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《对古细菌多样性，生态学及其种群进化的基因组研究》

  • 来源专题：转基因生物新品种培育专项服务
  • 编译者： Zhao
  • 发布时间：2017-09-02

  • 40年前，古细菌被认为是除细菌以外十分重要的原核生物。近日，无培育测序法为之前不能进行测序的古细菌系提供了一套新的测序方法，获得了丰富的基因数据，并且研究中的一部分古细菌成为了新的品系分支。通过对一些最近获得的古细菌的基因组的分析研究，揭示了以前其未知的代谢特征，并加深了对古细菌的演变及其与真核生物的关系的认识。在我们目前研究认知的基础上，许多古细菌的多样性仍然阻碍着现有的基因组探索研究。另外，通过获取和研究野生古细菌谱系的基因组，以及对野生古细菌的富集培养的研究，将会进一步扩大我们对古细菌生长发育和代谢多样性及其细胞生物学和生态功能的了解。

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  • 《中国生物多样性监测与研究网络2019年工作概况》
    • 来源专题：生物科技领域知识集成服务
    • 编译者：陈方
    • 发布时间：2020-11-17
    • “十二五”中国科学院启动战略生物资源计划（Biological Resources Programme，简称BRP），以服务社会发展和支撑科学研究为基本职能，面向国家重大需求和国民经济主战场，集成中国科学院植物园、标本馆、资源库、生物多样性监测网、实验动物平台等相关资源，构建整体化资源体系。 “中国生物多样性监测与研究网络”（Sino BON）由中国科学院按照“科学规划、统一布局”的原则于 2013 年启动建设，旨在实现全国典型区域重要类群中长期变化态势分析，为国家履行《生物多样性公约》、保护生物多样性和生物资源提供翔实可靠的生物多样性变化数据与决策支持。平台的主要工作包括：建立布局合理、综合配套的生物多样性测网络（30个主点，60个辅点）；借助现代科学技术手段，从基因、物种、种群、群落、生态系统和景观等水平上对生物多样性进行多层次的全面监测与系统研究。下文简要介绍中国科学院生物遗传资源库2019年报的主要内容。 1. 概况 2019年，Sino BON包括的动物多样性网、植物多样性网、微生物多样性网等10个专项网和1个综合监测管理中心的标本保藏、数据收集、资源共享、科研产出及社会服务等情况如下所示。 项目 资源库 2019年新增 累积总数 标本保藏 两栖爬行动物多样性监测专项网 133种，808号 840种，114222号 淡水鱼类生物多样性监测专项网 500尾以上 5000尾以上 昆虫生物多样性监测专项网 鳞翅目幼虫2983条、独栖蜂3440只、蜘蛛 1706 条 鳞 翅 目 幼 虫10992条、 独 栖 蜂6662只、蜘蛛5720条 草原荒漠植物标本库 20000份 60000份 兽类生物多样性监测专项网 红外相机424条记录 红外相机2301条记录 鸟类生物多样性监测专项网 168788条 527035条 两栖爬行动物多样性监测专项网 3目14科45种1163只（次） 4目15科49种2619只（次） 淡水鱼类生物多样性监测专项网 519条 5069条 昆虫生物多样性监测专项网 鞘翅目3954条、鳞翅目276条、DNA 数 据 0条、 ? 虫6条 鞘翅目4954条、鳞翅目569条、DNA数据 302条、 ?虫11条 草原荒漠植物多样性数据库 2600条 35000条 数据收集 土壤动物多样性监测专项网 79条 526条 资源共享 资源使用情况 国内 共享气象数据4次，总计94.45M 与资源共享利用有关重大会议 1 科研产出 依托平台承担科研项目（项） 107 依托平台发表科研论文（篇） 190 依托平台出版科研专著（部） 2 社会服务 科普参观人数 1-8 月，两栖爬行动物科普馆接待 908 人参观，土壤动物多样性网 69 人参观，林冠网 300 人 两栖爬行动物科普馆接待 3596 人参观，草原荒漠植物多样性科普接待 300 余人次，土壤动物多样性网130 人 数据库访问量 中国两栖类信息系统日均访问量 