我们的身体具备一套精妙的“智慧指挥系统”，它能够依据我们所承受的压力状况来调节消化系统的工作节奏。2024年12月，云南大学生命科学中心祁斌/单昭课题组合作在Nature Communications上发文揭示了大脑如何通过活性氧信号来影响肠道消化的机制。他们在线虫这一微小的生物模型中发现了全新的消化调控模式——大脑发出“少吃”的指令，肠道随即响应执行。

研究亮点

1.消化开关的操控者——抗氧化蛋白PRDX-2

在嗅觉神经元（AWC）内，PRDX-2承担着清除活性氧（ROS）的重要任务，以维持正常的活性氧水平。一旦PRDX-2缺失，ROS水平便会升高，进而触发大脑向肠道发送“暂停消化”的信号。

2.少吃的“智慧指挥系统”

实验表明，当敲除嗅觉神经元中的PRDX-2后，ROS水平上升，进而诱导神经肽NLP-1的释放。这一过程激活了肠道内的线粒体保护机制，从而降低了食物的消化。这种机制是一种保护性适应反应，有助于减轻细胞的压力。

3.消化调控全新视角

这套“脑肠通信系统”或许广泛存在于动物中。这种大脑-肠道的连接机制可能解释了在压力条件下，身体如何通过减少食物消化来应对细胞应激。这项研究不仅加深了我们对消化过程的理解，还为治疗消化疾病或肥胖提供了新的思路。通过调节神经元中的ROS信号，或许可以开发出新的节食策略。

致谢：衷心感谢Caenorhabditis Genetics Center (CGC)、云南大学杨崇林教授、华中科技大学高尚邦教授以及上海科技大学童夏静教授提供宝贵的线虫株系资源。本研究获得了西南联合研究生院云南省科技专项、科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、云南省基础研究计划、兴滇人才培养计划以及云南大学“双一流”建设等多项经费的支持。

云南大学生命科学学院博士研究生刘亚婷（西南联合研究生院博一）和李倩为该论文共同第一作者，研究生田国精、周欣怡、陈盼盼和陈泊也参与该研究工作。单昭和祁斌为本论文的通讯作者。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55013-3  

温馨提示：祁斌课题组主要从事细菌与宿主互作调控研究，重点关注细菌与宿主消化系统、免疫系统互作, 欢迎感兴趣的同学、博士后加入课题组!

课题组链接：http://www.ynusky.ynu.edu.cn/info/1009/1526.htm

9月5日，西南联合研究生院、云南大学生命科学学院/中心祁斌课题组在eLife以“UPRER–immunity axis acts as physiological food evaluation system that promotes aversion behavior in sensing low-quality food”为题，报道了细胞应激(UPRER-immunity)参与评估食物质量并调整摄食行为的机制。

研究背景及其发现

大家是否曾经遇到过这种情况：看到发霉的苹果或者闻到腐烂的鸡肉，你会立刻产生厌恶感并远离这些食物？其实，这种天生的生存本能不仅存在于我们人类，连微小的线虫(C. elegans)也有类似的机制来评估食物的安全性和质量。尽管我们知道许多动物都有避免食用劣质食物的本能，但细胞应激反应过程是否参与指导动物的摄食行为，一直是个谜。为了揭开这个谜团，祁斌课题组以线虫为模型，建立了低质量食物评估研究体系，进行了一系列实验。

劣质食物引发逃避反应

当线虫暴露于低营养食物（如热灭活细菌）时，它们会迅速开始避免这种劣质食物。这表明线虫能够感知到食物的质量并调整它们的摄食行为。

应激反应途径的激活

进一步的实验显示，线虫食用劣质食物后触发了两种重要的应激反应途径：未折叠蛋白反应（UPR）和先天免疫反应。这些途径的激活对于线虫改变行为并避免取食劣质食物至关重要。

营养物质对摄食行为的影响

有趣的是，在劣质食物中添加乳糖和蔗糖等糖类可以防止应激反应通路的激活。这表明线虫的食物选择可能与特定的营养物质密切相关。

研究意义

了解线虫的食物评估机制不仅有助于揭示动物避免有害食物的生物学机制，还可能为我们人类提供有关饮食习惯和健康的新见解。例如，这一发现可能帮助我们更好地理解人类的饮食选择和健康之间的关系。

