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阴永光课题组在Nature Food发文揭示人为活动塑造鱼类汞浓度水平的地理差异
中国科学院生态环境研究中心阴永光课题组在人为活动塑造鱼类汞浓度水平的地理差异方面取得重要进展，相关成果以“Human activities shape important geographic differences in fish mercury concentration levels”为题，在线发表于Nature Food (https://doi.org/10.1038/ s43016-024-01049-z).甲基汞是毒性最强的汞化合物之一，可沿食物链富集累积，鱼类消费是人类汞暴露的主要途径之一。鱼类汞含量与环境汞浓度、鱼类特征及食物网结构密切相关（图1a）。这些因素又受控于人为活动，但尚不清楚各因素对鱼汞累积的具体贡献。目前对人为活动如何驱动鱼类汞含量的地理差异认识有限，阻碍了汞污染的有效管理。研究团队分析了全球 315 个水生系统的鱼汞特征，发现鱼类总汞和甲基汞浓度在不同国家/区域间存在显著的地理差异。进一步以中国和美国为例进行对比研究，发现尽管中国的汞排放较高，但其鱼类总汞和甲基汞水平却远低于美国。为厘清驱动鱼汞累积的关键因素，该团队运用结构方程模型将鱼类甲基汞的地理差异与人为活动、环境汞浓度、食物网结构和流域特征相关联。结果显示，人为活动通过加剧环境汞浓度和水体富营养化，以及/或改变鱼类性状来影响鱼类甲基汞浓度水平。其中，鱼类大小是最具影响力的直接因素，正向影响鱼类甲基汞累积，其次是鱼类营养级（图1b）。但过度捕捞等人为活动会降低鱼类大小和营养级、缩短食物链及鱼类寿命，从而降低鱼类甲基汞累积。这也是中国鱼类甲基汞浓度水平较低的关键因素。这一研究提示，虽然中国目前鱼类汞浓度水平较低，但随着中国社会经济的发展、食物链的恢复（由于生态系和统恢复和对过度捕捞的限制），即使是在汞排放有所减少的情况下，未来仍可能会面临鱼类甲基汞升高的困境。在将汞污染作为一个全球性问题进行管理的同时，还需考虑区域汞排放、社会经济发展以及食物网结构的地理差异。图1影响鱼类汞浓度水平的因素该论文的通讯作者为阴永光研究员和蔡勇研究员，第一作者为博士后/特别研究助理向玉萍（现任西南大学资源环境学院副教授）。该研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等项目的支持。论文链接：https://www.nature.com/articles/s43016-024-01049-z环境纳米技术与健康效应重点实验室2024年10月21日
2024-10-21
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中心曲久辉院士荣获诺贝尔可持续发展基金会2024年可持续发展奖
诺贝尔可持续发展基金会10月1日宣布，将2024年可持续发展杰出研发奖授予我中心研究员曲久辉院士，以表彰他在饮用水安全保障研究和应用方面取得的杰出成就。以让人民喝上“放心水”为核心目标，20多年来，曲久辉院士带领研究团队与企业长期密切合作，攻克了我国饮用水安全保障的系统性重大技术难题，创建了城乡全覆盖的饮用水安全保障技术体系，并开展大规模示范和应用，支撑城乡居民喝上“放心水”，推动国家供水安全战略实施，并推广至“一带一路”沿线国家。今年是该奖项首次在水研究领域颁发，曲久辉院士的获奖见证了中国饮用水科技的巨大进步。今年与曲久辉院士一同获奖的还有国际非盈利组织“全球足迹网络”联合创始人Mathis Wackernagel博士和丹麦奥胡斯大学Klaus Butterbach-Bahl教授，他们分别获得了实施领导力奖和农业领域的杰出研发奖。可持续发展奖由诺贝尔可持续发展基金会于2022年设立，分设实施领导力奖、杰出研发奖和特别贡献奖。杰出研发奖聚焦于应用科学，奖励全球范围内最具影响力的可持续发展技术，包括能源、水和农业等领域。新闻链接: https://www.nobelsustainability.org/post/sustainability-awards-presented-by-the-nobel-sustainability-trust环境水质学国家重点实验室<!--!doctype-->2024年10月17日
