8月23日，金沙威尼斯欢乐娱人城南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室研究员王晓雪团队联合哈佛医学院Matthew K. Waldor团队，发现了温和噬菌体编码的新颖的三组分的毒素-抗毒素系统，并解析了这一新系统在温和噬菌体溶原裂解转化和噬菌体防御方面的双重功能，相关研究成果以“Control of lysogeny and antiphage defense by a prophage-encoded kinase-phosphatase module”为题，在线发表于《自然-通讯》（Nature Communications）。南海海洋所研究员郭云学、副研究员汤开浩，哈佛医学院Brandon Sit和南海海洋所2022级博士研究生古嘉瑜为该论文共同第一作者，南海海洋所研究员王晓雪和哈佛医学院教授Matthew K. Waldor为该论文的共同通讯作者。合作者还包括哈佛大学Hongbo R. Luo团队。在微生物世界中，噬菌体（感染细菌的病毒）与宿主之间的相互作用一直是生物学研究的热点。丝状噬菌体广泛存在于自然界中，可以侵染细菌和古菌宿主。假单胞菌属的Pf丝状噬菌体在生物膜形成和毒力中扮演重要角色。然而，关于Pf原噬菌体在生物膜中激活的机制仍是一个谜。揭示这些复杂的生物学过程对于寻找新的治疗策略，发现和认识丝状噬菌体的生物学和生态学功能具有重要的意义。在这项研究中，研究人员报道了铜绿假单胞菌中的丝状温和噬菌体携带的三组分毒素-抗毒素系统KKP（kinase-kinase-phosphatase）的双重功能。原噬菌体诱导通常通过控制噬菌体阻遏蛋白活性进行调节，例如宿主因子对阻遏蛋白的特异性切割使其失活来激活噬菌体的裂解途径。毒素KK的其中一个靶标是宿主的拟核结合蛋白MvaU。KKP通过激酶和磷酸酶活性之间的平衡控制MvaU的磷酸化水平，从而调控丝状噬菌体的溶原-裂解转化及噬菌体颗粒的产生。此外，研究发现抗毒素活性被烈性噬菌体的复制蛋白抑制，激活毒素KK活性，抑制了烈性噬菌体的繁殖。KKP的发现将毒素-抗毒素系统引入了宿主-噬菌体相互作用的模型，作为控制温和噬菌体裂解的开关和烈性噬菌体入侵的盾牌，通过可逆翻译后修饰发挥功能，位于环境信号、噬菌体复制和宿主生理状态的交汇中心。 KKP基因簇在超过1000种不同的温和原噬菌体存在。KKP代表了一种基于磷酸化的温和噬体激活和防御噬菌体的机制（图1），揭示了毒素-抗毒素系统是自然界温和噬菌体和烈性噬菌体两大类噬菌体之间博弈的筹码。图1. KKP控制温和噬菌体的溶原裂解转化和抵抗烈性噬菌体入侵的机制本研究工作得到国家自然科学基金、国家科技部重点研发计划、广东省本土创新团队等项目的资助。相关论文信息：Yunxue Guo#,Kaihao Tang#,Brandon Sit#,Jiayu Gu#,Ran Chen,Xinqi Shao,Shituan Lin,Zixian Huang,Zhaolong Nie,Jianzhong Lin,Xiaoxiao Liu,Weiquan Wang,Xinyu Gao,Tianlang Liu,Fei Liu,Hongbo R. Luo,Matthew K. Waldor*,Xiaoxue Wang*. Control of lysogeny and antiphage defense by a prophage-encoded kinase-phosphatase module. 2024,15(1):7244. doi: 10.1038/s41467-024-51617-x.
