近日，中国科学院海洋研究所海洋牧场构建原理与工程技术团队在海草应对硫化物胁迫的响应机制及恢复潜力研究方面取得新进展，相关理论成果发表于国际学术期刊Plant Cell&Environment（中科院一区TOP）。 沉积物孔隙水中的硫化物，作为沉积物中硫酸盐厌氧微生物呼吸的副产品，对海洋和淡水环境中的根生水生植物具有毒性。近年来，由于沉积物中硫化物浓度升高，温带和热带地区发生了多起大规模海草死亡事件。随着富营养化和全球变暖的影响，预计浅海沿岸沉积物中硫化物的产生将增加，导致海草死亡现象将更加频繁发生。目前，针对硫化物胁迫对海草的影响，研究主要集中在传统的形态学和生理学方面，而对其分子层面的响应及潜在的抗性机制研究则甚为缺乏。 本研究通过实验室模拟和野外原位硫化物胁迫实验，运用转录组、代谢组及其它生理生化技术，对鳗草在硫化物胁迫下的响应过程进行了多层面深入分析。研究结果显示，硫化物胁迫下鳗草的光合作用在多个层面均受到显著的负面影响，时序分析和WGCNA分析结果表明，这种影响很可能是由于卟啉和叶绿素代谢途径受到抑制引起的。相反，硫代谢相关的几条途径被显著激活，增强了鳗草组织中硫化物转化为硫酸盐和亚硫酸盐的能力，并随后形成其他含硫化合物，从而实现了解毒。此外，恢复实验表明鳗草对硫化物胁迫具有一定的恢复潜力：当及时解除硫化物胁迫后，鳗草能够恢复正常的生长和光合作用；而长期暴露于硫化物胁迫下则会导致不可逆的损伤，最终导致植物死亡，这一发现强调了监测和及时干预的重要性，以确保海草床的健康和稳定。  该研究不仅提供了关于海草在硫化物胁迫下的分子应对机制的新见解，还为海草床的生态修复提供了实践指导，旨在应对环境变化带来的挑战，保障海洋生态系统的健康和可持续发展。海洋所博士生张玉、博士后岳世栋以及中国水产科学研究院黄海水产研究所高亚平副研究员为论文共同第一作者，海洋所周毅研究员和张晓梅助理研究员为论文共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助。 相关论文： Zhang Yu,Yue Shidong,Gao Yaping,Zhao Peng,Liu Mingjie,Qiao Yongliang,Xu Shaochun,Gu Ruiting,Zhang Xiaomei,Zhou Yi.Insights into response of seagrass(Zostera marina)to sulfide exposure at morphological,physiochemical and molecular levels in context of coastal eutrophication and warming.Plant,Cell&Environment,2024,15048. 论文链接： https://doi.org/10.1111/pce.15048 查看详细>>

近日，中国科学院海洋研究所李晓峰研究团队研究开发了一种深度学习模型-时空金字塔网络（STPNet），并探讨了海表盐度（SSS）在提高厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）预测中的作用。该模型成功将ENSO的预测提前到24个月，并在解决春季可预测性障碍（SPB）问题上取得了显著进展。成果近日发表于国际学术期刊npj Climate and Atmospheric Science（IF 8.5）。 传统的ENSO预测大多依赖海表温度（SST）数据。然而，随着近年来卫星观测技术的发展，海表盐度数据的可获得性逐渐增加。研究表明，SSS通过影响海洋层化结构和热量再分配，对ENSO的发展和强度有着重要影响。具体而言，该研究揭示了SST对于短期预测（小于一年）的关键作用，而SSS则在中长期预测（超过6个月）中占据重要地位。 研究团队应用深度学习技术，结合多尺度金字塔结构和时空特征提取模块，开发了STPNet模型。STPNet模型在2000年至2021年期间，成功延长了ENSO的有效预测时长，并显著降低了春季可预测性障碍的影响。  该研究的另一大亮点是其算法的可解释性。通过基于梯度反向传播的显著性图方法，研究人员能够评估SST和SSS在ENSO预测中的相对重要性。这一方法不仅有助于揭示深度学习模型的内部机制，也为理解ENSO的发展过程提供了全新的视角。研究结果表明，在中长期预测中，SSS的贡献显著增强，特别是在中央太平洋区域，SSS的变化是预测未来ENSO事件的关键。并揭示了ENSO事件的全球时空变化特征，强调了不同海盆之间、热带与非热带区域之间的相互作用对ENSO预测的重要性。  该项研究为未来ENSO预测模型的发展提供了新的方向。随着更多卫星SSS数据的获取，以及对SSS与ENSO关系的进一步探索，预计该模型将在实际操作中展示出更强的应用潜力。研究团队还计划在未来的工作中加入海洋次表层温度和盐度数据，以进一步提升ENSO预测的准确性。 本文第一作者是中国科学院海洋研究所博士研究生王浩宇，通讯作者为李晓峰研究员，其他合作者包括Duke大学胡世能助理教授和海洋所官聪副研究员。由中国科学院战略性先导科技专项等多项基金资助，相关成果下载网页：  Wang,H.,Hu,S.,Guan,C.Li,X.,The role of sea surface salinity in ENSO forecasting in the 21st century.npj Clim Atmos Sci 7,206(2024).https://doi.org/10.1038/s41612-024-00763-6 查看详细>>