2024-10-17
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彭汉勇团队||JACS封面 ||RNA 激活的 CRISPR/Cas12a 纳米机器及其活细胞成像
2024年8月，环境化学与生态毒理学国家重点实验室彭汉勇课题组与江桂斌院士、加拿大X. Chris Le院士等团队合作，在CRISPR基因编辑工具开发方向取得新进展，研究成果以“RNA-activated CRISPR/Cas12a nanorobots operating in living cells ”为题发表在Journal of the American Chemical Society期刊上（Supplementary Cover）。CRISPR-Cas系统作为一种革命性的基因编辑工具，因其操作简单、编辑精确、效率高等特点，已在分子生物学和基因治疗领域得到了广泛应用。CRISPR基因编辑技术中的Cas蛋白，如Cas12a和Cas13a，能够特异性靶向核酸，并激活反式切割活性，非特异性持续切割单链核酸报告基因。Cas酶的反式切割特性使得检测信号可以被放大，提高了检测的灵敏度，推动了CRISPR技术在超灵敏分析和分子诊断领域的发展。然而，目前这些Cas酶主要用于试管内分析，而在活细胞中的应用受到限制。主要原因为：一、RNA激活的Cas13a会对胞内功能性RNA进行非特异性反式切割，可能对细胞造成伤害，而Cas12a虽然仅反式切割单链DNA，但能否被胞内RNA激活尚未明确；二、活细胞内条件无法达到最佳切割活性，包括Mg2+离子、报告基因浓度等，受限于复杂的胞内递送过程。因此，亟需开发新的CRISPR工具，以满足活细胞应用需求。 环境化学与生态毒理学国家重点实验室彭汉勇团队通过研究Cas12a酶的功能，发现了Cas12a能够被RNA激活，并反式切割DNA报告基因。CRISPR/Cas12a与靶标RNA通过碱基互补配对结合，其反式切割速率随DNA报告基因的延长而增加。这一发现表明Cas12a蛋白是一种独特的“全能型”蛋白酶，能够直接靶向三种类型的核酸，包括RNA、单链DNA、双链DNA，并激活其反式切割活性。该工作还系统评价了CRISPR/Cas12a的RNA/DNA靶向能力及酶切速率，为CRISPR研究提供了定量数据。该发现为CRISPR/Cas结构与功能研究带来了新的视角，将推动病毒检测、疾病诊断、转录组调控、分子成像和基因编辑等领域的CRISPR新技术研发。 为了突破活细胞应用瓶颈，彭汉勇团队基于上述Cas12a新功能，构建了一种高度集成的RNA激活CRISPR/Cas12a纳米机器，用于活细胞中特征miRNA的成像。通过将CRISPR/Cas12a系统及其报告基因组装到纳米金球表面，实现在胞内外CRISPR体系中各组分的化学计量比始终保持不变，不受进胞量的影响。同时，在纳米金表面的有限纳米空间内，Cas12a及其底物报告基因的局部浓度较高，切割速率得到大幅提升。此外，由于Mg2+离子与核酸链上磷酸基团的相互作用，使得纳米金表面Mg2+离子的局部浓度得到提高，在低Mg2+离子浓度下Cas12a仍能保持高切割活性，从而克服了胞内低浓度Mg2+离子的限制。将CRISPR/Cas12a纳米机器与细胞进行孵育，在胞内识别特征miRNA后启动，产生持续放大的荧光信号，实现对胞内miRNA的成像。CRISPR/Cas12a纳米机器在活细胞中具有优异的RNA识别能力和胞内成像性能，融合了精准识别、高效运转与自动化操作等特性，同时展现了组件更换的设计灵活性，为开发新的CRISPR工具提供了一种个性化定制平台。 该工作发现RNA可以直接激活CRISPR/Cas12a系统的反式割活性，这一发现打破了之前仅限于DNA激活的认知，并揭示了RNA与DNA激活的Cas12a系统的基因切割行为差异。