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1 中国科学院南海海洋研究所揭示“风-潮联合效应”对南海北部近惯性内波的影响 2024-03-25

近日,中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室(LTO)蔡树群研究团队在南海北部近惯性内波三维数值模拟研究取得新进展。相关研究成果于2024年3月18日发表在Journal of Physical Oceanography上,龚延昆博士为论文第一作者,蔡树群研究员、陈植武研究员为共同通讯作者,自然资源部第二海洋研究所朱小华研究员、赵瑞祥副研究员等为合作作者。 海洋内波的耗散为海洋湍流混合提供能量,进而影响海洋大尺度环流,其中近惯性内波在能量串级中扮演着重要角色。南海北部由于受复杂多变的台风过程、活跃的内潮破碎过程等影响,导致当地近惯性内波频发。那么,风-潮联合效应对南海北部不同海域的近惯性内波有何影响呢? 本研究通过构建南海北部三维数值模型,揭示了风-潮的联合效应对近惯性能量的影响。研究结果表明,当风致近惯性内波存在时,更多的潮能向近惯性能量转换;而当潮致近惯性内波存在时,台风向近惯性内波输入的能量却减少。风-潮联合效应产生的总近惯性能量并不是风生近惯性能量与潮致近惯性能量的线性叠加。具体而言,在吕宋海峡附近,潮汐和风对当地近惯性能量输入均有正贡献,造成总近惯性能量增加30%以上(>0.5 kJ m−2);而在台风高发的南海西北海域,能量由风场向近惯性内波传递,同时也由近惯性内波向内潮传递,从而导致总近惯性能量减弱约30%(~0.3 kJ m−2)。在台风到达前,吕宋海峡处潮致近惯性能量与风生近惯性能量量级相当;而在台风到达后,南海北部大部分海域潮致近惯性能量要比风生近惯性能量小两个量级。 综上所述,本研究提出的风-潮联合效应丰富了风生与潮致近惯性内波间相互作用过程,拓展了中小尺度能量串级理论,对认识南海北部近惯性能量的收支具有重要的物理海洋学和区域海洋学意义。 该研究由国家自然科学基金、广东省自然基金、广州市科技计划项目、中国科学院项目等共同资助完成。 相关论文信息:Gong,Y.,Chen,Z.*,Zhao,R.,Xu,J.,Li,J.,Xie,J.,He,Y.,Zhu,X.,Sun,Y.&Cai,S.*(2024).Joint Effects of Winds and Tides on Near-Inertial Internal Waves in the Northern South China Sea:A Three-Dimensional Numerical Study.Journal of Physical Oceanography,54(4),1019–1035. 文章链接:https://doi.org/10.1175/JPO-D-23-0182.1 查看详细>>

来源:中科院南海海洋研究所 点击量:0

2 自然资源部第一海洋研究所在极端气候事件研究方面取得新进展 2024-03-25

近日,自然资源部第一海洋研究所科研人员在极端气候事件研究方面取得新进展。相关成果以“The impact of tropical sea surface temperature on extreme precipitation in Pakistan during the summer of 2022”为题发表于学术期刊《Environmental Research Letters》杂志。 在全球变暖背景下,世界各地极端气候事件频发。2022年8月,巴基斯坦经历了一次破历史纪录的极端降雨事件,引发了该国有记录以来的最强洪涝灾害。了解并揭示此次极端降雨事件的成因有助于深化极端气候灾害研究并指导当地防灾减灾工作。 自然资源部第一海洋研究所科研人员等对此次极端事件进行了研究分析。研究结果显示,异常对流和低层东风共同促进了此次极端事件的发生和发展。进一步分析表明,同年发生的热带印度洋偶极子事件负位相有利于孟加拉湾南部气旋性环流的生成与发展,并加强来自于孟加拉湾的异常东风,促进了研究区域的水汽辐合和对流活动,进而导致此次极端事件的发生。本次研究从印度洋海气相互作用角度出发,揭示了发生在南亚大陆的极端气候事件,为印度洋及周边区域极端气候事件研究提供了新视角。 博士研究生罗玉兰为论文第一作者,刘琳研究员为通讯作者。来自国防科技大学、巴基斯坦全球气候变化影响研究中心、中山大学等单位人员共同完成此项工作。此工作得到了山东省泰山学者青年专家项目、国家自然科学基金及全球变化与海气相互作用专项等项目的共同支持。 论文链接: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ad2f77 查看详细>>