科普解读

当线虫遇到低质量食物时，它们的细胞会启动应激反应UPRER(图1)和先天免疫反应，就像我们感到食物不对胃口时的直觉反应一样。这种应激反应会告诉线虫逃避劣质食物，去寻找更好的食物。

https://elifesciences.org/digests/94181/picky-eaters 

图1 .低营养食物（右）激活动物UPRER (hsp-4p::GFP, 线虫发出绿色荧光)，促使动物逃避食物。黄线表示食物的边界。

云南大学生命科学中心博士研究生柳鹏飞为该论文第一作者，博士研究生刘心怡（西南联合研究生院）参与了部分工作，祁斌研究员为论文通讯作者。感谢云南大学生命科学学院单昭研究员对论文的编辑以及实验室所有成员的帮助。本研究得到云南省西南联合研究生院科技专项，科技部国家重点研发计划，国家自然基金，云南省基础研究计划，兴滇人才培养计划，云南大学双一流等经费资助。

快速城市化带来的诸多生态与环境问题对城市可持续性造成严重威胁，城市植被与绿化是提高城市生态系统服务与可持续性的重要手段。探究城市化及城市景观格局演变对植被生长的影响有助于城市植被管理与决策。城市化对植被生长的影响包括直接影响与间接影响。直接影响指不透水面扩张导致的城市植被面积的减少。间接影响体现在城市化带来的城市微环境改变，从而对植被生长带来的促进或抑制作用。当前研究主要关注大尺度城市化对植被生长的间接影响及其驱动机制，对城市化过程中景观格局演变对植被生长的间接影响认识仍不充分。

基于以上背景，云南大学陈利顶团队利用卫星遥感数据和梯度提升回归树模型，以昆明市为例，探究了城市化对植被生长间接影响的时空格局及其对城市景观格局演变的响应。研究发现，2001−2019年昆明市植被生长间接效应平均增长52.0%，然而受城市景观格局的非线性影响，植被生长间接效应在城市尺度上存在明显的时空差异。总体上，相较于其他景观格局特征，斑块的面积和聚集度对植被生长间接影响最大。随着建设用地斑块面积和聚集度增加，植被生长间接效应提高3.1−81.3%，而未利用地与水体斑块面积和聚集度的增加，植被生长间接效应则降低0.7−20.6%。此外，在城市化水平较低地区，植被斑块面积和聚集度的增长有助于缓解城市化对植被生长的负面影响。这些发现对于城市景观格局优化、提升城市碳汇潜力和可持续性具有重要意义。

图1. 城市景观格局对植被生长间接影响贡献度

图2. 城市景观格局对植被生长的非线性间接影响

该成果以“Indirect non-linear effects of landscape patterns on vegetation growth in Kunming City”为题发表于自然出版集团旗下期刊npj urban sustainability。云南大学生态与环境学院博士研究生李泞吕为第一作者，陈利顶研究员为通讯作者。该研究得到了云南省西南联合研究生院科技专项、中国科协青年人才托举工程、云南大学“双一流”建设项目和云南大学第十四届研究生科研创新项目的支持。

（注：陈利顶研究员系西南联合研究生院双聘博导）

国际河流与生态安全研究院陈峰课题组揭示中国南水北调中线水源地汉江过去四个世纪径流变化

近日，云南大学国际河流与生态安全研究院陈峰研究员团队在国际知名学术期刊npj Climate and Atmospheric Science发表研究论文“Role of Pacific Ocean climate in regulating runoff in the source areas of water transfer projects on the Pacific Rim”（https://doi.org/10.1038/s41612-024-00706-1），重建了过去四个多世纪以来中国南水北调中线工程水源地——汉江径流变化，揭示了太平洋气候主导下的环太平洋水利工程源区复合干旱事件驱动机制。

为解决水资源分布与区域经济发展之间的不平衡问题，环太平洋地区开发了许多调水项目，突出的例子包括中国的南水北调工程和加利福尼亚州的调水工程。伴随全球变暖的加剧，环太平洋水利工程源区的干旱频率明显增加，对重要城市群的水安全产生了不利影响。长江及汉江作为我国南水北调中线工程的主要水源，在气候变化作用下干旱导致的不确定性对于工程运行稳定性提出新要求，例如2022年6月的长江流域极端干旱。与此同时，北美洲和南美洲的西海岸干旱频率同样增加。环太平洋水利工程水源地的径流持续减少，加速了区域到大规模的森林退化，并持续破坏了水生生态系统，受影响的地区包括环太平洋一些世界上最重要的灌溉农业和工业区，严重影响了全球供应链。因此，亟需加强环太平洋地区水文气候代用数据和历史资料的研究，以期同步描绘主要水利工程水源地复合干旱事件及其潜在驱动机制，为增强对极端气候事件带来的水资源不确定性的科学理解和规划未来的干旱适应性策略提供数据支撑。

