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近日，中國科學(xué)院昆明植物研究所“2024年度十大進(jìn)展”揭曉?，F(xiàn)將評選結(jié)果公布如下：科研進(jìn)展7項（第2、3項并列，第5-7項并列）；工作進(jìn)展3項，排名不分先后。

1. 黃芪皂苷的完整生物合成途徑解析

黃芪作為我國的大宗中藥材，具有補(bǔ)氣升陽、固表止汗、生津養(yǎng)血等功效；其中，黃芪甲苷（astragaloside IV）作為其主要功效成分之一。然而，由于黃芪甲苷結(jié)構(gòu)復(fù)雜且自然資源有限，經(jīng)典的分離提取或化學(xué)合成方法難以滿足日益增長的市場需求。近年來，利用合成生物學(xué)手段進(jìn)行黃芪甲苷的異源生產(chǎn)，有望解決其資源短缺問題；但這一生產(chǎn)方式又受限于未知的黃芪甲苷生物合成通路。為了解決黃芪甲苷的資源問題，受魯南制藥委托，植化室黃勝雄專題組聚焦于黃芪甲苷的生物合成研究，并在2024年取得了突破性進(jìn)展：

通過對膜莢黃芪基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入分析，確定了可能負(fù)責(zé)黃芪甲苷生物合成的基因簇；通過體內(nèi)外功能驗證，揭示了此基因簇中6個功能基因參與到黃芪甲苷的生物合成。在此基礎(chǔ)上，將這6個功能基因在煙草中進(jìn)行了瞬時表達(dá)，實現(xiàn)了黃芪甲苷的異源合成，其在煙草中產(chǎn)量可達(dá)2.224 mg/g。此工作中，黃芪甲苷生物合成基因簇（4 Mb）是目前報道的最大的植物基因簇，且缺少關(guān)鍵的萜類合酶（Nat. Plants,2024,10,1826）。此基因簇的發(fā)現(xiàn)為其他萜類化合物生物合成基因簇的挖掘提供了一個重要的參考。該工作發(fā)表后被Science雜志作為亮點文章推薦和點評（Science 2024,6723,742）。

2. 多組學(xué)證據(jù)揭示竹類植物物種多樣化的遺傳機(jī)制

多倍化是現(xiàn)今植物學(xué)研究的一個焦點主題，廣泛發(fā)生于被子植物的各個演化階段，伴隨著諸多大科大屬的興起。然而，在亞基因組水平上，對于多倍化如何促進(jìn)植物適應(yīng)性演化和物種多樣性形成的認(rèn)識仍然不足。作為禾本科物種多樣性最為豐富的類群之一，全球約有竹類植物1700余種，其中木本竹類占總種數(shù)的92.6%，且莖稈高大，木質(zhì)化程度高、營養(yǎng)生長周期長。在多年竹類植物系統(tǒng)分類與演化研究積累的基礎(chǔ)上，種質(zhì)庫團(tuán)隊利用多組學(xué)證據(jù)揭示了木本竹類二倍體祖先之間的古雜交事件，解決了困擾學(xué)界多年的木本竹類是否為單次起源的問題。進(jìn)一步觀察到兩個木本四倍體分支中亞基因組優(yōu)勢的獨立起源現(xiàn)象，且為同一套優(yōu)勢亞基因組。在六倍體分支中，亞基因組優(yōu)勢則表現(xiàn)得更為動態(tài)和多樣化，首次報道了多倍體植物中存在的亞基因組優(yōu)勢轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，為理解多倍體植物的演化機(jī)制開辟了研究新方向。證實優(yōu)勢亞基因組在竹類由草本到木本的生活史轉(zhuǎn)變中發(fā)揮了更大的作用，催生了木本竹類的適應(yīng)性演化和大規(guī)模物種分化，使其在森林環(huán)境成功繁衍。此外，還集成了竹類植物的分類系統(tǒng)學(xué)和多組學(xué)數(shù)據(jù)庫。相關(guān)成果先后發(fā)表在Nature Genetics和Molecular Plant上，在深入理解多倍化尤其是亞基因組優(yōu)勢與植物多樣性形成具有理論創(chuàng)新。

