内容速览
1.生命科学学院杨建华/屈良鹄团队开发全基因组检测逆转录转座子的新方法
2.地球科学与工程学院郑卓教授团队研究揭示西江下游全新世千年尺度大洪水历史与气候变迁
3.生态学院储诚进教授团队在森林根系群落beta多样性方面取得新进展
4.理学院黄永盛教授科研团队牵头多家院所发现产生20微米以上波段强红外辐射场的新方法
5.中山医学院曹楠教授团队报道人多能干细胞分化的蛋白质稳态维持机制
6.肿瘤防治中心杨江/范卫君课题组揭示二氧化铪的辐射防护效应，为放疗保护提供新思路
（1）生命科学学院杨建华/屈良鹄团队开发全基因组检测逆转录转座子的新方法
逆转录转座子（Retrotransposons）在大多数物种中都普遍存在，能够通过“复制-粘贴”机制进行大量扩增，在人类基因组中占比超过35%。逆转录转座子可以为创造新的功能基因提供原料，是进化多样性的最主要来源之一。它们能引发现有基因序列的改变，或充当新基因的启动子，影响基因选择性剪接，甚至促使新基因形成。具有表达潜能的逆转录转座子对人体生理、组织分化、癌症的发生发展具有深远的影响，且被认为在哺乳动物大脑进化中扮演重要角色。然而，现有的逆转录转座子检测方法存在局限，需要已知确切序列，然后进行有监督的同源搜索。研究通常仅限于几种经典的LINE/SINE元件，缺乏全面系统的基因组尺度探索。因此，各种类型的逆转录转座子在全基因组的精确分布图谱、生物生成、动态变化、潜在功能和作用机制仍有待阐明。
中山大学生命科学学院杨建华/屈良鹄教授团队开发了在全基因组检测逆转录转座子的新计算方法retroSeeker。通过将逆转录转座子事件的生物学模型（复制-粘贴）映射到比较基因组学数据（gap和fill）中，retroSeeker算法能够准确地识别任何物种基因组中的新逆转录转座子。根据逆转录转座的TPRT（target-site primed reverse transcription）机制，逆转录转座子的复制往往还需要借助其poly(A) 尾巴，且在插入新基因座后，逆转录转座子两侧还会形成标志性的TSD（target site duplications）序列。因此，一旦retroSeeker确定了潜在的逆转录区域，它会立即利用动态规划算法对侧翼的TSD和poly(A)序列进行搜索和评分，最终获得高置信度的逆转录转座子候选 。通过模拟数据和真实数据的测试，retroSeeker算法表现出高度特异性、高灵敏度和快速的运行速度。
应用retroSeeker算法于人、小鼠和果蝇基因组，retroSeeker鉴定了大批新类型的逆转录转座子，并解码它们的生物发生、表达、进化和潜在功能。由于retroSeeker可对转座子的插入位置进行单碱基精度的鉴定，研究团队发现大多数新的逆转录转座子表现出特定的L1内切酶切割基序，其中一些基序精确地位于插入位点上游的10个核苷酸。结合大规模的基因表达数据，发现大量的候选新功能基因可能通过逆转录转位机制产生。结合ENCODE/CCLE大规模的组织/癌症表达数据，作者进一步阐明了逆转录转座子的组织特异性表达，并证明了它们在各种癌症类型中的普遍表达。最后，应用retroSeeker算法于更多物种的基因组，揭示了逆转录转座子的复杂进化模式，并发现了许多物种特异性的逆转录转座子事件。
应用retroSeeker解码逆转录转座子的生物发生、表达、进化和潜在功能
以上研究成果以“RetroSeeker Reveals the Characteristics, Expression, and Evolution of a Large Set of Novel Retrotransposons”为题发表在Advanced Biotechnology。中山大学生命科学学院杨建华教授、屈良鹄教授为该项工作的共同通讯作者，博士研究生黄钧鸿为本文的第一作者。
来源：中山大学生命科学学院
https://mp.weixin.qq.com/s/AXHsLdFLDgnoATU9lPs1kQ
（2）地球科学与工程学院郑卓教授团队研究揭示西江下游全新世千年尺度大洪水历史与气候变迁
