近日，中国科学院海洋研究所藻类与藻类生物技术团队在海菖蒲海草床修复和改善海底基质微生物群落结构方面取得新进展，相关理论成果发表于国际环境科学与生态学Top期刊Journal of Environmental Management。 海草床是重要的海洋生态系统和蓝色碳汇资源，为众多海洋生物提供栖息、生存和繁衍场所与食物，在维持海洋生物多样性、生态系统稳定性、渔业资源量、地球碳氮氧循环平衡以及固碳增汇过程中都发挥着不可替代的重要作用。海菖蒲（Enhalus acoroides）是全球个体最大的海草种类，也是热带海草床主要的优势物种和印太交汇区特有物种。近年来，全球海菖蒲等海草床资源量急剧减少，传统的生态保护策略不仅被动、缓慢且恢复效果不确定，前人报道自然恢复0.25平方米的海菖蒲海草床大约需10年，亟待改变策略从单纯被动地保护转变成更加主动地人工修复。 本研究采用移栽途径对海菖蒲海草床进行人工修复，并连续3年原位跟踪监测了移栽后海菖蒲的生长变化规律，同时与海草自然恢复和环境效应进行了对比。结果发现，人工移栽海草植株数和地上生物量分别增加了13倍和15.9倍，而自然原位海菖蒲仅增加了3.3倍和5.3倍，证实人工移栽组的海草恢复速率明显快于原位海草组的自然恢复速率。同时，发现人工移栽明显提高了海底沉积物中的微生物多样性和群落丰富度。 实验海洋生物学重点实验室李虎助理研究员为上述研究成果第一作者，刘建国研究员为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金项目、中国科学院B类战略先导科技专项和中国科学院国际合作局国际伙伴计划“一带一路”专项等联合资助。 文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2024.120996 查看详细>>

海洋无脊椎动物与其体内外共附生微生物组成共生功能体，后者能够影响宿主的变态发育和繁殖。然而，目前对微生物在灾害水母变态发育和繁殖等生活史过程中的作用机制缺乏认识。 基于宏基因组学研究揭示了海月水母横裂生殖过程共附生微生物组多样性以及关键功能基因变化。组装了涵盖变形菌门和弯曲菌门在内的43个高质量宏基因组组装基因组（MAGs）。研究表明横裂生殖过程不同生活史阶段间共附生微生物发生重组，其功能发生显著改变。发现在海月水母丧失摄食能力时期，其共附生微生物组中与氨基酸、维生素和辅因子生物合成以及碳固定过程相关的基因丰度显著升高，表明海月水母共附生微生物具有参与宿主关键营养合成的功能潜力。识别4种真核样蛋白结构域、3种细菌分泌系统和2种抗病毒防御系统可能在海月水母横裂生殖过程微生物定植中发挥重要作用。该研究为揭示横裂生殖过程中水母与微生物互作机制提供了新认识，论文在国际微生物生态学学会期刊《ISME Communications》上发表（Peng et al.,2024,ISME Communications）。  基于灭菌处理手段，结合生理指标测定、16S rRNA基因扩增子测序、转录组测序、单细胞转录组测序和代谢组测序等技术，深入研究了海月水母横裂生殖过程中共附生微生物对水母变态发育的影响机制。研究发现灭菌处理延迟了横裂生殖启动，造成了横裂体裂节数和释放碟状体数目显著减少，而这些异常可以通过原生微生物群落的重新定植来恢复。功能预测揭示了海月水母共附生蓝细菌可能参与合成视黄醛并进而影响视黄酸信号级联，从而驱动横裂生殖启动过程。另外，发现海月水母水螅体共附生微生物群可能通过调控刺细胞动态影响海月水母的摄食行为。该研究提供了微生物调控海月水母早期生活史关键过程的新认知，为微生物防控水母暴发技术研发提供了重要参考，论文在Cell旗下综合性期刊《iScience》上发表（Peng et al.,2023,iScience）。 中国科学院烟台海岸带研究所博士研究生彭赛君为论文第一作者，董志军研究员为论文通讯作者。上述研究工作得到国家自然科学基金委山东联合基金、中国科学院战略性先导科技专项、泰山学者青年专家等项目支持。 相关论文：  Peng S.,Ye L.,Li Y.,Wang F.,Sun T.,Wang L.,Zhao J.,Dong Z.*2024.Metagenomic insights into jellyfish-associated microbiome dynamics during metamorphosis.ISME Communications 4:ycae036.https://doi.org/10.1093/ismeco/ycae036 Peng S.#,Ye L.#,Li Y.,Wang F.,Sun T.,Wang L.,Hao W.,Zhao J.,Dong Z.*2023.Microbiota regulates life cycle transition and nematocyte dynamics in jellyfish.iScience 26:108444.https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.108444 查看详细>>