圖 11種竹類基因組共線性圖與木本竹類和草本竹類的對比

3. “被子植物及其關(guān)鍵類群的分子系統(tǒng)發(fā)育和演化”榮獲云南省自然科學(xué)獎一等獎

該項目創(chuàng)新了質(zhì)體基因組組裝和注釋工具，重建了被子植物及其關(guān)鍵類群（2目3科）的生命之樹，探索其起源和演化等重大科學(xué)問題。首次構(gòu)建了被子植物及關(guān)鍵支系薔薇目及其目下薔薇科、大麻科，豆目下豆科，和石竹目等類群的高解決的系統(tǒng)發(fā)育樹，解決了系列長期有爭議的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，為困難系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系研究提供了新方案和新思路。首次將被子植物在侏羅紀(jì)未知演化歷史階段稱為“侏羅紀(jì)空缺”，為被子植物早期演化研究奠定基礎(chǔ)；提出了分析沖突系統(tǒng)發(fā)育信號是質(zhì)體系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)研究的必要環(huán)節(jié)的新觀點。創(chuàng)新的質(zhì)體基因組組裝工具GetOrganelle和注釋工具PGA極大推動世界質(zhì)體系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)發(fā)展。

該項目在方法上有新突破，在系統(tǒng)發(fā)育和演化有理論創(chuàng)新，取得的系列原創(chuàng)性研究成果在國際著名期刊Nature Plants、Genome Biology等發(fā)表；20篇代表性和核心論文累計影響因子為118.038，他引2373次；8篇代表性論文累計影響因子73.192，他引2047次；其中ESI領(lǐng)域熱點（0.1%）論文3篇、高被引（1%）論文2篇，1篇入選2020“中國百篇最具影響國際學(xué)術(shù)論文”，1篇被《植物學(xué)報》選為“2019年植物系統(tǒng)演化的重要進(jìn)展”，1篇研究成果寫入大學(xué)教材《植物學(xué)》，多項研究成果被Science、Nature Plants等文章正面評價，在國內(nèi)外產(chǎn)生了廣泛影響，對林木等資源的保護(hù)和挖掘利用奠定了理論基礎(chǔ)，對我國植物學(xué)發(fā)展具有重要意義。

該項目榮獲云南省2023年度自然科學(xué)獎一等獎，主要完成人為中國西南野生生物種質(zhì)資源庫伊廷雙、李德銖、李洪濤、張榮等。

圖 被子植物目級水平系統(tǒng)發(fā)育樹示意圖

4. 玉米抗蟲機(jī)制研究連續(xù)取得重要進(jìn)展

玉米是我國總產(chǎn)量最高的糧食作物，對國民經(jīng)濟(jì)的重要性無可替代。近年來，隨著草地貪夜蛾入侵并迅速成為玉米的主要害蟲，解析玉米抗蟲分子機(jī)理對抗蟲玉米育種的重要性更加凸顯?！爸参锱c其它生物互作化學(xué)生態(tài)學(xué)攻關(guān)團(tuán)隊”相繼發(fā)現(xiàn)：1）玉米茉莉酸（JA）信號途徑核心轉(zhuǎn)錄因子MYC2，通過啟動子激活的方式正調(diào)控玉米主要抗蟲化合物丁布的合成，進(jìn)而正調(diào)控抗蟲性，且MYC2介導(dǎo)了JA下游多半基因的抗蟲響應(yīng)；2）絲裂原活化蛋白激酶MPK4通過磷酸化MYC2來調(diào)控其蛋白穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)錄激活活性，發(fā)現(xiàn)了MPK4能夠調(diào)控JA的積累，并揭示了MPK4對JA信號途徑的重要調(diào)控功能。3）與雙子葉植物中JA和水楊酸（SA）拮抗表型不同，玉米中SA并不影響JA的積累，但卻通過調(diào)控丁布的積累介導(dǎo)玉米的抗蟲性；4）雖然丁布類化合物是玉米抵御害蟲的重要化合物，但是玉米中的內(nèi)生泛菌可以將其作為碳氮源，草地貪夜蛾又可以進(jìn)一步通過取食，把泛菌集中在自己的馬氏管中，把丁布類物質(zhì)解毒代謝掉，進(jìn)而抵消玉米通過丁布化合物介導(dǎo)的抗蟲性。

上述結(jié)果相繼發(fā)表在Journal of Integrative Plant Biology、Plant Physiology、Plant Diversity和Microbiome雜志上。這些結(jié)果為了解玉米抗蟲分子機(jī)理提供了豐富的信息和新視角，也標(biāo)志著昆明植物所在玉米抗蟲機(jī)制研究領(lǐng)域的影響力持續(xù)提升。

