近日，中国科学院海洋研究所陈楠生课题组在硅藻基因组学研究方面取得新进展，成功构建了首个热带骨条藻（Skeletonema tropicum）的高质量染色体水平参考基因组，相关研究成果发表在国际数据集期刊Scientific Data（Q1，IF=9.8）。这是该团队在2023年成功构建海洋优势浮游植物玛氏骨条藻（Skeletonema marinoi）染色体水平基因组之后完成的第二个骨条藻属物种的基因组。 硅藻是海洋中最重要的浮游植物类群之一，多样性和生物量极高，贡献了约40%的海洋初级生产力和50%的海洋碳输出通量，在海洋食物网和生物地球化学循环中扮演重要角色。硅藻种类众多，估计有12,000-200,000个物种。然而，自第一个硅藻基因组（伪矮海链藻Thalassiosira pseudonana）于2004年得到构建以来，迄今仅有十几个硅藻物种的基因组得到构建，且大部分基因组为草图水平。其中仅四个硅藻物种（伪矮海链藻、三角褐指藻Phaeodactylum tricornutum、Fistulifera solaris和玛氏骨条藻）的染色体水平基因组得到构建，严重制约了硅藻生态学和演化研究进展。骨条藻属（Skeletonema）是我国近海的优势浮游植物，也是海洋生态系统中的重要初级生产者，多种骨条藻物种可引发赤潮，危害海洋生态环境。前期基于胶州湾全年逐月的宏条形码研究发现，玛氏骨条藻在冬季胶州湾的相对丰度尤其高，而热带骨条藻在夏秋季节占优势。通过对其线粒体基因组和叶绿体基因组比较分析表明其结构的保守，未能揭示两种骨条藻的环境适应机制。染色体水平的玛氏骨条藻基因组的构建发现显著扩张的光相关基因家族可能是该藻适应环境的重要机制。然而热带骨条藻的染色体基因组尚未构建，阻碍了其生态适应和系统进化的深入研究。 在以前研究基础上，研究团队综合采用利用Illumina测序、PacBio测序和Hi-C辅助基因组组装技术，首次构建了热带骨条藻完整的染色体水平的参考基因组。热带骨条藻基因组大小为78.78 Mb，挂载到23条染色体，contig N50长度为606.27 Kb，scaffold N50为3.17 Mb。热带骨条藻共注释了20,613蛋白编码基因，其中86.14%的基因可以注释到功能。研究发现热带骨条藻基因组与玛氏骨条藻基因组具有较好的共线性关系。热带骨条藻高质量染色体水平基因组的构建，对于利用比较基因组和比较转录组方法解析其环境适应机制提供了重要平台。 本项目由海洋生态与环境科学重点实验室陈楠生团队完成，特别研究助理刘淑雅为第一作者，陈楠生研究员为通讯作者。本研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）、国家自然科学基金等项目资助。 【论文链接】Shuya Liu,Nansheng Chen*.Chromosome-level genome assembly of marine diatom Skeletonema tropicum.Scientific Data,11,Article number:403(2024).https://doi.org/10.1038/s41597-024-03238-8. 查看详细>>

近日，Nature旗下期刊《npj Climate and Atmospheric Science》（2023年影响因子9.0）在线发表了中国科学院海洋研究所万世明课题组、韩国釜山大学、法国巴黎萨克雷大学、英国伦敦大学学院、同济大学、北京大学和美国科罗拉多大学博尔德分校等单位合作的最新研究成果。研究团队利用西太平洋海洋沉积矿物学和地球化学风化记录，重建了14万年以来西太平洋岛弧风化历史，并与印度洋-太平洋暖池区多条降水记录对比，结合瞬变气候模型模拟结果，揭示了暖池深对流-降水演化的时空分布特征及其对东亚夏季风演化的可能影响。 热带西太平洋岛弧多发育基性-超基性的玄武岩，在热带暖池区适宜的气候（高温和强降水）与岛屿陡峭的海拔落差（少低地平原，风化沉积物在流域不能滞留）叠加影响下，风化剥蚀速率快，对海洋环境的影响可能比传统预期更大。控制热带岛弧风化的主要机制是什么？如此巨量的玄武岩风化是如何响应气候变化的？然而，目前以上问题仍没有清楚的答案，其根本原因是西太平洋岛弧风化历史不清楚。