研究团队聚焦上述问题，通过大量野外采集和实验室分析工作提供了公元1580年以来汉江长期径流变化的树木年轮证据，结合美国西南部和智利中部的代用资料，并利用水文气候同化及模拟数据确定影响环太平洋复合干旱事件的驱动机制。研究结果表明，过去四个多世纪汉江流域干旱频发，并与历史文献记录的干旱事件及长江下游径流变化相吻合，对于南水北调中线工程运行稳定性和长三角经济圈发展存在显著影响（图1-2）。基于南北美水文代用资料及古水文气候同化数据（PHYDA）的研究表明，ENSO经向动态变化影响了环太平洋复合干旱事件包括反向以及协同干旱的发生。通常认为，汉江干旱往往与厄尔尼诺现象有关，南北美则与拉尼娜现象有关。然而，当厄尔尼诺现象发生在中西太平洋而东太平洋偏冷时，协同干旱风险同样存在（图3）。通用地球系统模式上千年集合（CESM-LME）结果同样支持这一点，当厄尔尼诺现象发生时，异常高的海温导致热带太平洋东-西向海平面气压梯度减弱，太平洋沃克环流减弱，进而导致东亚夏季风减弱，输送向中国东部北方的水汽明显较少，最终导致南水北调中线水源地汉江流域的干旱发生。此时，东太平洋偏冷的海温异常导致海陆热力差异减弱，与汉江同步呈现大陆向海洋的水汽输送异常，协同干旱出现。我们进一步探讨了未来气候情景下的环太平洋水利工程源区的径流变化预估情况，研究显示径流量存在持续下降的风险，中西厄尔尼诺型海温异常以及协同干旱风险上升（图4）。

包含汉江在内的环太平洋水利工程源区因其地理位置和水资源的战略意义，了解复合干旱尤其是协同干旱的发生规律对于区域供水和粮食生产尤其重要。在全球变暖影响下，环太平洋地区干旱频率和严重程度均有所增加，调水项目作为缓解中国和南北美洲水资源不平衡问题的重要途径，在现代水资源管理规划时必须考虑太平洋气候作用下的复合干旱事件驱动机制。这项研究提供了汉江历史径流变化的长期视角，并更新了环太平洋复合干旱事件驱动机制的综合视角，对地区社会经济发展和供水稳定具有重要意义。

云南大学为该文的第一作者单位，国际河流与生态安全研究院陈峰研究员为论文第一作者和通讯作者，其他参与者包括武汉大学、德国美因茨大学、英国剑桥大学、美国亚利桑那大学、瑞典哥德堡大学、中国科学院大气物理研究所和阿根廷国家科学与技术研究理事会的多位学者。该研究得到了国家自然科学基金委青藏高原地球系统基础科学中心(41988101)、国家自然科学基金（32061123008）等项目共同资助。

论文信息：Feng Chen, Shijie Wang, Qianjin Dong, Jan Esper, Ulf Büntgen, David Meko, Hans W. Linderholm, Tao Wang, Weipeng Yue, Xiaoen Zhao, Martín Hadad, Álvaro González-Reyes, Fahu Chen. (2024). Role of Pacific Ocean climate in regulating runoff in the source areas of water transfer projects on the Pacific Rim. npj Climate and Atmospheric Science. (https://doi.org/10.1038/s41612-024-00706-1)。

图1 径流重建的时空特征。a：树轮采样单和水文站点位置图。b：本研究与美国西南部和智利中部的重建结果分别对应于亚洲、北美和南美网格化上年8至当年7 月PDSI的空间相关模式（1955-2014年）。c：重建的公元1580-2022年汉江径流量，以及11年低通滤波。插图显示了观测期间上年8月实际径流与估算径流的对比。此外，还显示了CMIP6 SSP2-4.5和SSP5-8.5多模式在 "历史"（公元1902-2014 年）和"未来"（公元2015-2100年）期间的模拟径流变化。

图2 历史记录的干旱和洪水事件期间的径流特征。a：公元1580-1955年57次历史洪水、b：公元1580-1955年54次历史干旱、c：公元1955-2014年13次观测干旱和d：公元1955-2014年14次观测洪水的汉江径流重建的叠加历时分析（SEA）结果。虚线和点线分别表示99%和95%的显著性。e：基于树轮的汉江径流重建与长江径流观测数据。