外来植物入侵机制是防控和评估入侵的关键依据。入侵植物可以通过改变土壤微生物组成来提高土壤养分的可用水平，并创造良好的土壤环境，从而利于入侵。因此，了解入侵植物如何影响特定微生物功能群及改变土壤养分循环的能力有重要意义。近年来，飞机草已成为西沙群岛危害最大的入侵植物之一，造成较严重的生态环境问题。以土壤氮转化为切入点，开展飞机草在热带珊瑚岛的入侵机制，为其防控提供理论依据有重要意义。 该研究以热带珊瑚岛入侵植物飞机草和本地优势物种草海桐和抗风桐为研究对象，探究氨氧化微生物在入侵植物与本地植物竞争中的作用。研究发现，在面对种间竞争时，飞机草地上部分的生物量分配比例高于两种本土植物。当与本地植物种植时，飞机草根际富集更多的氨氧化细菌，根际土壤的有效氮含量和净矿化率高于本地植物根际土壤。飞机草比本地植物具有更高的N利用效率，有利于竞争光照和土壤营养；同时抑制本地植物的氮转化，从而获取竞争优势。研究结果为基于植物-土壤相互作用成功入侵植物提供了新的视角，有助于了解飞机草对土壤氮的获取和竞争策略，为热带珊瑚岛植物入侵的防控提供了重要依据。 相关研究成果发表在国际学术期刊Science of the Total Environment（《总环境科学》）上，金沙威尼斯欢乐娱人城华南植物园植被与景观生态学研究组博士研究生袁承志和硕士毕业生高嘉为共同第一作者，简曙光研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发项目和广东省科学技术项目的资助。论文链接:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.175196图1. 飞机草、草海桐和抗风桐的根际土壤的氮转化速率图2. 飞机草、草海桐和抗风桐的根际土壤的氨氧化古菌（a、c）和细菌（b、d）的amoA基因拷贝数
近几十年来，人类活动导致的大气氮沉降将极大的改变土壤有机碳储量，从而影响碳循环-气候反馈。土壤微生物通过分泌碳降解胞外酶获取养分并催化土壤碳的分解，因此其活性可能在很大程度上揭示了微生物介导的土壤碳动态。然而，目前土壤碳降解胞外酶活性（C-EEAs）对氮沉降的响应及其潜在机制尚不清楚。 基于此，金沙威尼斯欢乐娱人城华南植物园鼎湖山站通过全球尺度的整合分析，揭示了生态系统优势树种的菌根关联在预测氮沉降下C-EEAs和土壤碳储量中的重要作用（图1）。具体而言，在以外生菌根植物为主的生态系统中，氮添加显著刺激了纤维素酶活性，但抑制了木质素酶活性，从而导致土壤碳储量的显著增加。在以丛枝菌根植物为主的生态系统中，氮添加对C-EEAs和土壤碳储量的影响均不显著。此外，两类生态系统中，C-EEAs和土壤碳储量对氮添加响应的差异可能主要与外生菌根和丛枝菌根树种特定的氮获取策略有关。这些结果表明，在以外生菌根植物为主的生态系统中，氮沉降对土壤碳储量的刺激作用可能被低估。 相关研究成果已近期在线发表在国际学术期刊Science of the Total Environment（《总环境科学》）（IF=8.2）上。金沙威尼斯欢乐娱人城华南植物园博士后胡苑柳为该文第一作者，华南植物园邓琦研究员和地球环境研究所陈骥研究员为通讯作者。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.175008.图1. 氮沉降下土壤碳降解胞外酶和碳储量响应的菌根调控机制。
金沙威尼斯欢乐娱人城南海海洋研究所珊瑚生物学和珊瑚礁生态学学科组与香港中文大学Put Ang教授合作，在南海珊瑚有性繁殖模式研究领域取得新进展，研究成果分别以“Coral spawning patterns on the Luhuitou fringing reef in Hainan Island of the northern South China Sea”、“First record of coral split spawning in the genus Acropora at Luhuitou fringing reef,Sanya,China”为题，发表在Frontiers in Marine Science和Bulletin of Marine Science期刊。珊瑚的繁殖方式主要分为有性繁殖和无性繁殖，其中，有性繁殖是通过雌雄配子的结合产生新生个体的方式，这种方式对维持珊瑚种群数量和基因多样性具有重要的意义。研究珊瑚有性繁殖规律对于了解珊瑚的种群变化和演替、恢复力、地理分布和进化、珊瑚礁自然恢复是不可或缺的，也可为珊瑚礁生态修复提供科学指导。据团队前期研究结果显示，中国共有造礁石珊瑚2个类群16科77属445种，主要分布于南海。迄今为止，对南海造礁石珊瑚有性繁殖模式并未有系统的认识。