通过人工合成的CRISPR纳米机器平台，实现CRISPR系统在胞内的高效运转，有望在分子诊断、基因编辑、癌症治疗、感染性疾病和其他遗传性疾病的精准医疗中发挥重要作用，为环境健康、生物技术、医学领域的进步提供新的动力。图1. RNA 激活的 CRISPR/Cas12a 纳米机器及其活细胞成像图2. RNA 激活的 CRISPR/Cas12a及其反式切割活性评价。(a)显示CRISPR/Cas12a系统的RNP与靶RNA、ssDNA或dsDNA的相互作用的示意图。(b)使用RNA激活的CRISPR/Cas12a系统通过8 nt报告基因（100、500、1000和2000 nM）的反式切割产生的荧光。(c)从溶液中miRNA激活的crRNA-Cas12a RNP对不同长度DNA报告基因的反式切割中观察到的反应速度。crRNA-Cas12a RNP的浓度为2 nM，靶miRNA的浓度为40 nM。当使用30 nt FQ reporter作为底物时，米氏常数（KM）测定为3.5 × 10- 8 M，切割速率（Kcat / KM）为2.8 × 106 M-1 s-1。当使用8 nt的报告基因作为底物时，米氏常数（KM）为2.2 × 10−6M，Kcat / KM为3.1 × 104M−1 s−1。miRNA激活的crRNA-Cas12a RNP的反式切割有利于30 nt报告基因而不是8 nt报告基因（底物）。(d)显示从8、15、20、25和30 nt底物裂解的片段的凝胶图像。CRISPR/Cas12a系统由RNA或ssDNA激活。反应30分钟后进行凝胶电泳。(e)通过RNA活化的CRISPR/Cas12a系统跨切8、15、20、25、30、35和40 nt底物的表观切割速率（kobs）。(f)在CRISPR/Cas12a系统被五种microRNA（miRNA-21、miRNA-10 b、miRNA-141、miRNA-let-7a和miRNA-222）激活后，切割30 nt报告基因的荧光。(g)在CRISPR/Cas12a系统被不同长度（23、69和986 nt）的RNA激活后，切割30 nt报告基因的荧光。图3. CRISPR纳米机器的构建与性能评价。(a)CRISPR纳米机器由用分子构建体修饰的AuNP组成，以使CRISPR系统能够运行。ssDNA底物链的5′端被硫醇化以促进底物与AuNP的缀合。底物链的3′-末端用FAM荧光团标记，其荧光被AuNP淬灭。硫醇化的锚链也与AuNP缀合。crRNA序列被延伸以包括在一端与锚链杂交并且在另一端与延伸的crRNA杂交的摆臂。crRNA和Cas12a形成RNP复合物，该复合物组装在AuNP支架上。(b)响应于200 pM miRNA，实时监测由CRISPR纳米机器产生的荧光。(c) 凝胶电泳表征30 nt底物及其被反式切割的产物。DNA和RNA分别用于激活溶液中的CRISPR纳米机器或游离的CRISPR RNP。(d)通过CRISPR纳米机器和溶液中的游离CRISPR RNP对底物反式切割产生的荧光。Mg2+浓度为1 mM，靶miRNA-21浓度为500 pM。图4. CRISPR纳米机器用于RNA检测的稳定性、选择性和灵敏度。(a)在FBS存在下CRISPR纳米机器与常用DNA报告基因的稳定性的比较。DNA报告基因是一条短链DNA，两端用FAM和猝灭剂标记。DNA报告基因和CRISPR纳米机器分别与80% FBS混合。通过测量FAM的荧光强度随时间变化来表征DNA报告基因和CRISPR纳米机器的稳定性。(b)CRISPR纳米机器对miRNA-21靶标的选择性。只有miRNA-21靶标的序列与crRNA的序列互补。miR-let-7a、miR-141、miR-155、miR-222和miR-10 b的序列与crRNA不互补。(c)CRISPR纳米机器人响应不同浓度（0 - 2000 pM）的靶miRNA产生的荧光强度。(d)CRISPR纳米机器产生的荧光强度与miRNA浓度成线性关系。