研究团队选取了位于西太暖池核心区的MD01-2385岩芯，提取了新几内亚岛西北部鸟头半岛三条矿物学和元素地球化学风化记录，重建了14万年以来岛屿风化历史。研究发现西太平洋岛屿风化记录表现出岁差周期主控特征，与偏心率主控的海表温度（SST）的变化具有明显区别。这一现象暗示风化记录主要受控于暖池大气深对流-降水演化，因此，可用于指示14万年以来暖池大气深对流-降水演化历史。通过对比暖池区其他的深对流-降水记录，发现虽然多条暖池的大气深对流演化记录均以岁差周期为主，但是不同记录响应的日射量月份不同，具有不均一性。瞬变气候模拟结果也显示出这种不均一性的存在，且与现代的降水分布相吻合。 研究团队进一步与中国石笋氧同位素记录的东亚夏季风、两半球低纬度辐射量差异等记录详细对比，结合瞬变气候模拟揭示的空间尺度上岁差极大值和极小值西太平洋海面压力梯度变化，发现暖池大气深对流可能通过调节西太平洋经向海面压力梯度变化而影响西太平洋副热带高压的东西移动，进而影响东亚夏季风的强弱变化（图3）。该研究重绘了14万年以来西太平洋岛弧风化历史，及其指示的暖池大气深对流-降水演化的时空分布特征，并揭示了其对东亚夏季风演化的可能影响，可为模型和环境变化预测提供参考和借鉴。 论文第一作者为中国科学院海洋研究所于兆杰副研究员，通讯作者为海洋研究所于兆杰副研究员和韩国釜山大学阮骄杨研究员。本研究得到了中国科学院战略先导专项、国家自然科学基金、山东省自然科学优秀青年基金等项目的支持。 论文连接： https://www.nature.com/articles/s41612-024-00642-0 论文信息： Yu,Z.,Ruan,J.,Song,L. et al. Late Pleistocene island weathering and precipitation in the Western Pacific Warm Pool. npj Clim Atmos Sci 7,91(2024).https://doi.org/10.1038/s41612-024-00642-0 查看详细>>

近日，中国科学院海洋研究所在海洋环境下波浪能捕获与腐蚀防护结合方面取得新进展，研究了基于摆动折纸结构的摩擦纳米发电机，收集水波能量并作为独立电源为金属提供电化学阴极保护，相关研究成果在国际学术期刊Advanced Science发表。 摩擦纳米发电机（TENG）的研究为各种能量收集提供了新的策略。海洋环境中蕴含着丰富的水波能量，其捕获和收集也成为当前研究的热点话题。基于此，设计一个摩擦纳米发电机器件作为独立电源用于收集水波能量收集应用于金属腐蚀防护技术，以减轻海洋环境下严重的金属腐蚀问题。 研究团队设计制造了一种摆动装置用来驱动折纸结构来收集水波能量，可以在有限空间内有效地提高TENG摩擦层间的表面接触面积。在摆动体底部，设计了放置重物的摆动结构作为驱动装置，可在水波的惯性作用下驱动SO-TENG往复摆动实现水波能量收集。将SO-TENG应用于水波环境中。可为小型观测设备供电，同时将其应用于阴极保护系统，展现了优异的防腐性能。为海洋环境中的水波能量收集和自供电金属腐蚀防护提供了新思路。 论文第一作者为硕士研究生刘威龙，通讯作者为王秀通研究员。研究得到了国家重点研发计划、山东省重点研发计划、工信部高技术船舶科研项目等基金项目的支持。 论文信息： Weilong Liu,Xiutong Wang*,Lihui Yang,Youqiang Wang,Hui Xu,Yanan Sun,Youbo Nan,Congtao Sun,Hui Zhou,Yanliang Huang.Swing Origami-Structure-Based Triboelectric Nanogenerator for Harvesting Blue Energy toward Marine Environmental Applications.Advanced Science,2024,2401578.https://doi.org/10.1002/advs.202401578 查看详细>>