1000 余人次 中国两栖类信息系统日均访问量 1000 余人次，草原荒漠植物多样性数据访问量 2000 余人次，土壤微生物数据访问量 406192 人次 接待社会咨询量 草原荒漠植物多样性接待咨询 200 余人次 草原荒漠植物多样性接待咨询 200 余人次 （时间：2019年1月1日—2019年11月30日） Sino BON各子网在2019年度取得了丰硕的成果，具体体现在： ①森林网首次揭示了不同功能型土壤真菌驱动亚热带森林群落多样性的作用模式，成功破译了亚热带森林生物多样性维持“密码”，提出了基于外生菌根真菌与病原真菌互作过程影响植物生存的物种共存新模式，颠覆了基于病原菌-植物互作的经典物种共存理论。该成果发表在Science期刊上。 ②兽类网通过对神农架地区川金丝猴近10年的野外研究，发现川金丝猴出生后3个月内会经常性接受其他猴妈妈的哺乳。这是首次观察到旧大陆猴中存在经常性异母哺乳行为，该行为可提高川金丝猴幼仔的存活率，为理解人类进化提供新视角。使用红外相机拍摄到国内首张孟加拉虎照片，证实我国确有孟加拉虎分布。在广东车八岭保护区搭建了700M通信网络科研监测平台，实现了野生动物及其栖息地的标准化、智能化监测。 ③鸟类网开展了鸟类重要越冬区同步调查，研究证明了“驱动鸟类迁徙的绿色波浪理论”不具普适性，为迁徙鸟类的研究和保护提出了新思路，推动了新兴学科“运动生态学”在我国的发展及创新。 ④鱼类网基于长期监测数据的分析发现，三峡工程蓄水造成了长江上游鱼类群落结构发生稳态转换，鱼类物种分布发生变化，不同江段群落发生变化的时间与它们到大坝的距离相关，初步阐明了水利工程建设对鱼类群落的影响机制。 ⑤昆虫网在多地开展昆虫多样性和小型土壤动物监测，对榕小蜂研究发现传粉繁殖季节差异导致欺骗者的演化，在传粉者表现不佳的季节，竞争减弱促进了欺骗者的演化和共存。 ⑥土壤动物网完成了南沙岛礁土壤线虫多样性调查，发现人工植被的重建显著改变了土壤线虫群落结构，加速了土壤生物群落的建立，更有利于土壤线虫-微生物微食物网的形成，土壤肥力的改善和盐分胁迫的缓解是加速土壤生物网络快速重建的主要调控方向。该项成果为我国南海生态环境建设提供了地下生物多样性支撑。 ⑦草原网对沿纬度、海拔梯度的森林生态系统及内蒙古新疆西藏草原12个样地进行土壤微生物多样性监测，分析了土壤微生物多样性的驱动因子，撰写了土壤微生物多样性监测技术规范，基于环境基因组云平台，开发了微生物组数据库（http://egcloud.cib.cn），现已正式上线。 ⑧两爬网在栗子坪大样地配合中央电视台拍摄了大凉螈科学纪录片，介绍了两栖爬行动物知识和国家二级保护动物大凉螈行为和保护。 2. 重大科研产出 2019年，中国生物多样性监测与研究网络工作委员会在平台建设方面取得重大进展。①搭建生物多样性地面监测数据采集汇交的智能化管理系统：在广东车八岭国家级自然保护区搭建了 700M 通信网络科研监测平台，实现了红外相机公里网格化野外监测图像上传、智能识别和数据自动分析功能、卫星遥感监测图像模型自动生成展示的云服务系统，以及野生动物及栖息地的标准化、智能化监测。②搭建两栖爬行动物监测和研究技术平台：依托中国科学院修购项目，根据代表性物种的生态习性，结合大样地景观特征，构建了先进的两栖爬行动物监测和研究技术平台。开展种群和群落水平的长期监测和调查工作；推动线粒体基因序列和微卫星位点多态性信息分析、宏基因组、生理生化指标、行为研究，解析生态功能群结构和生态系统动态；共同构建基于个体、种群和群落水平的动态和结构的综合观测系统。③基于环境基因组云平台，开发了微生物组数据库： 对沿纬度、海拔梯度的森林生态系统及内蒙古新疆西藏草原 12 个样地进行土壤微生物多样性监测，分析了土壤微生物多样性的驱动因子，撰写了土壤微生物多样性监测技术规范，基于环境基因组云平台，开发了微生物组数据库（http://egcloud.cib.cn），现已正式上线。 （1）取得的重要科研成果 在亚热带森林群落生物多样性维持机制研究中取得重大突破： 森林网的研究者依托于古田山亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验基地（BEF-China），选取34个物种320个植物个体，利用分子生物学技术，结合古田山24公顷样地内连续9年幼苗存活监测数据，首次揭示了不同功能型的土壤真菌驱动亚热带森林群落多样性的作用模式，成功破译了亚热带森林生物多样性维持“密码”，提出了基于外生菌根真菌与病原真菌互作过程影响植物生存的物种共存新模式，颠覆了基于病原菌 - 植物互作的经典物种共存理论。该成果于10月4日在Science期刊上以 Report 形式发表。 发现川金丝猴婴猴成长离不开“奶妈”：兽类网的研究团队通过对神农架川金丝猴近10年的野外研究，发现出生后3个月内会经常性接受其他猴妈妈的哺乳，这是首次观察到旧大陆猴中存在经常性异母哺乳行为，这可以提高川金丝猴幼仔 的存活率，研究结果对理解人类进化早期出现婴儿-母亲-异母照料关系提供了新视角。该成果于2019年2月21日发表在 Science Advances 期刊上。 证明了“驱动鸟类迁徙的绿色波浪理论”不具普适性：经典的“绿色波浪”假说认为食草动物的迁徙是由区域植物叶片生长的高峰驱动。为检验“绿色波浪”假说，鸟类网研究者研究了欧洲、亚洲和北美洲的迁徙天鹅、雁类和鸭类，共10个物种、14种种群、222次春季迁徙，研究结果显示“绿色波浪”不是草食性水鸟春季迁徙的普遍驱动因素，迁徙屏障和人为干扰均对迁徙鸟类追随绿色波浪造成不利影响，这为迁徙鸟类的研究和保护提出了新思路。该项研究工作于 2019年6月 6 日 发表在Nature Communications期刊上。 证明鼠类可通过种子雨同步性调控植物间的合作与对抗：兽类网研究者依托四川都江堰亚热带森林生态系统研究基地，以鼠类与植物种子为研究对象，连续4年标记和追踪了21,600粒种子的命运，通过评估鼠类介导的种子扩散成功率，检验了种子雨同步性假说和种子特征相似性假说。结果发现，种子雨的种间同步性在形成动物介导的植物之间互作上扮演着重要的角色，并且动物介导的植物之间互作可能是促进植物共存的进化动力。该项研究工作于2019年10月20日在线发表在Ecology Letters期刊上。 阐明了温带森林动态的驱动机制：森林网研究者基于长白山自然保护区37.8公顷样地内近93,000棵个体5-10年的连续监测数据，分析了林龄和土壤肥力对树木生长、更新和死亡的直接影响，确定了树木死亡而非生长是决定区域森林生物量动态的主导因素，阐明了树木生长、更新和死亡三个过程的主要驱动力。该结果为温带森林动态模型提供了森林群落动态变化及机理的关键参数。该项研究工作于2019年4月11日发表在Ecology期刊上。 解析了树种菌根类型对温带森林群落结构的调控机制：森林网研究者利用长白山25ha阔叶红松林样地的大树和土壤数据，分析了菌根类型和土壤养分对群落多样性和地上生物量的作用。研究结果揭示了土壤养分和菌根真菌在温带森林群落结构形成过程中的主导作用，阐释了树种菌根类型调控森林群落结构的潜在机制。该项研究工作于2019年3月28日发表在New Phytologist期刊上。 昆虫多样性监测和互作研究取得重要进展：昆虫网依托于亚热带森林植物多样性基地，采集了8471条鳞翅目幼虫，基于DNA条形码实现了幼虫物种界定，计算了系统发育多样性指标，分析了不同营养级生物多样性丧失所产生的后果，发现系统发育关系在一定程度上决定了寄主植物群落改变对植食者群落产生的影响。该项研究工作于2019年8月14日发表在Journal of Ecology杂志上。 （2）参与的重大国家项目 2019 年Sino BON各子网获得国家、基金委、中国科学院、地方的各种经费支持，依托平台承担科研项目共计107项，总经费13870.5万元。 （3）参与国际重要活动、任务 动物研究所国家干细胞资源库科研人员积极参与国际标准组织（ISO）活动，ISO/TC276工作组提交了干细胞相关的标准提案，其中“Biotechnology-Biobanking-the establishment, maintenance, characterization and distribution requirements for pluripotent stem cells”通过国际标准组织ISO NP投票，获得正式立项（标准编号ISO/AWI 24603），这是我国多能干细胞领域的第一个立项的国际标准。