自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室

深海生物研究团队在南海冷泉蛇尾线粒体基因组分析取得新进展

近日，自然资源部海洋生态系统动力学实验室（MED）深海生物研究团队在海洋学期刊《Deep Sea Research Part I》在线发表了题为“Description of a new species of Histampica (Ophiuroidea: Ophiothamnidae) from cold seeps in the South China Sea and analysis of its mitochondrial genome”的研究论文。该研究报导了在南海冷泉发现的组蛇尾新种，并对其线粒体全基因组进行了分析。我所硕士研究生李启航为第一作者，张东声研究员和香港浸会大学邱建文教授为共同通讯作者。蛇尾是一种分布广泛的海洋底栖生物，但在热液和冷泉等化能合成生境中报道的种类很少。本研究描述了采自南海海马冷泉和蛟龙（又称F站）冷泉组蛇尾属（Histampica）物种，并基于形态和遗传分析的方法判定其为新种，命名为“海马组蛇尾（Histampica haimaensis sp.nov）”。这是在化能合成生境中首次报道的组蛇尾物种，具有很高的丰度。对该蛇尾的线粒体基因分析发现，两个种群之间COX1基因差异很小，种群之间没有生物地理结构。该蛇尾具有特殊的线粒体基因排列，系统发育历史上经历了5次基因重排，具有6个正向选择位点分布于4个基因（COX2， ND1， ND2， ND5）上，这些可能是对特殊化能合成生境适应的结果。图1 海马组蛇尾（Histampica haimaensis）外部形态图2 海马组蛇尾（H. haimaensis）线粒体基因组圈图本研究得到国家自然科学基金（42076135），国家重点研究发展计划（2017YFC0306701）等课题的共同资助。 Qihang Li, Yixuan Li, Jieying Na, Xiqiu Han, Gordon L.J. Paterson, Kun Liu, Jian-Wen Qiu*, Dongsheng Zhang*, 2021. Description of a new species of Histampica (Ophiuroidea: Ophiothamnidae) from cold seeps in the South China Sea and analysis of its mitochondrial genome. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, https://doi.org/10.1016/j.dsr.2021.103658 pdf下载

2022-01-19 查看详情

我室应用同位素定量代谢组学方法在微塑料毒性机制研究方面取得新进展

近日，自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室（MED）近海生态研究团队与上海海洋大学、加拿大阿尔伯特大学、英属哥伦比亚大学、丹麦南方大学和浙江大学等机构合作，揭示了微塑料对贝类的潜在毒性机制，相关成果发表于生态环境领域TOP期刊《Journal of Hazardous Materials》（IF=10.588）。近年来，世界各地海洋生态系统中频繁检出微塑料，微塑料污染已成为全球性的环境问题和研究热点。微塑料在生物体中积累可引起生物的生理生化损伤，包括氧化应激、消化功能障碍、神经毒性、行为改变和生长抑制等。然而，目前关于微塑料毒理学的研究多集中于生物的生理反应和组织学变化，微塑料的潜在毒理机制仍不清楚。代谢组学是通过测量生物体系受外界刺激或扰动前后代谢物动态变化的一种分子表型技术，处于“转录组”、“蛋白质组”下游，是细胞调节过程的终端产物，其水平可认为是生物体系对基因或环境变化的复杂响应。将代谢组学应用于海洋微塑料污染相关研究，对于进一步认知微塑料对海洋生物的生态毒理机制具有重要意义。厚壳贻贝(Mytilus coruscus)是东海最重要经济种类之一，极易受微塑料污染影响。本研究以厚壳贻贝为对象，应用新一代化学同位素标记定量代谢组学技术平台 (Chemical Isotope Labeling Liquid Chromatography-Mass Spectrometry, CIL LC-MS) 从分子层面阐释了微塑料对贻贝的影响机制，为深入解析海洋微塑料的潜在风险提供了科学依据。图微塑料影响厚壳贻贝的代谢网络图CIL LC-MS技术平台通过在质谱分析中引入衍生化反应，极大改善分析物的离子化效率及色谱分离度，且灵敏度提升10-1000倍；引入的12C/13C 双标记系统可直接获得每一种被标记代谢物的同位素内标，有效克服了基质干扰，在扩大代谢物检测覆盖度及提高定量准确度等方面均显示出巨大的优势。基于此技术平台，研究人员以贻贝血淋巴液为对象，共检测到3599种代谢物。其中，基于标准品库匹配到163种代谢物；基于计算机模拟产生的代谢物信息与检测代谢物的精确质量、保留时间、二级质谱的信息进行匹配，鉴定出318种代谢物；基于精确分子量推定出2602种代谢物。生物信息学分析结果表明，micro-PS影响厚壳贻贝的组氨酸代谢、维生素B6代谢、络氨酸代谢、苯丙氨酸代谢和β-丙氨酸代谢通路。其中，咪唑乙酸、4-吡啶甲酸、3，4-二羟基苯丙酸、3-(2，3-二羟基苯)丙酸和1，3-丙二胺与micro-PS浓度呈正相关。由于酪氨酸、组氨酸、苯丙氨酸和β-丙氨酸代谢均以TCA循环为中心进行能量和物质交换，而这些代谢途径的扰动可能会干扰TCA循环、诱导氧化应激和免疫毒性反应，进而影响厚壳贻贝的免疫、代谢和生长活动。值得关注的是，短期micro-PS暴露可诱导贻贝产生氧化损伤，但可在移除暴露因素7天后逐渐恢复至正常水平。以上结果均从免疫指标层面得到进一步印证。论文第一作者为我所黄伟研究员，加拿大科学院院士、阿尔伯特大学Li Liang教授与卫星海洋环境动力学国家重点实验室海星学者、上海海洋大学王有基教授为论文共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、浙江省自然科学基金杰出青年项目、国家重点研发计划和卫星海洋环境动力学国家重点实验室自主课题等项目资助。Wei Huang, Xinghuo Wang, Deying Chen, Elvis Genbo Xu, Xian Luo, Jiangning Zeng, Tao Huan, Liang Li, Youji Wang, 2021. Toxicity mechanisms of polystyrene microplastics in marine mussels revealed by high-coverage quantitative metabolomics using chemical isotope labeling liquid chromatography mass spectrometry. Journal of Hazardous Materials, 417, 126003.1-pagination_HAZMAT_126003-main.pdf

