编者按：
科技兴则民族兴，科技强则国家强。为了更好的展现学校科研动态，增强广大科研工作者的认同感、归属感、自豪感，激发科研创新活力、促进学科交叉融合，科学研究院将持续汇总报道校内各单位重要科研进展，诚邀各单位积极来稿。
内容速览
1.生命科学学院张勇教授团队通过斜带石斑鱼揭示雌雄同体鱼的性别分化和性逆转机制
2.大气科学学院范绍佳教授团队关于夜间大气环境研究成果在Nature Geoscience上发表
3.生态学院王玥副教授揭示气候变化与植物生态位变化的关系
4.海洋工程与技术学院马勇教授团队提出了一种旋转塔式摩擦纳米发电机，实现超高电荷密度的突破
5.先进制造学院吴嘉宁副教授团队赋予连续型机器人更强的环境共融能力
6.公共卫生学院夏敏教授团队揭示肠道菌Flavonifractor plautii改善动脉硬化程度的作用及其机制
7.公共卫生学院（深圳）杜向军教授团队在传染病感染免疫系统生物学研究上取得系列新进展
01
生命科学学院张勇教授团队通过斜带石斑鱼揭示雌雄同体鱼的性别分化和性逆转机制
石斑鱼类隶属鲈形目（Perciformes），鮨科（Serranidae），石斑鱼属（Epinephelus），为暖水性礁栖鱼类，广泛分布于印度洋和太平洋的热带、亚热带海域，是我国和东南亚沿海地区重要的海水养殖鱼类。石斑鱼类属于典型的雌雄同体雌性先熟种类，在其生活史中性别存在由雌转雄的性转变现象。因此，石斑鱼是研究鱼类性别决定与性别分化机制的理想模型，但该生殖特点也给石斑鱼类的遗传改良带来很大困难。
斜带石斑鱼染色体水平的基因组组装和系统进化分析
a.染色体上的基因位置、基因、SNP、基因缺失和重复密度的分布情况；b.斜带石斑鱼系统发育树
张勇团队在绘制斜带石斑鱼全基因组图谱的基础上，比较斜带石斑鱼雌鱼和原发性雄鱼、次发性雄鱼全基因组序列的差异，没有发现性分化相关基因的扩增或缺失，表明斜带石斑鱼性别决定的遗传基础可能与非编码的调控序列或环境因素的变化有关。通过对斜带石斑鱼性腺的原发性分化过程，以及由雌转雄的次发性分化过程的不同时期转录组、雄激素诱导石斑鱼性别转变转录组，社群因素诱导斜带石斑鱼性别转变转录组等分析，发现脑-垂体-性腺轴在石斑鱼性别分化和性别转换过程起着重要的调控作用，揭示了石斑鱼性腺发生与性别分化的分子作用机理，对理解雌雄同体鱼类性别决定机制的形成及进化途径有重要的理论价值，同时对石斑鱼类育种和遗传改良具有重要意义。
近日，该研究以 “Mechanisms of sex differentiation and sex reversal in hermaphrodite fish as revealed by the Epinephelus coioides genome”为题发表在际学术期刊Molecular Ecology Resources上，中山大学为第一作者单位。
来源：中山大学生命科学学院
“张勇团队通过斜带石斑鱼揭示雌雄同体鱼的性别分化和性逆转机制”
02
大气科学学院范绍佳教授团队关于夜间大气环境研究成果在Nature Geoscience上发表
氮氧化物(NOx)是调节地球大气组成的关键活性气体，它可以通过大气化学反应影响一些大气成分的转化和归趋，进而影响到大气环境乃至整个气候系统。NO3自由基作为NOx转化的关键中间态物种，是驱动夜间大气化学反应最重要的氧化剂，它能够影响NOx寿命和臭氧以及颗粒物污染水平，因此探究NO3自由基的生消及演变趋势对于制定有效的污染控制策略和了解NOx对气候的影响至关重要。截止目前，以大气NO3自由基为核心的夜间大气氧化过程还尚未得到充分认识。
近日，大气科学学院院范绍佳教授领衔的南海及周边地区大气环境研究团队与国内外研究团队合作，首次利用全球NOx和O3监测数据，系统评估2014年至2021年全球近地面NO3自由基的生成速率和趋势，揭示了我国是夜间NO3自由基氧化反应的热点区域，并在此期间呈现出十分强劲的增长，而美国和欧洲同期表现出相对稳定甚至小幅下降趋势。这一变化导致了中国夏季NOx的寿命缩短了30%，潜在强烈影响臭氧的形成，并对臭氧和细颗粒物污染协同控制产生政策影响，研究成果以“Increased nighttime oxidation over China despite widespread decrease across the globe”为题于2023年1月26日在线发表于Nature Geoscience。
全球近地面NO3自由基生成速率分布和演变趋势
来源：中山大学大气科学学院
“科研动态 | 范绍佳教授团队关于夜间大气环境研究成果在Nature Geoscience上发表”
03
生态学院王玥副教授揭示气候变化与植物生态位变化的关系