陆地河流系统出现的大洪水是地球上常见的自然灾害类型之一，据估算，全球洪灾影响的人口在2000~2015年间增加了20~24%。大洪水在人类文明演化中也扮演着重要的角色，例如约4200年前黄河流域异常多发的洪水对华夏文明进程产生了重大影响。珠江水系是我国南方最大的河流系统，据记载自汉代以来的严重洪涝灾害至少发生过400多次。广州作为珠江三角洲最大的城市，更是被国际学者评估为世界上洪灾和风暴潮风险最大的沿海城市之一。然而，由于迄今为止仍缺乏珠江流域全新世千年级别大洪水的连续地质记录，难以从认识过去的角度来检验对未来全球增温情景下模拟的极端降水和洪涝灾害的可信度。
西江下游肇庆盆地附近丘陵山地之间的洼地上广泛发育黑色泥炭沉积，因分布有大量原位埋藏的全新世水松（Glyptostrobus pensilis）腐木，也被称为“地下森林”。郑卓教授团队经多年野外调查和实验分析，根据多沉积剖面对比、沉积物属性特征和黏土矿物组合，确定这些灰白色黏土夹层为古洪水沉积。采用AMS 14C精确定年方法，揭示出西江下游全新世至少发生了7次大洪水，年代区间分别为距今6196~5941年（FL1）、5418~5308年（FL2）、4421~4151年（FL3）、3689~3411年（FL4）、2346~1951年（FL5）、1700~1538年（FL6）和1172~782年（FL7），平均再现期约为855年。
基于数字高程模型对全新世大洪水进行估算，认为这些全新世“千年一遇”大洪水的水量是1915年“乙卯”洪水（百年一遇）的1.5倍左右。与全新世气候事件对比分析发现，这些大洪水集中在中-晚全新世东亚夏季风减弱过程中，且每个大洪水的年代对应于较强的ENSO活动期，表明华南地区异常高降水和大洪水的发生可能与季风系统变化和ENSO变率存在密切关系。区域对比研究还表明，我国东部地区过去6000年的降水异常具有明显的空间差异，与现代气象观测资料呈现的降水分布“三极”模式相类似。孢粉结果显示，4200年前形成的湿地森林系统在大洪水期间被淹没而受到破坏，但洪水结束后得以快速恢复。然而，秦汉时期（约2100年前）开始显著增强的人类稻作农业活动，导致湿地森林系统发生了不可逆转的衰退。这些大洪水事件与区域文明演化和历史事件在时间上的耦合，表明自然灾害对华南地区人类社会进程产生了深远影响。
BS01沉积剖面主要孢粉含量特征和洪水层中的组合突变
以上研究成果以“Holocene millennial-scale megaflood events point to ENSO-driven extreme climate changes”为题发表于 Science China: Earth Sciences，中山大学地球科学与工程学院陈聪博士后为该论文共同第一作者，郑卓教授为共同通讯作者。
来源：中山大学地球科学与工程学院
https://mp.weixin.qq.com/s/C6JZcrL614cKMPbcLVCuXA
（3）生态学院储诚进教授团队在森林根系群落beta多样性方面取得新进展
全面理解生物多样性的维持机制需从地上和地下等不同维度关注群落的结构及功能。作为植物群落的重要地下组分，根系不仅影响植物对养分和水分的吸收，还能通过植物-土壤反馈等作用影响群落物种的共存及生态系统功能。基于土壤斑块中共存物种的根系，不少研究报道了这些根系群落中物种组成的空间周转规律，但这些周转是否及如何引发物种系统发育及功能性状的变化，即根系群落系统发育和功能性状的beta多样性，却仍不清楚。beta多样性在一定程度上反应了生物群落同质化(homogeniety)的程度，对此问题的探讨不仅有助于提高我们对群落构建机制的理解，还能进一步揭示根系网络的结构和功能。
为此，储诚进教授团队基于中山大学黑石顶教育部野外台站，通过随机取样的方式，结合DNA条形码技术和形态鉴定手段，分析了138种亚热带木本植物的细根在609个0-10 cm土层的分布格局；重点检验了根系群落功能性状和系统发育的beta多样性、其随空间距离的变化规律及受环境和空间变量的影响程度。结果表明：
（1）功能性状和系统发育均呈非随机周转格局。针对研究的6个根系形态和构型性状，在给定的物种周转率下，群落间功能性状的周转显著低于随机期望，而系统发育的周转却显著高于随机期望。这些现象意味着，相比于物种的周转，根系群落表现出功能性状同质化和系统发育异质化的特征。