来源:国家海洋局第一海洋所 点击量:0

3 中国科学院海洋研究所利用基因编辑技术解析了藻类细胞对种群密度信号的感知与调控的分子机制 2024-03-25

近日,国际期刊The ISME Journal刊发了中国科学院海洋研究所藻类生理过程与精准分子育种团队利用精准基因编辑技术在海洋硅藻信号感知和传导领域的研究成果。研究揭示了海洋硅藻SLC24A在种群密度信号感知和调控中发挥重要作用。这一发现为工业生产中实现微藻的高密度培养提供了新思路,也为硅藻藻华暴发时种群动态变化及藻华命运决定机制提供了新见解。 硅藻藻华暴发的规模和时空范围除了受营养物质、微量元素、温度、病毒等周边因素的影响外,生物量急剧增长导致的细胞密度波动也可作为一种内部的信号,影响藻细胞的生理过程及藻华生消进程。此外,微藻密度感知和传导机理之于微藻产业化的技术迭代至关重要,为微藻超高密度培养提供理论依据。我们前期研究已发现海洋硅藻可以利用叶绿素荧光信号实现对高密度的感知(Liu et al,2021,BMC biology)。微藻中关于光信号和化学信号的研究较为滞后,特别是分子机制,仍不清晰。 在本研究中,通过鉴定与密度信号相关的潜在基因,利用基因编辑技术敲除了其中的8个基因后锁定了关键基因PtSLC24A。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除了P.tricornutum中的PtSLC24A得到了两株PtSLC24A敲除突变体。胞内Ca2+浓度测定结果表明细胞密度能够诱导Ca2+响应,且PtSLC24A的敲除增加了胞内Ca2+浓度。我们对PtSLC24A蛋白进行了三维结构建模模拟计算的结果支持了PtSLC24A的Ca2+传输功能。此外,研究结果表明高密度能够诱导细胞凋亡,而PtSLC24A的敲除加剧了这一现象。PtSLC24A在不同细胞密度下也对密度依赖性基因的表达产生了影响。 本研究进一步将微观实验室尺度上的细胞过程与大洋规模的群体响应联系起来。发现SLC24A同源基因在144个Tara oceans站点中均有分布,SLC24A同源基因的表达与4个主要类群的叶绿素含量之间呈正相关。以上结果表明,在自然海洋环境中,SLC24A介导的Ca2+信号在密度信号的胞内传递过程中发挥着关键作用。 本研究基于分子遗传学、细胞生理学、计算结构生物学和原位海洋数据,提出了一种Ca2+介导的海洋硅藻细胞密度信号的胞内信号传导机制:当细胞接收到携带种群密度信号的化学信息物质之后,结合在细胞膜上的PtSLC24A通过加速胞内Ca2+的外流,以维持特定的细胞内Ca2+水平,从而将密度信号在胞内传递下去,随后调节包括细胞凋亡的生理过程,最终影响种群命运。 论文的第一作者为刘雪华博士,通讯作者为顾文辉副研究员和王广策研究员。本研究得到了国家自然科学基金、山东省重点研发计划、国家藻类产业技术体系等项目的支持。 Xuehua Liu,Zhicheng Zuo,Xiujun Xie,Shan Gao,Songcui Wu,Wenhui Gu,Guangce Wang,SLC24A-mediated calcium exchange as an indispensable component of the diatom cell density-driven signaling pathway, The ISME Journal,2024;,wrae039, https://doi.org/10.1093/ismejo/wrae039 查看详细>>

