砍伐对ENSO冷暖位相转变过程长期变化的促进作用。相关成果发表在npj Climate and Atmospheric Science上，博士韦圣标为第一作者，研究员王鑫和研究员王春在为共同通讯作者，合作者还有金沙威尼斯欢乐娱人城深海科学与工程研究所研究员谢强。
　　ENSO是年际尺度上最强的海气相互作用现象，剧烈影响全球的天气和气候系统；深入理解其演变机制十分重要。ENSO的暖位相（El Ni？o，厄尔尼诺）和冷位相（La Ni？a，拉尼娜）通常不规则地交替性发生，观测数据表明在过去的四十年里，El Ni？o在次年冬季紧接着转变为La Ni？a的情形变得越来越频繁，如何解释这一长期变化目前尚未有定论。
　　研究团队发现，El Ni？o转变La Ni？a的长期变化受到海洋性大陆地区森林砍伐的影响。海洋性大陆地区分布着世界上第三大热带雨林，但当地人为的森林砍伐造成其热带雨林在过去四十年间出现严重损毁。热带雨林的减少使得局地气温升高，引发区域大气环流从海洋向陆地辐合，造成海洋性大陆的对流加强和降水增多。对流和降水的变化通过引起赤道西太平洋表面东风增强，致使赤道东太平洋温跃层抬升，海洋次表层冷水的上翻变得更高效，从而有利于海表面温度在El Ni？o次年变得更冷，促进El Ni？o转变为La Ni？a。因此，在过去几十年海洋性大陆森林砍伐的背景下，El Ni？o在次年转变为La Ni？a的情形变得更频繁。如果海洋性大陆的森林砍伐在未来仍然持续，El Ni？o在次年的演变情况可能变得更容易预测。
　　该研究揭示了ENSO受海洋性大陆森林砍伐影响的新机制。传统观点认为森林砍伐释放森林中的碳储量并减少光合作用，使得大气中二氧化碳含量增多，加剧全球变暖，从而间接影响ENSO的性质变化。不同于传统认识，该研究指出海洋性大陆森林砍伐可以直接改变热带大尺度大气环流，使El Ni？o更容易转变为La Ni？a。研究结果为我们理解热带海气相互作用过程如何受人类活动影响提供了理论依据。
　　本研究得到了国家自然科学基金项目、金沙威尼斯欢乐娱人城战略先导科技专项项目、国家重点研发计划项目、金沙威尼斯欢乐娱人城南海海洋所自主项目等共同资助。
　　相关论文信息：Wei, S., Wang, X., Wang, C. and Xie, Q. El Ni？o phase transition by deforestation in the Maritime Continent. npj Clim. Atmos. Sci. 7, 3 (2024).
　　文章链接：https://www.nature.com/articles/s41612-023-00548-3
　　
　　图1 海洋性大陆森林砍伐对El Ni？o位相转变的促进作用示意图。（a）海洋性大陆高森林覆盖的情形下，El Ni？o倾向于维持在中性状态。（b）海洋性大陆森林砍伐的情形下，由于森林减少引起的局地辐合（红色箭头）和对流加强，以及西太平洋表面东风加强（黑色箭头）的作用，El Ni？;o倾向于转变成La Ni？;a。
　　