线性范围为1 - 100 pM（R2 = 0.99）。图5. CRISPR纳米机器的活细胞成像。(a)HeLa细胞在与CRISPR纳米机器或突变体纳米机器或没有纳米机器（阴性对照）孵育后的荧光图像。靶miRNA与CRISPR纳米机器的结合激活纳米机器并启动Cas12a的反式切割活性。活性Cas12a重复切割数百个锚定在AuNP表面上的FAM标记的底物链。这些FAM标记的底物片段从猝灭的AuNP中释放，产生放大的荧光。作为miRNA-21的模拟物的合成RNA序列用作阳性对照。使用miRNA-21抑制剂（与miRNA-21结合的互补DNA序列）作为额外的阴性对照。(b)在CRISPR纳米机器或突变体纳米机器的细胞内操作0、1、2、3和4小时后拍摄HeLa细胞的时程图像。每个图像中细胞的荧光强度被量化，从而允许评估CRISPR纳米机器的细胞内活性的时间动态。 该论文的第一作者为中国科学院生态环境研究中心2021届博士生袁爱姣，通讯作者为彭汉勇研究员。该团队还对核酸纳米机器设计、合成及应用等相关技术进行了系统综述（TrAC-Trend Anal Chem 2023,158, 116870.TrAC-Trend Anal Chem 2024,175, 117724.）。该工作得到了国家自然科学基金委面上项目、国家重点研发计划、中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项（B类）等项目的支持。论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c02354
2024-10-03
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沙特水务局第一副局长率团访问中心
9月26日中午，沙特水务局第一副局长Abdullah Nasser Al-Zuwaid率领代表团一行15人访问生态环境中心，推动在水处理及资源化领域的科技合作。交流座谈活动由中心副主任胡承志研究员主持。中心主任朱永官院士对代表团到访表示欢迎，希望双方共同推动建立团队及机构之间的合作关系。环境科技海外合作中心主任杨敏研究员介绍了中心在水与环境领域与发展中国家的合作成果。中心国际合作处处长刘娟博士介绍了中心整体情况，并重点分享了水环境与水生态领域的科研进展与学术影响。双方随后就共同感兴趣的合作方向及可能的途径交换了意见。座谈结束后，代表团在张涛研究员的带领下参观了水质分析平台与脱盐技术实验室。Abdullah Nasser Al-Zuwaid对中心的科研水平与实验条件给予了高度评价，他期待双方未来在科学研究、人员交流和人才培养等领域加强合作。刘刚研究员、张涛研究员、马百文研究员、孙猛研究员、赵旭研究员、彭先佳研究员、李红岩研究员级高工、孙移鹿副研究员参加此次交流活动。座谈交流国际合作处环境科技海外合作中心2024年9月29日
2024-09-29
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蒙古环境研究中心主任一行访问中心
9月26日下午，蒙古环境研究中心主任Otgontsetseg Luvsantseren女士及其随行科学家访问生态环境中心。中心主任朱永官院士与Otgontsetseg Luvsantseren主任进行了友好而深入的交流。Otgontsetseg Luvsantseren表示，作为蒙古环境与可持续发展部于2021年新成立的研究机构，蒙古环境研究中心热切希望与中国科学院生态环境研究中心建立合作关系，在大气、土壤、水、固废等生态环境综合研究领域加强联合研究、人才培养与知识共享。朱永官表示，生态环境研究中心愿意积极分享在生态环境与可持续发展领域的科学研究成果与经验，共同为应对蒙古及区域可持续发展的迫切需求贡献科学力量,他同时就未来如何进一步加强双边机构间交流与合作提出了具体建议。交流座谈结束后，Otgontsetseg Luvsantseren一行在大气环境与污染控制实验室副主任楚碧武研究员的带领下参观了大气污染过程模拟实验室（烟雾箱）。中心国际合作处刘娟处长陪同交流。国际合作处2024年9月29日