（2）与以往基于地上组分的研究报道类似，基于平均系统发育距离计算的beta多样性随空间距离的增加而增加；暗示距离驱动的扩散限制或环境空间自相关对上述beta多样性的影响；与此相反，基于功能性状和最近系统发育距离计算的beta多样性却随空间距离的增加而减小，即近缘种(如同属植物)的根系在近距离土壤斑块间的共现频率降低；功能性状的相似性也减弱，暗示小尺度上种间相互作用的增强可能驱动群落间系统发育和功能性状的分异。
（3）与beta多样性表现出明显的空间递变现象一致，对beta多样性的方差分解表明，空间变量的净效应远高于环境变量；前者的净解释率为8%-20%，而后者仅为2%；但对所有的beta多样性而言，环境和空间变量的交互作用均表现出最强效应。
环境(Environmental)、空间 (Spatial)变量及两者的交互效应(E-S)对不同beta多样性指标的贡献率
以上研究成果以“Root-centric β diversity reveals functional homogeneity while phylogenetic heterogeneity in a subtropical forest”为题发表在Ecology上。生态学院博士后罗文启为论文的第一作者，储诚进教授为通讯作者。
来源：中山大学生态学院
https://mp.weixin.qq.com/s/l25xXkcIxXyKTQJyubidxw
（4）理学院黄永盛教授科研团队牵头多家院所发现产生20微米以上波段强红外辐射场的新方法
波长大于10μm的强红外辐射的产生受传统方法中的光学材料或等离子体-气泡方法的激光-等离子体参数的限制。在这项研究中，我们提出了一种产生数十GV/m强纵向辐射场的新方法。通过利用微管内表面电子膜的振荡，由在其内部传播的相对论性电子束激发，可以获得可调谐的长波长少周期红外辐射，范围从20到30μm甚至更长。辐射源完全由相对论电子束引导，在微管中形成稳定的TM传播模式。这为相对论强度红外辐射在高场物理、更短的阿秒脉冲产生和带电粒子加速中的应用开辟了新的机会。
在相对论性电子束NE的驱动下，在致密等离子体微管NP中形成的高强度连续红外辐射场：（a）在圆柱坐标中通过PIC模拟模拟了相对论性电子束（∼1 GeV）的横向场Er激发的微管中纵场Ex的产生过程;（b） （a）在z-y平面上的投影分布;（c） 等离子体微管内壁表面电子膜振荡示意图，由相对论性电子束的横向场Ey p和等离子体中产生的强电荷分离场Ecs驱动;（d） 纵向电场Ex在微管中以稳定的TM模式沿x轴传播
以上研究成果以“Relativistic-guided stable mode of few-cycle 20 μm level infrared radiation“发表于期刊Optics Express，黄永盛教授为共同通讯作者。
来源：中山大学理学院
https://mp.weixin.qq.com/s/WXJoqhe4aDaDfb_6qe2jdg
（5）中山医学院曹楠教授团队报道人多能干细胞分化的蛋白质稳态维持机制
人多能干细胞（hPSCs）分化的功能细胞具有广泛的应用价值，因而研究其分化的调控机制具有重要的理论和应用价值。蛋白质是维持细胞生命活动的关键生物大分子，新生蛋白质需要进行正确的折叠以发挥功能，未折叠或错误折叠的蛋白质积累过多容易形成蛋白聚集体，并对细胞产生不同程度的毒性。哺乳动物细胞通过一套被称为未折叠蛋白反应（unfolded protein response，UPR）的机制来处理蛋白聚集体，从而维持细胞内蛋白质稳态。既往研究表明，hPSCs分化是一个细胞命运快速转化的过程，涉及大规模的蛋白质组重塑。然而，hPSCs分化过程中蛋白质稳态的维持机制及其对细胞命运转换的影响知之甚少。
研究团队发现hPSCs分化的早期阶段出现蛋白聚集体累积引起的蛋白质毒性应激反应，UPR的PERK分支随之被激活以应对该应激反应。PERK的缺失增加了错误折叠蛋白的积累，导致多能干细胞多能性退出障碍和中内胚层分化障碍。在机制上，PERK通过其下游效应蛋白ATF4激活色氨酸tRNA合成酶编码基因WARS1，以应对分化诱导的蛋白质毒性应激反应，进而维持中内胚层及其衍生细胞的正常发育分化。