蓝藻水华对海岸带水体安全造成了严重威胁。藻蓝蛋白是蓝藻特有色素，其浓度能较好表征蓝藻生物量、指示蓝藻爆发，是蓝藻水华及水体富营养化监测的重点关注指标。近期，中国科学院烟台海岸带研究所陈令新研究员团队报道了分子印迹表面增强拉曼散射（MI-SERS）传感器检测藻蓝蛋白的相关成果，以“Molecular Imprinting-Based SERS Detection Strategy for the Large-Size Protein Quantitation and Curbing Non-Specific Recognition”为题发表在Analytical Chemistry（2024,96,6417−6425）上。 MI-SERS传感器将具有构效预定性、识别特异性和广泛适用性的分子印迹聚合物（MIPs）作为识别和转导元件，结合SERS光谱检测技术的指纹识别、无损、高灵敏和快速的特性，提高了传感器的分析性能，为复杂基质痕量分析提供了新方法。高分子量、高传质阻力、低拉曼活性和复杂结构、容易失活等问题使大尺寸蛋白质（≥10nm，例如，藻蓝蛋白，110 kDa）的SERS精准定量面临极大挑战。此外，MIPs的非特异性识别对传感器灵敏度和准确性造成很大干扰。 因此，研究团队发展了基于分子印迹的SERS检测策略用于藻蓝蛋白的定量和抑制非特异性识别。以藻蓝蛋白为模板分子，采用贻贝仿生的聚多巴胺（PDA）表面印迹法，包覆在金纳米星增强基底上，构建了在玻璃毛细管上进行操作的MI-SERS传感器，提出了拉曼报告分子检查员机制（RRIM）。传感器的构建过程和检测原理如图1所示。去除藻蓝蛋白模板分子后，产生PDA印迹层进行识别捕获，目标藻蓝蛋白特异性结合并完全占据印迹空腔，而样品中存在的干扰物质，通常会在印迹层发生表面吸附或非特异性结合。通过引入适当的拉曼报告分子IR-792，穿透非特异性识别填充和未被填充的空腔，作为SERS信号的识别状态的检查员；因此，SERS信号的变化完全源于目标蛋白的特异性结合。目标蛋白的特异性识别反应可以阻断IR-792到达SERS活性基底的通量，导致IR-792的SERS信号减弱，减弱程度可以反映捕获目标蛋白的量进而实现定量检测。在最优化的实验条件下，标准溶液中检测的相对SERS强度与藻蓝蛋白浓度（0.01–500 µg L−1）的对数呈良好线性关系，检出限低至0.0026 µg L−1。该MI-SERS传感器能够在21分钟内准确分析未经任何样品前处理的海水，取样位置和加标结果如图2所示；所测海水样都显示明显的线性相关，且与标准工作曲线接近，表明RRIM具有出色的实际应用能力。因此，可用标准工作曲线定量，适合不同基质精准检测，能够很好的满足环境、医药、食品等领域大量样本的快检需求。将小球藻培养基中藻蓝蛋白的检测结果与商品化试剂盒对照，确证了该传感器的准确可靠；通过测定分子量更大的藻红蛋白（260 kDa），验证了RRIM的易实施和普适性。 该研究构建了新颖的MI-SERS传感器，提出了RRIM检测新机制，有效解决了MIPs识别中难以避免的非特异性识别问题，突破了非拉曼活性物质尤其是大分子蛋白质难以精准定量的瓶颈。该传感器灵敏可靠、便于携带，从传感器构建、目标识别到信号采集，整个操作过程简便、快速。该研究不仅有望为海岸带水华预警提供有效方法，而且有望为复杂基质中各种目标物的高灵敏、现场、原位快速检测提供普适性思路。 烟台海岸带所研究生陈璇、烟台海岸带所助理研究员Abbas Ostovan为论文的共同第一作者，烟台海岸带所副研究员Maryam Arabi、研究员李金花为通讯作者。该研究成果得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、泰山学者等项目的支持。 论文信息： Xuan Chen,Abbas Ostovan,Maryam Arabi,Yunqing Wang,Lingxin Chen,Jinhua Li.Molecular Imprinting-Based SERS Detection Strategy for the LargeSize Protein Quantitation and Curbing Non-Specific Recognition,Analytical Chemistry,2024,96,6417−6425.https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c00541 查看详细>>

近日，由中国科学院海岸带研究所陈令新研究员等编撰的专著《表面增强拉曼散射光谱技术》由科学出版社出版发行。 该书系统介绍了表面增强拉曼散射光谱（SERS）技术的相关原理、方法技术、应用及发展动态。可作为高等院校和科研院所化学、药学、食品科学、生物医学工程、环境科学等领域的本科生、研究生及科研人员的教学参考书，也可供从事分析检测领域管理人员和科技工作者参考。 SERS具有高灵敏、快速、多元检测的技术优势，可将被测物质的原有拉曼光谱信号提高106~1014倍，并且可以提供详细的指纹图谱信息，其定性定量能力受到环境监测、食品安全以及生物和医学等多个领域的广泛关注，在海洋分析监测传感器研发方面也展现了巨大的应用前景。《表面增强拉曼散射光谱技术》一书系统阐述了SERS分析原理、方法与技术，主要包括SERS光谱基础、SERS光谱技术与平台、SERS光谱应用三个部分。第一部分共2章，主要对SERS技术进行概述，介绍主要原理和信号测定方法，以及具有表面增强拉曼散射性质的纳米材料。第二部分共3章，介绍了SERS基底、SERS纳米探针及其结构特点、制备方法和相关分析技术，概述了微流控、色谱、电化学和微观成像等技术与SERS的联用方法和应用领域。第三部分共4章，介绍了SERS技术在食品药品、环境分析、生物医学和催化研究中的应用。最后分析总结了SERS技术面临的瓶颈问题，并对未来的发展方向进行了展望。 陈令新研究员团队长期致力于海洋环境介质中化学与生物要素SERS传感机理和器件装备研究。构建了典型离子、手性氨基酸、蛋白质、有机污染物、病原体等分析传感方法，发展了纳米塑料等颗粒污染物的SERS探针标记和活体成像示踪技术，研制了SERS微针、纳米针尖等检测器件和大面积拉曼活体成像装备。相关工作推动SERS技术在海洋生态环境分析监测领域特色应用，为研发可实现高灵敏、原位快速检测的新型海洋传感器提供技术储备。 该书的研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）“印太交汇区海洋物质能量中心形成演化过程与机制”子课题“海洋监测新方法新技术研究”（XDB42040304）、国家自然科学基金、中国科学院海岸带环境过程与生态修复重点实验室出版基金等项目支持。 查看详细>>