中山大学生态学院副教授王玥联合美国佐治亚理工学院Jenny McGuire团队提出“气候黏性”（Climate Fidelity）以衡量物种追踪气候变化的能力。气候黏性定量计算去除背景环境气候变化影响下的物种生态位的变化程度：高气候黏性的物种，即使气候变化剧烈，物种也能保持生态位稳定，即时追踪气候变化；低气候黏性的物种，尽管气候变化程度微弱，物种也很难追踪气候变化，反而通过改变其生态位来适应新的气候。该研究利用全球古生态数据库Neotoma Database的花粉数据，分析了北美地区最后一次冰期（两万年）以来16个属/科植物的气候黏性和生态位的变化。研究成果以“Plants maintain climate fidelity in the face of dynamic climate change”为题发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS）。王玥副教授为独立第一作者和通讯作者，中山大学生态学院为第一完成单位。
气候黏性示意图。研究分析了过去两万年五个年代区间的植物的生态位的变化，颜色斑块为不同时期植物的生态位，线块为该时期的背景气候特征。示意图以白蜡树属（Fraxinus）为例
研究发现，即使是在剧烈的气候变化下，75%的植物展现出了高气候黏性和稳定的生态位，说明植物普遍具有较好的追踪气候变化的能力。榆属、山毛榉属、白蜡树属、桦属植物的气候黏性较低，推测原因是发生在距今8000-5000年前的病虫灾害影响了这几种植物的扩散和分布区的扩张。研究还发现，扩散能力强、扩散距离远的植物，生态位更稳定，气候黏性更强。这一点特征在距今18000-10000年前气候剧烈变化的时候表现得更为明显。研究结果也暗示，现代北美地区，气候黏性较强的植物多集中在地形复杂、微气候异质性高、但是地理连通性差的地区。这对物种来说是件好事情：多样化的微气候环境方便植物近距离扩散到适宜的生存环境。但是，一旦气候变化程度超过了当地所容纳的气候环境阈值，较差的地理连通性意味着植物很难从本地扩散到其它地区。文章也提醒保护生物学家应对这些地区多加重视，适当地采取措施以帮助物种在这些地区扩散。
来源：中山大学生态学院
“PNAS丨王玥副教授揭示气候变化与植物生态位变化的关系”
04
海洋工程与技术学院马勇教授团队提出了一种旋转塔式摩擦纳米发电机，实现超高电荷密度的突破
作为一种将环境中高熵机械能转化为电能的有效方法，摩擦电纳米发电(TENG)在传感器自供电等诸多领域获得应用。鉴于摩擦纳米发电具有高电压和低电流的固有输出特性，针对高输出性能TENG技术及其作用机制的研究备受国内外学者关注。然而，在TENG实际应用中，低电荷密度和功率输出仍然存在一些重大挑战。
马勇教授团队提出了一种旋转塔式摩擦纳米发电机(RT-TENG)以实现超高电荷密度突破，系统地分析了发电装置的机电耦合性能、电学特性、材料特性以及输出性能，研制了一种电荷激励电路(D-VBC)，通过将电荷注入/储存与放电效应相结合，实现了高输出功率和电荷密度的突破。装置表面电荷密度从457µC m-2增加到22 mC m-2 (48倍)，平均功率密度从41 mW m-2 Hz-1提高到7300 mW m-1 Hz-1。该项工作为改善TENG的电荷密度和功率输出提供了一种新思路和有效解决方案。
RT-TENG的结构设计、工作机制和模拟仿真
该项成果 以“A Rotating Tower-like Triboelectric Nanogenerator for Ultrahigh Charge Density Breakthrough”为题，发表在Elsevier旗下期刊Nano energy上。中山大学海洋工程与技术学院博士研究生赵天聪为第一作者，马勇教授为共同通讯作者之一。
来源：中山大学海洋工程与技术学院
“学术科研 | 我院马勇教授团队提出了一种旋转塔式摩擦纳米发电机，实现超高电荷密度的突破”
05
先进制造学院吴嘉宁副教授团队赋予连续型机器人更强的环境共融能力
上世纪90年代，机器人被分为了连续型、蜿蜒型、离散型三大类。其中，连续型机器人代表了一类能够产生连续变形、具有近似无限自由度的机器人范式。相比于传统的刚性离散型机器人，连续型机器人在空间狭小的非结构化工作场景中展现巨大的应用前景。然而，目前常见的连续型机器人因材料的均一性导致其弯曲变形均为等曲率变形，限制了与不同曲率环境的交互能力。
针对这一研究的局限性，大象的灵巧附器-象鼻提供了绝佳的解决方案。在自然界中，象鼻能够通过肌肉调控的方式实现局部刚化，从而形成一系列伪铰链。在这些伪铰链的作用下，象鼻被分为若干段，从而展现出不同的弯曲曲率来适应多样的操作需求。受象鼻这一生理行为的启发，本研究以张拉整体结构作为连续型机器人的机械结构，通过预编程局部弹性元件刚度的方式，调控了连续型机器人的局部刚度特性。 最终，本研究提出的连续型机器人能够在最少作动单元数量、相同绳索驱动条件下展现出多种可编程的弯曲变形行为，极大地提高了连续型机器人与变曲率环境的交互能力。
该研究以“A pre-programmable continuum robot inspired by elephant trunk for dexterous manipulation”为题，在国际著名机器人期刊Soft Robotics在线发表。该研究由中山大学先进制造学院吴嘉宁副教授为通讯作者，博士研究生张捷为第一作者。
来源：中山大学先进制造学院
“科研进展 | 先进制造学院吴嘉宁副教授团队赋予连续型机器人更强的环境共融能力”
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公共卫生学院夏敏教授团队揭示肠道菌Flavonifractor plautii改善动脉硬化程度的作用及其机制