2021-07-12 查看详情

海洋生物地球化学团队对西北冰洋硅质浮游生物通量研究取得进展

近日，实验室（MED）海洋生物地球化学研究团队在海洋学期刊《Deep Sea Research Part I》在线发表了题为“Siliceous micro- and nanoplankton fluxes over the Northwind Ridge and their relationship to environmental conditions in the western Arctic Ocean”的研究论文。该研究利用2008年中国第3次北极科学考察在西北冰洋布放的沉积物捕获器采集的沉降颗粒物，研究了该区域硅质浮游生物（硅鞭藻、硅质甲藻和金藻孢囊）的季节性变化规律，探讨了各种硅质浮游生物的环境指示意义，为开展西北冰洋现代和古环境研究提供了重要依据。任健助理研究员为该文第一作者，陈建芳研究员为通讯作者。目前北冰洋的硅质浮游生物研究主要集中在硅藻，对其他硅质浮游生物如硅鞭藻、硅质甲藻和金藻孢囊的研究则比较少见。本研究结合海洋表层洋流和海冰分布情况，分析了这些硅质浮游生物的环境属性。硅鞭藻中，Stephanocha speculum占主要成分（>71%），且在夏季占优，而冬季S. medianoctisol和S. octonaria的相对丰度增加，因此后两者可能更能指示极区寒冷环境。硅质甲藻和金藻孢囊在融冰期大量增多，反映了海冰边缘区的高生产力。研究表明，这些硅质浮游生物能提供丰富的环境信息。因此建议，将这些硅质浮游生物和硅藻结合，能更全面地了解北冰洋现代和过去海洋环境的演变。本研究也是首次对西北冰洋金藻孢囊季节通量的报道和研究。为了能更好的了解这些硅质浮游生物的环境指示意义，后续还将继续开展长时间序列连续观测和表层沉积物的研究，以厘清其时间和空间分布规律。图1. 主要硅质浮游生物：a-c 硅鞭藻；d-f 硅质甲藻；g-i 金藻孢囊图2. 硅鞭藻的通量和相对丰度该研究得到了国家自然科学基金（42076241, 41606052, 41941013, 41976229）、海洋二所专项（JG1611, JG1911）和国家留学基金委蔡元培项目的资助。近年来，海洋生物地球化学研究团队对三北沉积物捕获器样品开展了一系列的研究，聚焦海冰生物标志物、硅藻和其他硅质浮游生物，并发表论文多篇（Bai et al., PO, 2019; Ren et al., PO, 2020; Ren et al., DSRI, 2021），系统性地加强了对西北冰洋环境演变和生物泵变化的认识和理解。 Ren, J., Chen, J.*, Li, H., Wiesner, M.G., Bai, Y., Sicre, M.-A., Yao, Z., Jin, H., Zhuang, Y., Li, Y., 2021. Siliceous micro- and nanoplankton fluxes over the Northwind Ridge and their relationship to environmental conditions in the western Arctic Ocean. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 103568. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2021.103568 Ren_etal_DSRI_2021.pdf

2021-06-15 查看详情

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深海生物研究团队在南海冷泉蛇尾线粒体基因组分析取得新进展

我室应用同位素定量代谢组学方法在微塑料毒性机制研究方面取得新进展

海洋生物地球化学团队对西北冰洋硅质浮游生物通量研究取得进展

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