2024-01-08

Nature Machine Intelligence ｜深圳先进院提出自由社交行为的人工智能精细化分析方法

研究发布了神经环路研究领域一项突破性应用技术：针对社交行为研究的小样本学习计算框架模型Social Behavior Atlas
　　社交行为是高等哺乳动物重要的本能行为，社交障碍是自闭症、抑郁症以及社交焦虑症等疾病的高度共有病征，社交行为的读取与解析是研究社交障碍神经环路机制关键技术之一。
　　1月8日，金沙威尼斯欢乐娱人城深圳先进技术研究院脑所/深港脑科学创新研究院蔚鹏飞研究员团队在人工智能领域国际顶级期刊《自然·机器智能》(Nature Machine Intelligence) 期刊发表了题为 Multi-animal 3D social pose estimation, identification, and behavior embedding with a few-shot learning framework的论文，发布了神经环路研究领域一项突破性应用技术：针对社交行为研究的小样本学习计算框架模型Social Behavior Atlas （以下简称“SBeA”）。
　　该技术实现了自由社交动物模型的无标签、高精度三维姿态估计、零样本身份识别和精细化社交行为分类，真正解决了精确检测动物社交行为的多个重要难点，有望为社交行为神经环路机制的研究带来研究范式上的变革创新。该工作为科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目“社交障碍的神经环路机制与干预研究”的实施，提供了重要的精细行为数据分析支撑。
　　近年来，深度学习技术在传统行为学研究领域的广泛应用，促进了计算神经行为学（computational neuroethology）这一新兴学科的蓬勃发展，DeepLabCut、SLEAP、MoSeq等AI动物行为追踪技术正在成为神经科学家的重要研究工具。但是在多目标、自由社交行为的研究领域，尽管上述技术都相继推出了自己社交行为分析版本，但是在海量数据标注问题、连续追踪的身份准确性等问题上的技术不成熟，使得目前研究人员仍没有真正可用的有效工具，社交行为的研究大部分仍停留在传统三厢行为实验阶段。
　　上述现有欧美技术的性能首先受制于人工标注数据集的数据量。在社交行为实验中，无法避免地需要在多种行为实验范式中使用不同的模式动物，深度学习模型精准与否取决于实验人员标注的视频的数量，每一个数据集的准备都需要花费实验人员数周的时间，极大地降低了实验效率，限制了上述工具的应用场景。SBeA在自由社交动物的姿态估计、身份识别和行为分类的三个阶段，分别针对性地提出了小样本的数据生成算法、零样本双向迁移学习方法和自然结构启发的无监督社交行为分解聚类策略，有效降低了每个阶段的数据标注量。
　　SBeA的姿态估计小样本数据生成算法和身份识别零样本双向迁移学习方法的设计均受到大脑的工作机制的启发（图1）。人类在识别交互的动物时，能 “脑补”动物可能存在的遮挡关系，这一过程为大脑提供大量的新数据。据此所提出的连续遮挡复制粘贴数据算法可以有效合成大量新数据（图1a），能够训练精度更高的模型，获得更加准确的3D社交姿态估计结果。在非社交场景中，人类能够通过外表区分每一只动物的身份，也能“脑补”到多动物社交场景，识别每一只动物的身份。受到启发，SBeA的多动物社交身份识别通过共享不同网络的知识实现双向迁移学习（图1b），借助模型之间的“脑补”，消除了标注数据的过程，并实现了高精度的外表相似动物的身份识别。
　　多动物社交行为分析最大的难点在于同时区分外观非常相似的动物。两只小鼠在自由社交时，区分它们的身份是研究特定疾病造模个体的基础，然而即使是专业的实验人员也很难区分每一只的身份。零样本双向迁移学习借助人工智能超越人类精度的图像特征分辨能力，实现了大于90%的自由社交动物身份识别准确率（图2），推动社交行为研究进入不需要约束动物的自然行为时代，革新社交实验范式。
　　动物行为具有类比人类语言的“字母-单词-语句”结构，社交行为则包含动物与动物之间行为语言结构的交互。根据社交行为的自然结构，将社交行为类比语言进行并行、动态的分解，综合考量多种社交行为特征进行社交行为的自适应无监督聚类，获得百余种精细社交行为模块（图3）。SBeA不需要提前定义社交行为类别，有利于发现新的、未定义的社交行为差异。SBeA能够鉴定三箱社交、分区域社交等经典社交实验范式难以获得的自由社交行为表型。使用SBeA，鉴定得到孤独症小鼠模型和正常小鼠两两之间社交的精细行为差异（图4），孤独症小鼠模型缺少的相互理毛、同伴嗅探和增加的原地不动、刻板的同步行为显示出自然状态下孤独症小鼠模型亲社会样行为的缺失、社交新颖性和运动能力的降低。仅通过社交行为的差异即可分类孤独症小鼠社交组和正常小鼠社交组，证明了SBeA具有通过社交行为来识别异常小鼠的能力。
　　除了小鼠外，SBeA也适用于计算鸟类和家犬的精准的3D社交姿态、身份和精细社交模块，具有跨物种应用的潜力（图5）。家犬部分的工作与金沙威尼斯欢乐娱人城昆明动物研究所张亚平院士和王国栋研究员团队、公安部昆明警犬基地李静团队合作，在科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目支持下共同完成。
　　深圳先进院脑所蔚鹏飞研究员为论文的通讯作者。论文第一作者是深圳先进院脑所在读博士生韩亚宁，共同第一作者包括硕士生陈可（现就职芯动科技）和助理研究员王云珂（现就职微创医疗）。研究的开展要大力感谢深圳先进院脑所王立平研究员的关怀与指导，同时感谢已毕业博士黄康（现就职深圳一湾生命科技）的积极支持。感谢科技部科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目、国家自然科学基金委员会、金沙威尼斯欢乐娱人城青年创新促进会、国家重点研发计划、金沙威尼斯欢乐娱人城脑联结解析与调控重点实验室和广东省脑连接图谱重点实验室的资助与支持。
　　图1 小样本连续遮挡复制粘贴数据生成算法
　　(a)和零样本双向迁移学习方法 (b)示意图
　　图2 外观相似动物的身份识别准确率>90%
　　图3 自然行为结构启发的社交行为动态分解和聚类流程图
　　
　　图4 SBeA鉴定孤独症小鼠多种异常的精细社交行为模块
　　图5 SBeA量化鸟类和家犬的精细社交行为
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2024-01-09