图3 环太平洋水文气候变化与太平洋气候之间的关系。a：PHYDA中所有年份的 SST 和 PDSI 的合成异常，对应于中国汉江的干旱状况以及美国西南部和智利中部的湿润状况。b：PHYDA中与中国汉江、美国西南部和智利中部共同干旱相对应SST和PDSI的合成异常。PDSI和SST数据为1580-2000年期间的异常值。c：CESM-LME中与中等ENSO经向指数（ELI）条件相应年份的降水和850hPa水蒸汽输送异常的复合数据（矢量，其中uq和vq乘以1000）。降水和水汽数据是1580-2005年期间的异常数据。d：低ELI条件下的类似复合数据。

图4 CMIP6对中国汉江、美国西南部和智利中部水文气候变化的未来预估。a：汉江流域径流重建、观测和CMIP6预估的核密度分布图。b：在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下，2023-2100年期间汉江流域（HJRB）、美国西南部（SWUS）和智利中部（CC）的未来径流变化。垂直虚线代表各自的平均值。c：在重建、CESM-LME和CMIP6未来情景下，汉江干旱条件下其他两个地区中至少有一个发生干旱的概率。d：c中涉及年份汉江流域、美国西南部和智利中部地区径流变化的盒须图。e：在重建、CESM-LME和CMIP6未来情景中，所有厄尔尼诺发生情况下的中低ELI概率。

近日，由云南师范大学祝光涛团队联合云南大学彭城团队在国际知名期刊《Plant Communications》（植物科学TOP期刊，IF=10.5）在线发表了题为“The haplotype-resolved T2T genome assembly of the wild potato species Solanum commersonii provides molecular insights into its freezing tolerance”的研究论文。该论文首次完成对杂合二倍体马铃薯两套单倍型端粒到端粒（T2T）基因组的构建，并揭示了此马铃薯种耐冻性的分子机制。

马铃薯是全球最重要的块茎粮食作物，在我国是粮、菜、饲兼用型作物，在保障国家粮食安全和蔬菜供应中发挥了重要的作用。马铃薯在我国各大产区都有种植，但栽培种喜凉但不耐冻，极易受到寒潮天气的影响，一旦发生冻害，损失严重。马铃薯野生种S. commersonii 具有极佳的耐冻性，能够抵御-4.5℃的长时间低温寒潮。但其与栽培种存在着较长时间的分化，基因组序列差异较大，现有的基因组无法满足对此材料的遗传解析，为此本项目对此野生种进行了参考基因组水平的解析。后期通过对野生种的遗传解析和种质创新，将有望大幅提升栽培马铃薯的耐冻性。

图1 两套单倍型中的端粒、亚端粒和着丝粒的分布及Hap1 中的 SNP、基因和转座子（TE）的分布

图2 S. commersonii 和其他茄属物种之间基因家族进化的系统发育和演化

图3 S. commersonii（CM）和栽培物种（DM）在冷冻处理后的表型变化及转录分析

云南师范大学研究生冯杨（西南联合研究生院）和云南大学生命科学学院研究生周杰为论文共同第一作者，云南师范大学马铃薯科学研究院祝光涛教授和云南大学生命科学学院彭城研究员为论文共同通讯作者，本研究得到了国家重点研发计划（2022YFF1002500）、广东省基础与应用基础研究重大项目（2021B0301030004）和云南省基础研究项目（202401AS070131）的支持。

病原菌能够靶向V-ATPase，抑制溶酶体酸性和融合，从而导致溶酶体功能障碍。然而，细胞能否检测到功能失调的溶酶体并启动免疫反应的机制尚不清楚。2024年4月28日，云南大学生命科学中心祁斌课题组在Cell Reports上以“Lysosomal dysfunction by inactivation of V-ATPase drives innate immune response in C. elegans”为题，报道了溶酶体功能紊乱（V-ATPase失活）激活先天免疫的机制。

1. 建立筛选体系：之前的研究表明，铜绿假单胞菌PA14感染线虫时，会特异诱导irg-1基因的表达，帮助宿主对抗感染。为了寻找响应PA14感染的潜在调控因子，研究者采用irg-1p::gfp作为报告基因进行全基因组RNAi干扰筛选，结果发现V-ATPase功能失活可以抑制PA14对irg-1的诱导激活。