2024-09-29
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邓晔研究团队在微生物共现与代谢互补网络分析方面取得进展
在自然生境中微生物物种间如何相互作用以适应环境的极端压力？随着环境组学技术的进步，我们才有工具来探索这些微小生物之间的复杂关系。传统上，微生物共现网络被用来推测物种间的互作，但这种网络往往不能揭示微生物之间更深层的相互依存机理。近日，中国科学院环境生物技术重点实验室的邓晔团队开发完成了一种新的工作流程，该流程结合了微生物宏基因组数据的共现网络分析与微生物代谢互补潜力的预测，为探索微生物互作的潜在底层机制提供了新的视角。团队开发了一个在线分析平台（https://inap.denglab.org.cn），允许研究人员上传环境宏基因组序列，进行代谢模型预测、构建共现网络/代谢互补网络、网络参数与模块化分析，以及互补代谢物的分析与可视化等。这一工具极大地简化了微生物互作研究的复杂性，为全球科研人员提供了一个强大的分析工具。利用这一工作流程，邓晔团队对中国云南腾冲的热泉微生物群落进行了深入分析。研究发现，共现网络和代谢互补网络识别的互作关系在自然界中是稀少的。辅酶A、氨基酸与糖类化合物及其衍生物是这些互作关系中最常见的潜在可交换物质。此外，研究还发现微生物间的协同关系主要表现为偏利共生（commensalism），而非互利共生（mutualism）。这一发现对于理解微生物如何在极端环境中生存和繁衍具有重要意义。为了验证这些发现的普适性，该团队还对基于堆肥实验的温度梯度样品进行了分析。结果表明，这一工作流程在分析的可重复性与结论的一致性上是可靠的，进一步证实了其在不同环境条件下的适用性。相关成果分别发表在Nature Communications和iMeta上。课题组直博生彭玺为论文第一作者，邓晔研究员为通讯作者（课题组助理研究员冯凯为iMeta论文共通讯作者）。研究得到国家重点研发计划国际合作项目以及国家自然科学基金联合项目的支持。图 本研究的分析流程示意图论文链接：1. https://www.nature.com/articles/s41467-024-52532-x2. https://doi.org/10.1002/imt2.235中国科学院环境生物技术重点实验室2024年9月19日<!--!doctype-->
2024-09-19
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中心2024年研究生开学典礼暨新生入所教育顺利举行
9月5日至6日，中心2024年研究生开学典礼暨新生入所教育在环境科学楼报告厅举行。中心主任朱永官院士，党委副书记、纪委书记占剑出席会议。2023级硕士生、2023级直博生、2024级秋季博士生和新入所联培生共计近300名学生，以及导师代表、教育处等职能部门人员参加会议。会议由教育处处长连静主持。活动在庄严的国歌声中拉开序幕。占剑首先致辞并讲了题为《从优秀走向卓越》的党课。他从“借好外因——时势造英雄”“强化内因——英雄当自强”“用好纽带——个人归集体”三个方面展开，向同学们讲述了院史、所史和中心优秀科学家的故事，勉励同学们向老一辈科学家学习，从内心、身体、能力、底线四个方面完善自我，培养独立的思想，锻炼健康的体魄，促进综合能力提升，严守道德底线，立志做有理想、敢担当、能吃苦、肯奋斗的新时代好青年。朱永官以《成为时间的主人，成就更好的你》为题，为同学们带来开学第一课。他从中科院和中心的发展历史和使命定位讲起，结合科技教育人才一体化推进的国家战略，勉励同学们既要坚定理想，又要脚踏实地，注意培养良好的道德修养，从阅读中获得知识和经验。他还向同学们传授了生态环境领域职业发展的一般性和专业性要素：独立思考、具有批判精神；善于合作，培养领导力；精益求精、追求卓越；以及不断优化知识结构，保持终生学习的习惯等。