基于肽适体的游离氨基酸生物传感器研制取得新进展

L-色氨酸是自然界中分布最广泛的吲哚衍生物，也是人体必需氨基酸之一，可作为5-羟色胺、褪黑素和血清素等多种物质的合成前体。L-色氨酸还是动物营养中的限制性氨基酸。因此，快速准确定量L-色氨酸十分必要。然而，L-色氨酸在酸性环境中极易被分解，给饲料中L-色氨酸的定量测定造成极大的不便。开发一种可用于现场快速检测饲料或动物体液中L-色氨酸的生物传感器，将为动物营养领域L-色氨酸的测定提供便捷手段，也可应用于食品、医学等领域。
　　L-色氨酸是自然界中分布最广泛的吲哚衍生物，也是人体必需氨基酸之一，可作为5-羟色胺、褪黑素和血清素等多种物质的合成前体。L-色氨酸还是动物营养中的限制性氨基酸。因此，快速准确定量L-色氨酸十分必要。然而，L-色氨酸在酸性环境中极易被分解，给饲料中L-色氨酸的定量测定造成极大的不便。开发一种可用于现场快速检测饲料或动物体液中L-色氨酸的生物传感器，将为动物营养领域L-色氨酸的测定提供便捷手段，也可应用于食品、医学等领域。
　　针对上述问题，金沙威尼斯欢乐娱人城亚热带农业生态研究所印遇龙院士团队利用前期筛选的L-色氨酸肽适体，采用硼氢化钠还原法合成了表面修饰肽适体的胶体金溶液；使用TEM、FT-IR、XPS和Zeta电位以及粒度分析仪进行表征，从光谱学角度验证了纳米材料的合成及其对L-色氨酸的灵敏性。研究结果显示，当胶体金溶液中按比例加入L-色氨酸时，经过10 s的震荡混匀，溶液颜色由酒红色变为深蓝色，同时溶液最大吸收波长由535 nm迁移到600-620 nm。对过程条件进行优化后，所研制生物传感器在1-50 μM和50-1000 μM之间对梯度浓度的L-色氨酸表现出良好的线性关系；研制的生物传感器可排除血清中抗坏血酸、尿酸的干扰，且不受其他16种常见氨基酸的明显干扰；在7天的稳定性测试中，每天的溶液颜色并未发生明显变化，在535 nm处的吸光度RSD值为4.82%；研制的生物传感器在猪血清测试中回收率为99.2%-100.2%。综上，该项研究设计了一种基于肽适体和金纳米颗粒的快速、简便、灵敏、高选择性的比色型L-色氨酸生物传感器，具备结构和操作简单、高灵敏度、良好选择性等特点，可用于猪血清等样品中L-色氨酸的快速检测。
　　上述研究结果以Peptide aptamer-based colorimetric sensor for the detection of L-tryptophan in porcine serum为题发表在Top期刊Microchemical Journal上。该研究得到国家重点研发计划（2021YFD2000800）、国家自然科学基金项目（31527803）、中国博士后科学基金（2022T150075，2022M720541）、现代农业产业技术体系建设专项（CARS-35）等项目的支持。
　　论文链接
　　图1 添加L-色氨酸(1 mM)前(A)后(B) PEP-Au的透射电镜图像，裸Au NPs、PEP-Au和添加L-色氨酸的PEP-Au的Zeta电位曲线(C)，以及PEP-Au的FTIR光谱(D)。
　　图2 基于适配体的比色生物传感器检测L-色氨酸的机理图。
　　图3 （A）加入不同浓度的L-色氨酸（上图）和随后加入1.0 M KCl（下图）后PEP-Au的溶液图像。(B) L-色氨酸浓度与618纳米波长吸光度之间的相关性。(C) 加入不同浓度的L-Trp溶液后，再加入1.0 M KCl，PEP-Au的紫外可见光吸收光谱
　　

2024-01-09