左圖 玉米MYC2和MPK4介導(dǎo)的抗蟲性；

右圖 泛菌的分離、對丁布的代謝及在草地貪夜蛾體內(nèi)的定殖。

5. 《青藏高原地衣多樣性》出版

《青藏高原地衣多樣性》是結(jié)合“第一次青藏高原橫斷山綜合考察”和“第二次青藏高原科學(xué)考察與研究”兩項國家重大項目中地衣考察和研究成果的一部分。本書是作者及其團(tuán)隊40余年在青藏高原地區(qū)大量野外考察、標(biāo)本采集和分類鑒定工作的積累，通過文字描述與原生態(tài)圖片相結(jié)合,分別按：森林、高山灌叢、草甸、高山流石灘、干旱河谷等生境，真實反映當(dāng)前青藏高原的地衣生物群落基本組成，共涉及38科，118屬，211種，包含了青藏高原特有及瀕危物種、近年國內(nèi)外在本地區(qū)發(fā)現(xiàn)的新屬種、新記錄屬種，以及重要經(jīng)濟(jì)地衣資源物種。每個物種均提供了野外生境照片、基元異名、形態(tài)特征描述、生境、海拔、分布和青藏高原范圍內(nèi)研究的標(biāo)本引證，其中模式產(chǎn)地為青藏高原的物種均提供了分子數(shù)據(jù)、模式產(chǎn)地信息和模式標(biāo)本館藏地，反映了當(dāng)前青藏高原地衣群落的基本組成及分布情況。

書中涉及的全部引證標(biāo)本均館藏于中國科學(xué)院昆明植物研究所標(biāo)本館（KUN）。極大地豐富了KUN在青藏高原地區(qū)的地衣標(biāo)本積累，同時填補(bǔ)了藏北無人區(qū)、可可西里、柴達(dá)木盆地等地衣采集史上的空白，為進(jìn)一步深入開展青藏高原地衣多樣性研究、群落演化、環(huán)境監(jiān)測、資源利用與保護(hù)等研究提供了參考。

6. 闡明“一體化壓鑄”式的真菌烯化吲哚生物堿生物合成途徑

天然產(chǎn)物是功效分子的重要源泉，其獲取方式除傳統(tǒng)提取分離和化學(xué)合成外，近年來，基于生物合成的合成生物學(xué)方法嶄露頭角。在此領(lǐng)域，酶與酶之間有時會形成臨時的結(jié)構(gòu)-功能復(fù)合體——代謝子（Metabolon）極大地提升了代謝效率，使得目標(biāo)產(chǎn)物的合成更為高效。然而，由于生物合成過程中中間體的不穩(wěn)定性，全面解析生物合成途徑一直是科學(xué)家們面臨的巨大挑戰(zhàn)。

真菌烯化吲哚生物堿家族，憑借其獨特的二氮辛烷結(jié)構(gòu)單元，展現(xiàn)出豐富多樣的生物活性。在這個家族中，對映異構(gòu)體、差向異構(gòu)體以及非差向異構(gòu)體的多樣性，充分揭示了其生物合成控制機(jī)制的復(fù)雜與多變，使其成為天然產(chǎn)物研究的熱點。尤其引人關(guān)注的是，在多種真菌中共存 ( )-notoamide B及其非差向異構(gòu)體( )-versicolamide B，盡管科學(xué)家們已推測出其生源合成涉及蘋哪醇重排和Diels–Alder加成等關(guān)鍵步驟，但這些步驟的具體順序及控制機(jī)制迄今仍是一個未解之謎。

為了揭開這一謎團(tuán)，中國科學(xué)院昆明植物研究所郝小江研究員/邸迎彤研究員團(tuán)隊攜手北京大學(xué)深圳研究生院吳云東研究員團(tuán)隊，通過綜合運用途徑解析、化學(xué)計算以及共定位分析等手段，深入探究了由SpeF/SpeG 組成的代謝子如何實現(xiàn)“一體化壓鑄”notoamide E, 生成 ( )-notoamide B和 ( )-versicolamide B 的具體途徑與機(jī)制。研究團(tuán)隊利用基因敲除、異源重建、飼喂實驗以及結(jié)構(gòu)分析等技術(shù)手段，發(fā)現(xiàn)SpeG的底物是一種不穩(wěn)定的活性環(huán)氧中間體，且其起始氧化位置特定于C-17位。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊圍繞由該中間體異構(gòu)化形成的含環(huán)氧的氮雜二烯正離子中間體Tau-MA，進(jìn)行了深入的理論計算。這些計算結(jié)果不僅揭示了構(gòu)建兩種非對映差向異構(gòu)的二氮辛烷結(jié)構(gòu)單元的主要機(jī)制是逆電子需求的Diels-Alder反應(yīng)（IEDDA），還闡明了底物控制了隨后的環(huán)氧開環(huán)的區(qū)域選擇性。