团队成员对3科（鹿角珊瑚科、裸肋珊瑚科和真叶珊瑚科）5属（鹿角珊瑚属、蔷薇珊瑚属、扁脑珊瑚属、盘星珊瑚属和盔形珊瑚属）22种造礁石珊瑚繁殖模式进行了连续多年 (2009-2021) 原位跟踪监测，基于农历历法进行繁殖数据的分析和整合，发现珊瑚排放配子行为主要发生在农历二月至五月 (表1)；鹿角珊瑚为记录排卵最多的珊瑚，其繁殖行为主要发生在农历二月至四月，集中在农历三月。珊瑚有性繁殖时间吻合南海北部表层海水温度上升期。结合历史数据显示，珊瑚排卵同步性受到多种因素影响，比如温度。表层海水温度在珊瑚排卵前一个月出现明显过低现象，会导致珊瑚有性繁殖时间相应推迟一个月左右。值得注意的是，不同于其他海域珊瑚排卵的记录，三亚鹿回头海域的珊瑚排卵日分散于满月前，满月日、满月后，甚至发生于新月日，导致难以精准预测珊瑚繁殖日。此外，研究揭示三亚鹿回头海域珊瑚有性繁殖存在分批现象 (split spawning)，即同种珊瑚能够在连续周/月内的多个夜晚排卵。这种现象揭示了一种新的珊瑚有性繁殖策略，即其能够调整有性繁殖时间以适应近岸珊瑚礁多变的环境，从而提高有性繁殖后代存活率。此项连续研究工作填补了国内关于南海珊瑚繁殖模式研究的空白，明晰了南海造礁石珊瑚有性繁殖行为、时间（周期）以及影响因素，为促进珊瑚种群恢复提供了科学基础，更为基于珊瑚有性繁殖提供浮浪幼虫修复退化珊瑚礁生态系统提供了可能。图 1 南海北部鹿回头海域珊瑚排卵行为注： A 芽枝鹿角珊瑚 B 简单鹿角珊瑚C 细枝鹿角珊瑚 D 精巧扁脑珊瑚 E 美龙式盘星珊瑚 F 中间鹿角珊瑚表 1 三亚鹿回头海域造礁石珊瑚排卵有性繁殖时间表SpeciesSpawned Year(s)Lunar month(s)Days before (-) or after (+) Full MoonSpawning TimeSexual CharacterAcroporidaeAcropora robusta2009,2010,2014Mar-1,+2,+321:40HermaphroditeA. millepora2011,2016,2021Feb,Mar-8,-9,+4,+5,+1521:20HermaphroditeA. cerealis2010,2019,2021Feb,Mar-1,-9,+6,+721:20HermaphroditeA. austera2016,2018–2021Feb,Mar,Apr+0,+4,+9,+11,+1521:40HermaphroditeA. muricata2017–2021Feb,Mar+0,+5,+9,+11,+1521:30HermaphroditeA. intermedia2013,2016–2021Feb,Mar,Apr-8,+0,+5,+7,+9,+15,+1621:30HermaphroditeA. digitifera2010,2016,2019–2021Feb,Mar,Apr-3,-9,+0,+1,+1521:10HermaphroditeA. gemmifera2013,2014,2016–2021Mar,Apr-11,-9,-7,-2,+2,+9,+1021:00HermaphroditeA. hyacinthus2010,2013,2016–2021Feb,Mar,Apr-7,+1,+2,+4,+5,+11,+1521:20HermaphroditeA. nana2016,2020,2021Mar,Apr-2,+0,+1,+1520:20HermaphroditeA. microphthalma2021Feb+421:20HermaphroditeA. papillare2010,2011,2013,2021Mar-2,-7,+9,+1522:00HermaphroditeA. secale2010,2011Mar-2,+921:01HermaphroditeA. valida2010Mar-121:50HermaphroditeMontipora turgescens2009Mar+221:45HermaphroditeMontipora sp.2010,2016Feb,Apr+2,+921:40HermaphroditeM. digitata2016Apr-2HermaphroditeM. peltiformis2017Apr+121:00HermaphroditeEuphylliidaeGalaxea fascicularis2011,2017,2019,2021Mar,Apr-9－-3,+1, +3,+4,+819:00-21:00Pseudo-gynodioeciousMerulinidaePlatygyra sp.2016,2018,2019Mar,Apr,May-11,+7,+9HermaphroditeP. daedalea2014,2016,2020Apr+3,+5,+9,+1020:30HermaphroditeDipsastraea veroni2020Apr+621:20Hermaphrodite相关论文信息：Sun YF.,Zhang YY.,Jiang L.,Yu XL.,Huang LT.,Yuan T.,...