聚球藻是一种广泛分布于全球海洋的微微型浮游生物。聚球藻对海洋生态系统的碳固定和初级生产起着至关重要的作用，其贡献的净初级生产量能达到全球海洋的16.7%。聚球藻固定的部分有机碳可以通过生物泵（BP）等途径转化为“蓝碳”，实现在海洋中的长期封存。近年来的研究发现，聚球藻具有形成聚集体的能力，从而可能显著提高了它们在BP途径颗粒有机碳（POC）输出中的能力。然而，在生态尺度上聚球藻对BP途径的实际贡献和机制还需要进一步研究。 黄河是中国第二长的河流，其入海水量占渤海淡水总量的75%以上。此外，黄河是全球泥沙输送量第二大的河流，几千年来向海洋输送了6%的泥沙。黄河携带的泥沙中含有硅和钙等粘土和非粘土矿物，它们可以作为碳沉降的压载矿物。因此，黄河口及其附近海域是研究聚球藻聚集和沉降的理想区域。在本研究中，通过采用分粒径过滤法，分析了黄河口及其附近海域海水中营聚集（AG）和自由（FL）生活方式的聚球藻及其对原位POC的贡献，并深入探讨了AG聚球藻与共现异养细菌的相互作用和形成聚集体的潜在过程。 研究亮点一：AG聚球藻对黄河口近海海域的POC输出具有潜在贡献 研究发现，黄河河口近海海水中的AG聚球藻占总聚球藻丰度的14.7%至85.4%。相关性分析揭示了AG聚球藻与POC含量之间的显著正关联（p<0.01）。随机森林回归分析进一步表明，所构建的模型能解释POC变化的40.9%，其中AG聚球藻显示出最高的%IncMSE（increase in MSE，用于解释变量重要性），说明其在所有变量中对POC含量的重要性最强，对该海域的POC输出具有潜在贡献。该现象可能得益于黄河口近海海域内丰富的泥沙的存在，它们充当了聚集体的压载矿物，促进了聚球藻的聚集和沉降。 研究亮点二：AG和FL聚球藻的谱系组成及组装过程存在差异 通过对rpoC1基因的高通量测序，发现了AG和FL样本中不同聚球藻谱系比例及群落构建过程的差异，特别是S5.1分支I在AG样本中的比例显著高于FL样本（p<0.05），且AG聚球藻群落的组装和演替主要受到包括分散限制（29%）和未主导过程（67%）的随机过程的支配而非确定性过程。这说明不同的聚球藻谱系对聚集具有不同的偏好性，而聚集体的形成很可能来自于具有聚集潜力的谱系的机会性耦合。 研究亮点三：细菌-聚球藻耦合形成聚集体 构建了聚球藻和异养细菌的共现网络，阐明了AG样品网络的“小世界”特性和更高的稳定性。通过对偏向AG的聚球藻谱系与细菌功能间的耦合分析发现，这可能是由聚球藻和共存细菌之间基于碳-氮元素互换的相互作用所促进的。 以上研究结果有助于更好地理解聚球藻在近海生态系统中的生态角色，以及它们对POC输出和生物泵的潜在贡献，凸显了在河流水库建设中考虑水沙平衡性的重要性，并对矿物增效的生物泵假说提供理论支撑。 该研究以“Aggregating Synechococcus contributes to particle organic carbon export in coastal estuarine waters:Its lineage features and assembly processes”为题发表在Science of the total Environment上。中国科学院烟台海岸带研究所为论文第一完成单位，李佳霖研究员和秦松研究员为论文通讯作者，博士生王挺为论文第一作者。研究得到国家自然科学基金（42176131）和研究组群项目（YICE3510303）的资助。研究的数据及样品采集得到国家自然科学基金委员会共享航次计划项目“黄河口关键过程及物质输运协同效应重大科学考察航次”（项目批准号：42149301）的资助。该航次（航次编号：NORC2022-304）由“创新一”号科考船实施，在此一并致谢。 论文信息： WANG T,LI J,XU Y,et al.Aggregating Synechococcus contributes to particle organic carbon export in coastal estuarine waters:Its lineage features and assembly processes[J].Science of the total Environment,2024,917:170368. 论文链接： https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.170368 查看详细>>