另外，干细胞微生物检测标准已完成PWI阶段的资料准备。目前国家干细胞资源库正在联合英国、韩国、日本、德国等十几个国家的国际力量优势，牵头发起实施“干细胞与转化”国际大科学计划，建立覆盖全球大多数人群的共享临床级国际人类干细胞库网络。 （4）支撑各国家有关部门的重要贡献/任务 5月至6月，中缅联合团队顺利完成对缅北的第八次联合生物多样性科学考察。权锐昌研究员带领的团队在缅甸无人区发现了大量珍稀濒危物种，如云豹、金猫、云猫、缅甸坡鹿、羚牛、红鬣羚、绿孔雀、孔雀雉等一些雉类。 8月5日至10日，由中国科学院西双版纳热带植物园和老挝生物技术生态研究所主办的2019年生物多样性保护和社区发展培训班在老挝万象举行。此次培训班吸引了老挝8个单位的30名学员，通过向学员普及生物多样性保护基础知识，提高其野外调查与数据分析能力，为老挝生物多样性保护奠定人才基础。 10月，草原荒漠网的张元明研究员、周晓兵副研究员等一行赴哈萨克斯坦进行科学考察，主要针对天山及毗邻区的植被生长状况及多样性进行调查研究。 10月14日至18日，曹垒研究员主办第二届“发展21世纪东亚水鸟有效协调监测”国际研讨会。来自十多个国家的60多名专家针对目前东亚地区科学和保护存在的问题，探讨迁徙水鸟的保护现状，提出下一步工作对策，并对11个主要物种的保护状况进行专题研究。 11月4日至5日，中法环境和生物多样性研讨会在北京召开。本次会议由中国科学技术部、法国高等教育、科研与创新部、法国国家研究中心，以及法国驻华大使馆联合举办。旨在加强中法之间在环境和生物多样性方面现有的科技合作，并创造新的合作机会，为明年在昆明举行的生物多样性公约第十五次缔约方大会 （COP15）做准备。 （5）平台获奖情况 中国科学院动物研究所张知彬研究员获国际生物科学联合会杰出贡献奖。2019年7月30日至8月2日，第33届国际生物科学联合会（IUBS）会员大会暨IUBS成立100周年纪念会在挪威奥斯陆召开。在庆祝IUBS成立百年纪念之际，IUBS特颁发国际生物科学联合会“杰出贡献奖”，共有2位科学家获此殊荣，包括中国科学院动物研究所张知彬研究员，以表彰其在推进全球气候变化生物学效应国际科学计划上做出的突出贡献。 两栖爬行动物专项网副主任车静研究员2019年入选中组部第四批国家科技创新领军人才，同年当选美国鱼类和两栖爬行动物联合学会终身荣誉外籍会员 (Honorary Foreign Membership)。 中国生物多样性监测与研究网络工作委员会
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  • 《Nature | 转录-复制相互作用揭示了细菌基因组调控》
    • 来源专题：战略生物资源
    • 编译者：李康音
    • 发布时间：2024-01-29
    • 2024年1月24日，纽约大学格罗斯曼医学院等机构的研究人员在杂志Nature上发表了题为Transcription–replication interactions reveal bacterial genome regulation的文章。 生物体通过几种在整个基因组中重复出现的调控模式来确定数千个基因的转录率。在细菌中，基因的调控结构与其表达之间的关系对于单个模型基因回路是很清楚的。然而，在基因组尺度上缺乏对这些动态的更广泛视角，部分原因是细菌转录组学迄今为止只捕获了数百万个细胞平均表达的静态快照。因此，基因表达动力学的全部多样性及其与调控结构的关系仍然未知。 该研究提出了一种新的全基因组调节模式分类，该分类基于每个基因对其自身复制的转录反应，研究人员称之为转录-复制相互作用谱（TRIP）。通过分析单细菌RNA测序数据，研究人员发现对染色体复制普遍扰动的反应将生物调控因子与染色体上的生物物理分子事件相结合，揭示了基因的局部调控背景。虽然许多基因的 TRIP 符合基因剂量依赖性模式，但其他基因以不同的方式分化，这是由操纵子内位置和抑制状态等因素决定的。通过揭示基因表达异质性的潜在机制驱动因素，这项工作为模拟复制依赖性表达动力学提供了一个定量的生物物理框架。
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