& Huang H. (2024). Coral spawning patterns on the Luhuitou fringing reef in Hainan Island of the northern South China Sea. Frontiers in Marine Science,11,1418942.论文链接：https://doi.org/10.3389/fmars.2024.1418942论文第一作者为助理研究员孙有方、副研究员张浴阳，通讯作者为教授Put Ang、副研究员张浴阳和研究员黄晖。Yu XL.,Sun YF.,Zhang YY.,& Huang H. (2023). First record of coral split spawning in the genus Acropora at Luhuitou fringing reef,Sanya,China. Bulletin of Marine Science.99 (1):65-66.论文链接：https://doi.org/10.5343/bms.2022.0039论文第一作者为助理研究员俞晓磊，通讯作者为副研究员张浴阳和研究员黄晖。以上研究获得国家重点研发项目、国家自然科学基金青年基金项目、广东省自然科学基金面上项目、广州市基础与应用基础研究专项基金等联合资助。
2024年8月21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课题组在Nature Communications上发表了题为“METTL3/METTL14 maintain human nucleoli integrity by mediating SUV39H1/H2 degradation”的研究论文。该研究发现了RNA甲基转移酶复合物METTL3/METTL14维持人胚胎干细胞中核仁相分离及功能完整性的新功能。2024年8月21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课题组在Nature Communications上发表了题为“METTL3/METTL14maintain human nucleoli integrity by mediatingSUV39H1/H2 degradation”的研究论文。该研究发现了RNA甲基转移酶复合物METTL3/METTL14维持人胚胎干细胞中核仁相分离及功能完整性的新功能。核仁是rRNA合成和核糖体亚基装配的亚细胞结构，决定细胞蛋白的合成及细胞稳态。目前研究表明，核仁主要通过多种生物大分子的液-液相分离（liquid-liquid phase separation，LLPS）方式维持正常多层级结构和功能。然而，核仁的正常液-液相分离及功能完整性是如何维持的尚不清楚。METTL3/METTL14是已经被证明的经典甲基转移酶复合物（MTC），通过催化mRNA上的N6-腺苷甲基化（m6A）参与多种RNA代谢过程，包括RNA稳定性、剪切、转运和翻译等过程，进而调控多种生物学过程和疾病发生。此项研究发现在人胚胎干细胞中敲除METTL3或METTL14后，并没有导致传统认为的mRNA变化，而是引起核仁结构和功能的剧烈异常，包括核仁变小、数目异常增多、rRNA合成减少、核糖体装配障碍、核仁功能异常导致的核仁应激导致的细胞生长停滞等。进一步发现，缺失METTL3或METTL14后，彻底破坏了核仁的液-液相分离，从而核仁不能形成完整且规则的由多种大分子相分离形成的正常多层级聚集体结构。随后，研究发现在METTL3/METTL14缺陷的细胞中，H3K9me3甲基转移酶SUV39H1/H2蛋白显著升高，导致H3K9me3在整个核仁中积累和浸润，并损害LLPS。从机制上说，METTL3/METTL14复合物作为CRL4 E3泛素连接酶的必要接头，靶向SUV39H1/H2并促进其多泛素化和蛋白酶体降解，从而阻止H3K9me3在核仁中的积累，并维持其正常的LLPS和结构。科研人员这些新的发现揭示METTL3/METTL14虽然作为经典的mRNA修饰酶，但在维持核仁的相分离和功能方面发挥关键作用。该发现不仅揭示了METTL3/METTL14维持细胞功能的一个从未报道的机制和作用，而且也有助于体现核仁这样一个无膜亚细胞结构如何维持其正常结构和功能。潘光锦研究员和单永礼副研究员为论文的共同通讯作者，单永礼副研究员、张燕琪博士后、卫焱星博士为论文的共同第一作者。该研究工作得到了科技部、金沙威尼斯欢乐娱人城、国家自然科学基金委、金沙威尼斯欢乐娱人城青年创新促进会、广东省及广州市科技计划等项目的资助。论文链接METTL3/METTL14维持人胚胎干细胞中核仁完整性的模式图