他用充满激情的演讲，深情勉励同学们相信自我，勇毅前行，成就更好的自己。环境纳米技术与健康效应重点实验室室主任阴永光研究员作为导师代表发言。他鼓励同学们要肩负科技强国使命，从问题出发深入探究科学本质；同时面对科研的挑战和机遇，要保持良好的心态。他邀请同学们携手前行，共同经历既有荆棘也有花香的科研之路。博士生易诗懿作为老生代表发言。她回顾过去三年在中心的时光，由读《百位著名科学家入党志愿书》展开，向学弟学妹们分享在生态中心的学习体会，并祝愿大家在双清路18号的日子里，永远怀揣希望，脚踏实地，不惧困阻，共同书写生态环境学子的时代答卷。博士生花秀志作为新生代表发言。他表达了进入生态中心学习的喜悦心情，分享了自己的感悟，并与新生共勉：要努力培养严谨的学术态度，锤炼过硬的专业能力，拓宽国际视野，增强社会责任感，为生态环境科学领域的发展、为社会的进步，书写精彩篇章。入所教育环节，北京矿业大学（北京）教授刘海娟做了题为《乐享研途 向阳而生——研究生阶段压力调适与情绪管理》的心理健康专题报告，前程无忧网校招部金牌讲师范雯做了题为《厚积薄发 蓄势未来——致在校生的一堂职业规划课》的就业指导专题报告。中心综合办公室、科技开发处、计划财务处、纪检监督与审计办公室、基建与后勤处、文献信息中心、生态系统研究站的工作人员和东升派出所民警，从反诈意识、学术道德、知识产权、野外科考安全、实验室安全等多角度向同学们做了全面细致的专题教育报告，并详细介绍了中心的网络服务、财务报销流程、仪器测试平台和图书馆文献资源等。教育处工作人员就学籍管理、培养教务、学位要求、奖学金评审、研究生津贴和研究生公寓管理等方面进行了政策宣讲。最后，组织全体新生开展了校规校纪测试，引导学生学习并理解学校管理规定，自觉规范自身行为。新生入所教育作为全员全过程全方位育人的第一环，是落实研究生思想政治工作的重要举措，对帮助新生坚定理想信念、树立远大理想、明确学习目标、尽快适应环境、合理规划新阶段的学习生活具有重要意义。会议现场朱永官院士上《开学第一课》占剑副书记讲党课导师代表、老生代表、新生代表发言入学教育系列报告（部分）教育处2024年9月10日
2024-09-10
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联合国气候变化秘书处适应司司长访问中心
9月4日下午，联合国气候变化秘书处适应司司长Youssef Nassef博士访问生态环境研究中心，推动水与环境可持续发展南南合作。工业废水无害化与资源化国家工程研究中心主任杨敏研究员向Youssef Nassef详细介绍了中心十年来在水与环境领域与发展中国家开展科技合作的情况，并在引领参观实验室后，进行了深入交流。Youssef Nassef高度评价了中心为发展中国家可持续发展提供的科技支撑，他认为，中心在斯里兰卡等国家推动实施的饮用水安全保障、农村污水处理、水环境保护等一系列“小而美”工程，切实为当地国家加快实现联合国可持续发展目标进程做出了积极贡献，并希望未来双方围绕“小而美”示范项目开展合作。联合国气候变化秘书处适应司项目官员Yu Chen女士、中国科学院地理科学与资源研究所张林秀研究员陪同访问。实验室参观交流国际合作处2024年9月9日
2024-09-09
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JES-2023年度SCI影响因子5.9（Q1区）
6月20日，科睿唯安(Clarivate Analytics)发布了2023年度期刊引证报告（Journal Citation Reports，JCR），由生态环境研究中心主办的期刊Journal of Environmental Sciences (JES)2023年度SCI影响因子5.9（分母文章数1072篇）。在环境科学学科领域中JES影响因子排名为62/358(Q1区)，总被引用频次21394次。JES编辑部借此机会感谢中心的老师和学生对JES所做的贡献。文献信息与学术传播中心2024年6月22日
2024-06-22