在推測的生物合成途徑中，環(huán)氧化和C-17位氧化這兩個關(guān)鍵步驟分別由SpeF和SpeG催化完成，這需要不穩(wěn)定的環(huán)氧中間體能夠在SpeF和SpeG之間有效傳輸，從而暗示SpeF和SpeG可能形成穩(wěn)定的代謝子。后續(xù)的蛋白共定位分析與酵母雙雜實驗證實了這一推測。此次研究不僅成功識別并表征這種由代謝子介導(dǎo)的生物合成途徑，為其他相關(guān)分子的生物合成解析提供了更為深入的理解，同時也為生產(chǎn)這些具有重要藥理活性的分子以及發(fā)現(xiàn)新的生物活性化合物開辟了全新的途徑。這一研究成果對于推動活性天然產(chǎn)物生物合成途徑的完整解析、以及開發(fā)利用具有重要意義。

該成果在線發(fā)表于Science China Chemistry上（doi: 10.1007/s11426-024-2134-0）。

7. 山地生態(tài)系統(tǒng)中真菌多樣性時空演化及可持續(xù)利用研究取得重要進(jìn)展

圍繞地球化學(xué)元素循環(huán)與陸地生態(tài)系統(tǒng)驅(qū)動過程中真菌學(xué)研究前沿，基于真菌的生態(tài)管理及碳循環(huán)是國土資源治理的新方向，提出了全球關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)如熱帶雨林、海洋與淡水等環(huán)境中的真菌種類；描述了真菌7個新目、81個新科、309個新屬、2146個新種，引領(lǐng)全球真菌物種大發(fā)現(xiàn)，增加人類對真菌界的新認(rèn)知，豐富了我國真菌資源的戰(zhàn)略儲備。率先引入新方法，揭示真菌在全球變化中的時空動態(tài)與季節(jié)性變化規(guī)律；從點到面，從大尺度到小尺度，提高重要野生食用菌分布識別的空間分辨率，為大食物觀的野生菌資源的可持續(xù)利用與科學(xué)管理提供了精準(zhǔn)的時空數(shù)據(jù)；公布全球2189種可食用野生菌清單，為野生食用菌安全利用提高了科學(xué)評價體系。解析了高度多樣的山地生態(tài)系統(tǒng)中土壤真菌多樣性與森林生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)同關(guān)系，以及多元化農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)中菌根真菌在促進(jìn)根際營養(yǎng)代謝、生態(tài)系統(tǒng)功能性修復(fù)、微塑料新型污染物消減以及應(yīng)對全球變化等方面的作用機(jī)制，為退化山地生態(tài)恢復(fù)、高原特色綠色發(fā)展和碳封存技術(shù)提供了新途徑；提出了資源真菌產(chǎn)業(yè)化開發(fā)利用新思路，為精準(zhǔn)扶貧與鄉(xiāng)村振興提供新模式；林菌復(fù)合系統(tǒng)理論及其在南亞東南亞的培訓(xùn)實踐入選聯(lián)合國“南南合作”最佳案例。該成果成功入選2024年度云南省自然科學(xué)一等獎擬獎勵項目，相關(guān)研究成果2024年發(fā)表在Environmental Science & Technology（1篇）、Fungal Diversity （1篇）、 Mycosphere（1篇）等國際期刊，并獲得牛肝菌種植授權(quán)專利1項。

8. 國家重點研發(fā)計劃類項目立項取得突破

國家重點研發(fā)計劃作為面向世界科技前沿、面向國家重大需求，事關(guān)國家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性、前瞻性重大科學(xué)問題，為國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展各主要領(lǐng)域提供持續(xù)性支撐和引領(lǐng)作用的國家重大項目。在國家自然科學(xué)基金委員會發(fā)布國家重點研發(fā)計劃“合成生物學(xué)”重點專項2024年度項目申報指南之后，中國科學(xué)院昆明植物研究所黃勝雄研究員積極組織項目組成員，并擔(dān)任首席科學(xué)家進(jìn)行項目申報。該項目在中國科學(xué)院昆明植物研究所為牽頭，聯(lián)合南方科技大學(xué)、華東理工大學(xué)、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所、江南大學(xué)、深圳灣實驗室團(tuán)隊成員的共同努力下，最終獲得立項。這對昆明植物所積極搶占科技競爭和未來發(fā)展制高點、落實院制定的重大科技任務(wù)“白名單”具有重要意義。