近日，国际生物学期刊eLife报道了中国科学院海洋研究所孙超岷课题组关于多糖诱导深海黏胶球形菌释放慢性噬菌体的研究成果。该成果首次发现多糖能够诱导微生物产生噬菌体，且该类噬菌体以慢性生命周期进行增殖，与以往报道的烈性和温和性噬菌体不同，噬菌体的释放不会裂解宿主细胞，而与宿主和谐共存，它们可能会通过潜在的辅助代谢基因重新编程宿主代谢利用多糖的过程。该研究结果为解析噬菌体在深海极端环境中发挥的重要代谢补偿功能提供新的视角。 黏胶球形菌门是一个可培养代表物种稀少，但很有研究价值的门。该谱系的成员广泛分布在许多栖息地中，包括海洋，湖泊，土壤，动物和人类肠道。尽管它们在自然界中具有广泛的分布，然而迄今为止，黏胶球形菌门只有六株菌获得纯培养，属于典型的难培养微生物。该研究利用“无机培养基+多糖”的富集策略从深海冷泉沉积物中分离了一株新的严格厌氧的深海黏胶球形菌Lentisphaerae sp.WC36，研究发现该菌株的生长严格依赖多糖，可以利用淀粉、昆布多糖等作为唯一碳源。通过生理分析、基因组分析和转录组学分析，发现多糖能够刺激菌株WC36上与噬菌体复制、组装相关基因的表达量发生显著上调，且在添加多糖的菌株WC36培养液上清中提取到大量噬菌体。该研究首次提出多糖可以诱导细菌释放噬菌体，并通过生长实验将其确定为慢性噬菌体。 此外，通过噬菌体基因组测序和生理实验，发现噬菌体基因组上携带有很多与多糖代谢相关的辅助代谢基因（AMGs），表明这些慢性噬菌体可能会通过AMGs来参与宿主的多糖代谢过程，也可能以某种未知的方式影响宿主的多糖代谢。我们此前也有研究成果表明慢性噬菌体可以通过AMGs辅助深海微生物进行核酸代谢（mBio,2023）和氮代谢（elife，2024）。因此，慢性噬菌体与宿主之间的共生关系可能在深海微生物中广泛存在。然而，在这些严格厌氧的深海微生物中，很难进行更多的实验来证明AMGs辅助宿主代谢和噬菌体增殖的机制。在未来的工作中，我们需要构建这些严格厌氧宿主菌株的遗传操作系统，以揭示慢性噬菌体与宿主的互利共生关系。 中国科学院海洋研究所为论文第一完成单位，实验海洋生物学重点实验室博士后王崇为第一作者，孙超岷研究员为通讯作者。研究得到了基金委创新群体、国家基金委重大研究计划、崂山实验室科技创新计划、山东省青年科学基金、山东省泰山学者特聘专家和青年专家等项目联合资助。 相关论文： Chong Wang,Rikuan Zheng,Tianhang Zhang,Chaomin Sun*.Polysaccharides induce deep-sea Lentisphaerae strains to release chronic bacteriophages.eLife,2024,Doi:10.7554/eLife.92345. 论文链接：https://doi.org/10.7554/eLife.92345 查看详细>>

近日，中国科学院海洋研究所胶州湾站科研人员在双酚类污染物对海洋尾索动物生长和生殖干扰效应方面取得新进展，相关成果在环境科学与生态学期刊Journal of Hazardous Materials（中科院1区，IF=12.2）发表。 双酚类物质（BPs）作为制造多种高分子材料的关键成分，广泛应用于人类日常生活与工业生产中。然而近年来，这些化合物因其潜在的内分泌干扰效应而备受关注，其对生物体及人类健康的潜在威胁成为生态环境领域的研究热点。其中，双酚A（BPA）作为环境中最常见的BPs之一，尽管已有大量研究探讨其对不同生物的影响，但其在海洋尾索动物中的具体作用机制仍鲜为人知。 本研究聚焦全球广泛分布的海洋尾索动物——异体住囊虫（Oikopleura dioica），首次系统性地评估了环境浓度下的BPA对该物种生存、生长及生殖能力的综合影响。研究结果显示，异体住囊虫对BPA暴露表现出极高的敏感性，其半致死浓度（LC50）仅为0.14 mg/L，显著低于大型溞、斑马鱼等常见水生生物模型，显示出其作为海洋环境中双酚类污染物监测哨兵的巨大潜力。 进一步的形态学与转录组分析揭示了BPA对异体住囊虫的具体毒性效应。在环境相关浓度（125μg/L）下，BPA即能显著干扰该物种的生长与生殖过程，不仅影响消化酶及磷脂酶A2的正常分泌，扰乱消化系统功能及花生四烯酸的代谢途径，还显著下调了与碳水化合物及能量代谢相关酶类的mRNA表达水平。尤为值得注意的是，即便是在通常认为环境安全的浓度（2.5μg/L）下，BPA仍能对雌性的繁殖力及雄性的基因表达模式产生不利影响。这一发现不仅加深了我们对双酚类污染物在水生无脊椎动物中，特别是具有特殊生殖策略生物中不良效应的理解，也迫切呼吁对双酚类污染物的环境安全阈值进行重新评估，以制定更为严格的保护措施，确保水生生物多样性与生态系统的持续健康。 中国科学院海洋研究所李帅博士后为论文第一作者，张光涛研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金联合资助。 论文信息： Li S.,Liang Y.,Zhang G.,2024.Growth and reproductive toxicity of bisphenol Ain Oikopleura dioica at environmentally relevant concentrations.Journal of Hazardous Materials 479,135552.https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135552. 查看详细>>