来源:中科院海洋研究所 点击量:1

4 中国科学院海洋研究所在皱纹盘鲍基因编辑方面获得新进展 2024-03-25

近日,中国科学院海洋研究所在皱纹盘鲍基因组编辑研究方面取得新进展,相关研究成果发表在基因编辑技术专业期刊the CRISPR journal上。 基因编辑技术是水产新种质创制的重要工具。其中,由于CRISPR/Cas9基因编辑技术具有设计简单、效率高、切割DNA片段精准等优势,可为水产贝类精准育种提供新的途径,成为水产育种的研究热点。鲍鱼是我国重要的养殖贝类,具有较高的营养和经济价值。因此,在鲍鱼中研发简单方便、具有养殖场实操性的CRISPR/Cas9基因编辑体系,可解析鲍鱼重要经济性状的形成机制,促进鲍鱼种业创新。 研究以皱纹盘鲍(Haliotis discus hanai)为研究对象,首先开发了一种简单、高效的显微注射方法,具养殖场环境下的操作可行性。在此基础上,利用前期研发的“长片段缺失镶嵌性突变技术”(Zhang L.,et al,2016,Nature Communications;Zhang L.,et al.,2017,PNAS),研究人员选用纤毛发育基因β-tubulin和眼点发育相关基因r-opsin作为靶基因,设计了高度特异性的sgRNA,在靶向基因检测中发现了多种长片段缺失,编辑效率约为25%。此外,利用原位杂交和行为学分析等表型检测手段,在幼虫中观察到纤毛发育的镶嵌型突变和感光能力下降。该研究在海洋经济贝类鲍鱼中建立了基于改良显微注射和长片段缺失镶嵌性突变的高效CRISPR/Cas9基因编辑平台,可为今后基于CRISPR/Cas9基因编辑技术在海洋贝类中开展基因功能研究提供有益参考,并为鲍鱼以及其他水产养殖物种的基因编辑育种提供有力工具。 中国科学院海洋研究所为论文第一完成单位,论文通讯作者为张琳琳研究员和吴富村副研究员,共同第一作者为硕士生李若晖、科研财务助理许悦和吴富村副研究员。研究得到国家重点研发计划项目、中国科学院战略性先导科技专项和山东省重点研发计划(农业良种工程)等项目联合资助。 相关成果如下: 1.Li,R.#,Xu,Y.#,Wu,F.#*,Peng,Z.,Chan,J.,Zhang,L.*(2024).Easy-to-Use CRISPR-Cas9 Genome Editing in the Cultured Pacific Abalone( Haliotis discus hannai).the CRISPR Journal,7(1):41-52. doi:10.1089/crispr.2023.0070. 2.Chan,J.#,Zhang,W.#,Xu,Y.,Xue,Y.&Zhang,L.* (2022).Electroporation-based CRISPR/Cas9 mosaic mutagenesis of β-tubulin in the cultured oyster. Frontiers in Marine Science,9:912409. doi:10.3389/fmars.2022.912409.  3.张琳琳,许悦,张韦,产久林。快速获得基因型和表型突变的CRISPR/Cas9基因敲除方法及应用,CN 114703174 B,2023。 4.张琳琳,张韦,许悦,产久林。长牡蛎β-tubulin基因的电穿孔基因编辑方法及应用,2023,CN 114703231 B。 5.张琳琳,许悦,吴富村。一种皱纹盘鲍CRISPR/Cas9基因编辑的方法,2023,CN 113862304 B。 6.Zhang,L.,Mazo-Vargas,A.&Reed R.*(2017).A single master regulatory gene coordinates the evolution and development of butterfly color and iridescence.Proceedings of the National Academy of the USA, 114(40):10707-12. 7.Zhang,L.&Reed R.D.*(2016).Genome editing in butterflies reveals that spalt promotes and Distal-less represses eyespot colour patterns.Nature Communications,7,11769.   查看详细>>

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