该研究表明维持蛋白质稳态是人多能干细胞分化调控网络中一个重要组成部分，为理解蛋白稳态控制如何参与细胞命运决定提供了一个新的理论框架。
PERK介导的蛋白质稳态调节与心肌细胞命运调控
以上研究成果以“The PERK branch of the unfolded protein response safeguards protein homeostasis and mesendoderm specification of human pluripotent stem cells”为题发表于Advanced Science，中山医学院曹楠教授、陈忠炎副研究员为本文共同通讯作者，刘芳博士、刘衠博士、程维晟博士和博士生赵清泉为本文共同第一作者。
来源：中山大学中山医学院
https://mp.weixin.qq.com/s/5EhRb7qQdR_y17FgrLc6Ig
（6）肿瘤防治中心杨江/范卫君课题组揭示二氧化铪的辐射防护效应，为放疗保护提供新思路
放射治疗是最常规的肿瘤治疗手段之一，但通常会对正常组织产生全身或局部的脱靶毒性，引起急性或慢性辐射综合症，造成器官损伤。因此，在保证放疗对癌细胞的充分杀伤前提下，放疗引发的正常组织损伤、毒副作用和后遗症是限制放疗效果的重要因素。尽管目前已有氨磷汀和帕利弗明等药物被批准用于辐射防护，但其有限的防护效果、短半衰期、较差的稳定性和临床副作用限制了相关药物的广泛临床应用。
由国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）选出的2022年十大科技进展之一为具仿生酶活性的纳米酶。尽管其具有清除自由基、降低氧化应激的特性，但缺乏靶向性的缺点使其不可避免地有脱靶药理作用。为了解决这一难题，中山大学肿瘤防治中心杨江课题组联合微创介入治疗科范卫君课题组进行了相关研究。研究报道了一种具有器官靶向选择性、多种仿生酶催化活性的二氧化铪纳米药物，依靠Hf(0)/Hf(IV) 氧化还原对，能有效清除放疗中产生的活性氧（ROS），保护正常组织免受辐照所致的炎性损伤，具有“放疗减毒”并降低风险的临床转化潜力。该研究首次揭示了二氧化铪的辐射防护效应，颠覆了此前其仅能作为放疗增敏剂的常规认知。
目前，由法国上市公司Nanobiotix研发的first-in-class放疗增敏的二氧化铪（HfO2）纳米药物Hensify® (NBTXR3)，获美国食品药品监督管理局（FDA）授予快速通道资格，在欧洲和美国已获批用于放疗增敏治疗头颈部鳞状细胞癌（HNSCC），同时在中国也已进入三期临床试验。
器官靶向性二氧化铪纳米颗粒（SORT HfO2 NPs）通过金属前驱物在碱性环境下结合α-乳清蛋白（α-LA）反应形成。能谱CT成像可见，不同大小的SORT HfO2 NPs能选择性靶向驻留在特定的放射敏感性指数（RSI）较低的正常器官肺、肝脏和肾脏中。SORT HfO2 NPs具备多种拟酶活性，能清除包括O2•-、OOH• 、OH• 和 H2O2等多种ROS。其能通过催化清除放疗所致的自由基，能有效防护放射敏感的组织器官免受辐照所致的放射损伤。
在小鼠及兔子全身辐照模型中，SORT HfO2 NPs能恢复机体内受损的抗氧化防御系统，并延长动物的生存时间，特异性靶向降低组织内的炎症水平。通过RNA测序分析，SORT HfO2 NPs能抑制FoxO、Hippo及TGF-β通路来降低细胞内放疗所致的炎症反应。综上所述，该研究首次揭示了二氧化铪的辐射防护作用，为放疗保护提供了一种新的设计思路，结合其器官靶向及CT造影的特性，使其有潜力成为一种缩短辐照持续时间或增加剂量的放疗保护性药物。
SORT HfO2 NPs对小鼠和兔子的器官靶向性放射防护及其作用机制
以上研究成果以“器官靶向性二氧化铪纳米药物通过多拟酶活性抑制辐射导致的组织损伤”发表于Advanced Materials期刊上，中山大学肿瘤防治中心与微创介入治疗科范卫君教授为论文的共同通讯作者。肿瘤防治中心刘鼎鑫博士、微创介入治疗科曹飞博士后为本文共同第一作者。
来源：中山大学肿瘤防治中心
https://www.sysu.edu.cn/info/2121/35682.htm
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