9. 高水平學(xué)術(shù)期刊建設(shè)成效顯著，所辦三本期刊全部進(jìn)入Web of Science所屬學(xué)科領(lǐng)域Q1區(qū)

匯聚研究所植物學(xué)、植物化學(xué)和真菌學(xué)學(xué)科優(yōu)勢力量，打造自主掌控高水平學(xué)術(shù)陣地。2024年研究所主辦期刊《植物多樣性（英文）》（Plant Diversity,PD）、《應(yīng)用天然產(chǎn)物（英文）》（Natural Products and Bioprospecting,NPB）和《真菌多樣性（英文）》（Fungal Diversity,FD）在影響力方面均取得了顯著進(jìn)展，三本期刊分別進(jìn)入Web of Science核心合集收錄的植物科學(xué)、化學(xué)藥學(xué)和真菌學(xué)學(xué)科領(lǐng)域Q1區(qū)。

《植物多樣性》，自2019年被SCIE收錄后，2020年首獲影響因子1.864，最新影響因子為4.6，在Web of Science核心合集收錄的植物科學(xué)(Plant Sciences) 學(xué)科265種期刊中排名第34位（JCR Top12.8%），連續(xù)兩年進(jìn)入Q1區(qū)。

《應(yīng)用天然產(chǎn)物》，創(chuàng)刊以來影響力逐年提升，2023年獲得首個影響因子，最新影響因子提升至4.8，在Web of Science核心合集收錄的化學(xué)藥學(xué)（Chemistry,Medicinal）領(lǐng)域72種期刊中排名第15位，首次進(jìn)入Q1區(qū)（JCR Top20.8%）。

《真菌多樣性》最新影響因子為24.5，在全球真菌學(xué)領(lǐng)域期刊中持續(xù)位列第一，在我國主辦的全部SCI期刊中排名第9。

10. 野外臺站建設(shè)和運行成效顯著

中國科學(xué)院昆明植物研究所建設(shè)有5個野外臺站。2024年，在滇東南熱帶山地森林生態(tài)系統(tǒng)云南省野外科學(xué)觀測研究站支撐下，云南大圍山國家級自然保護(hù)區(qū)管護(hù)局申報的“云南滇東南森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測站”獲國家林業(yè)和草原局批復(fù)建設(shè)，申請建設(shè)經(jīng)費2162萬元，這將顯著提升滇東南站野外觀測的設(shè)施設(shè)備和能力水平，是昆明植物所野外臺站建設(shè)取得的重大進(jìn)展。麗江站和高黎貢山/獨龍江站2024年入選國家生態(tài)質(zhì)量綜合監(jiān)測站名單。近2年，在云南省科學(xué)技術(shù)廳組織的考核中，麗江森林生態(tài)系統(tǒng)云南省野外科學(xué)觀測研究站和高黎貢山森林生態(tài)系統(tǒng)云南省野外科學(xué)觀測研究站獲得優(yōu)秀，迪慶白馬雪山高山冰緣生態(tài)系統(tǒng)云南省野外科學(xué)觀測研究站和紅河農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)云南省野外觀測研究站獲評良好，正式成為云南省野外科學(xué)觀測研究站并獲得運行經(jīng)費支持。在財政部改善科研條件專項的支持下，野外臺站基礎(chǔ)設(shè)施和科研儀器設(shè)備條件得到明顯提升，在紅河縣完成土地征用19.3畝，在貢山縣獨龍江鄉(xiāng)完成土地征用4.6畝，通過近五年的持續(xù)建設(shè)，已形成具有研究所特色的全面支撐學(xué)科建設(shè)的野外臺站體系。2024年，昆明植物所五個野外臺站共計收集觀測數(shù)據(jù)700余萬條，接待到訪人員1800人次，開展科普活動66次，依托野外臺站發(fā)表論文37篇，在建設(shè)和運行方面取得顯著成效，成為在觀測、試驗、研究和示范方面具有鮮明特色和影響力的綜合型科技支撐平臺。