近日，中山大学公共卫生学院夏敏教授团队在心血管领域国际权威期刊Circulation Research上发表了题为“Flavonifractor plautii Protects Against Elevated Arterial Stiffness”的研究论文，揭示了肠道菌F. plautii通过抑制金属蛋白酶活性降低动脉硬化程度的作用及其分子机制。中山大学公共卫生学院博士研究生骆诗韵、赵雅文为本文共同第一作者，夏敏教授为唯一通讯作者，中山大学公共卫生学院为第一完成单位。
动脉硬度的持续增加，对于心脑血管疾病的早期防治具有重要意义。然而针对传统心血管疾病危险因素的早期干预措施对延缓动脉硬化程度增加的效果十分有限，寻找更加有效的早期防治措施具有重要意义。
本研究首先通过宏基因组——代谢组——表型组多组学联合分析发现Flavonifractor plautii是调节血管硬化程度的关键菌种，其相对丰度在动脉僵硬程度高的人群中显著降低。顺乌头酸是Flavonifractor plautii调节动脉硬化程度的关键效应分子。
接下来，研究团队通过菌粪移植技术建立了肠道菌群紊乱与血管硬化程度升高之间的因果关联，并在菌群人源化小鼠模型和经典的动脉僵硬小鼠模型中验证了Flavonifractor plautii及其关键效应分子通过抑制金属基质蛋白酶活性，减少弹性纤维断裂，抑制血管局部炎症的方式降低动脉硬化水平的作用机制，提示Flavonifractor plautii可能成为维持血管健康与功能的新型益生菌。研究成果不仅揭示了肠道菌群代谢紊乱在动脉硬化水平升高中的作用机制，还为从菌群代谢调控的角度防治心血管疾病提供了新思路和新策略。
Flavonifractor plautii降低动脉硬化程度作用机理示意图
该项成果 以“A Rotating Tower-like Triboelectric Nanogenerator for Ultrahigh Charge Density Breakthrough”为题，发表在Elsevier旗下期刊Nano energy上。中山大学海洋工程与技术学院博士研究生赵天聪为第一作者，马勇教授为共同通讯作者之一。
来源：中山大学公共卫生学院
“夏敏团队揭示肠道菌Flavonifractor plautii改善动脉硬化程度的作用及其机制”
07
公共卫生学院（深圳）杜向军教授团队在传染病感染免疫系统生物学研究上取得系列新进展
宿主和病原微生物相互作用是导致传染性疾病甚至非传染性疾病发生的根源。感染免疫就是研究宿主和病原微生物相互作用的科学。了解宿主与病原体相互作用即感染免疫，对于理解病原体入侵宿主并致病的机制，有针对性药物和疫苗的开发，以及理解病原体演化与流行传播至关重要，是传染病精准防治的基础。
公共卫生学院杜向军教授团队围绕传染病感染免疫系统生物学，综合利用网络科学和统计学习等多学科交叉手段开展一系列探索性研究。为辅助精准疫苗设计以及疫苗策略设计，杜向军教授团队构建抗体库队列，通过高通量测序技术跟踪人群抗体库变化规律，基于高通量抗体测序数据开发抗体特异性分类集成学习模型。另外，通过收集海量的蛋白互作数据，并通过过滤低质量的数据，整合得到高质量的人类蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络（HUPPI-2022）。基于另外一项研究，杜向军教授团队明确正常人群传染病易感性概念，并基于基线正常状态转录组数据构建易感性预测模型（预测准确率达到0.79），进而通过差异表达分析、共表达网络分析和免疫细胞比例分析等一系列系统生物学分析方法发现该现象与中性粒和B细胞相关的基线免疫状况有关，表明宿主基线免疫水平的差异导致易感性差别。
基于网络HUPPI-2022识别的免疫功能相关模块及有症状组和无症状组的免疫细胞比例
2021年12月26日，相关研究以题目“Heavy chain sequence-based classifier for the specificity of human antibodies”在国际期刊Briefings in Bioinformatics上在线发表。2022年10月26日，相关研究以题目“A network view of human immune system and virus-human intersection”在国际期刊Frontiers in immunology上在线发表。2023年1月12日，相关研究以“Susceptibility identification for seasonal influenza A/H3N2 based on baseline blood transcriptome”为题，在国际期刊Frontiers in immunology上在线发表。上述研究由中山大学公共卫生学院（深圳）杜向军教授为通讯作者，硕士研究生王雅琪、博士研究生唐康、博士研究生唐静和硕士生徐秋梅为第一作者，中山大学作为第一完成单位。
来源：中山大学公共卫生学院（深圳）
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