2. 筛选结果解读： V-ATPase功能失活（RNAi）后，PA14感染无法激活irg-1免疫通路，因此动物很可能无法有效抵抗病原菌。实验证实与假设相反，V-ATPase功能缺失突变体（vha）却能够抵抗PA14感染。根据能量守恒定律，动物在面对病原菌感染时会进行最优的能量分配以抵御感染。因此，研究者推测vha突变后可能激活了其他免疫信号，导致没有足够的能量来激活irg-1免疫通路。

3. 阐明机制：为了解析V-ATPase调控先天免疫的机制，研究者进行了IP-MS实验分析，发现V-ATPase与调节UPRmt反应的关键转录因子DVE-1相互作用。V-ATPase功能受损时，溶酶体活性下降，DVE-1在细胞核中的积累显著增加，诱导激活UPRmt反应。UPRmt反应进一步激活先天免疫相关基因的表达，增强宿主对病原菌感染的抵抗能力。此外，研究还发现V-ATPase功能缺失会导致动物消耗更多的能量以对抗感染，但这可能以发育为代价。

综上，本研究采用秀丽线虫—铜绿假单胞菌互作模型，深入解析病原菌感染条件下，动物是如何感知溶酶体受损信号并将信息传递给线粒体进而启动先天免疫的科学问题，同时也从能量守恒角度解读了能量分配在调控免疫通路中的重要角色，为理解免疫系统的复杂性提供了新的视角。

云南大学生命科学中心博士研究生浦雪飘为该论文的第一作者。祁斌研究员为论文通讯作者。

本研究得到云南省西南联合研究生院科技专项，科技部国家重点研发计划，国家自然科学基金，云南省基础研究计划，云南大学双一流等经费资助。感谢北京大学刘颖教授，南方科技大学王晓晨教授，云南大学杨崇林教授分享线虫株系；南方科技大学王晓晨教授，云南大学杨崇林教授、单昭研究员对于课题的建议；云南大学蛋白质组平台武旭娜研究员提供蛋白质组服务；实验室蔡蓉在显微注射中的帮助。

祁斌课题组主要从事细菌与宿主互作调控研究，重点关注细菌与宿主消化系统、免疫系统互作，自2019年10月成立实验室，研究成果以通讯作者发表在Cell Reports (2004, 2023), eLife (2024), Nature Communications (2024), Cell Host & Microbe (2022)等期刊。现因发展需要，长期诚聘博士后。有兴趣加入课题组的同学，请联系：qb@ynu.edu.cn 。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114138

（注：祁斌研究员系西南联合研究生院双聘博导）

近日，云南大学国际河流与生态安全研究院陈峰研究员，联合中国科学院大气物理研究所、中国科学院地理科学与资源研究所、南京信息工程大学、德国美因茨大学、英国剑桥大学、瑞典斯德哥尔摩大学、瑞典哥德堡大学、美国亚利桑那大学和阿根廷国家科学与技术研究理事会的相关合作者在Science Bulletin期刊发表了题为“Coupled Pacific Rim megadroughts contributed to the fall of the Ming Dynasty’s capital in 1644 CE”研究文章，重建了过去五个世纪首都北京降水变化，揭示了中国北方地区明末特大干旱对社会文明发展的影响和以太平洋海表温度变化为主导的驱动机制新视角。

特大干旱因范围广和强度大对人类社会和自然生态系统造成严重破坏，尤其对以发展农业经济为主的古亚洲文明演化进程具有重要影响。明朝是中国政治社会发展的黄金时期之一，其对现代文明产生了深远影响。明朝灭亡的原因复杂，且受多方面问题共同影响，社会动荡、政治腐败和饥荒瘟疫肆虐等因素相互作用更是加速了其崩溃进程。然而，在气候方面历史文献记录的明朝末期特大干旱因缺乏广泛的代用记录在强度范围和持续时间上存在争议。尽管许多气候重建和数值模型已被用于解决触发和维持明末特大干旱的驱动机制，但相关过程仍不明晰。同时，小冰期低温背景和弱东亚夏季风以及外强迫等因素如何协同作用对特大干旱产生影响仍存在较大的不确定性，中国南北方干旱的空间格局是否存在一致性仍然悬而未决。因此，亟需加强水文气候代用数据和历史资料的研究，以期同步描绘环太平洋地区长期视角中的特大干旱事件并解析潜在原因，为增强对极端气候事件的科学理解和规划未来的干旱适应性策略提供数据支撑。

研究团队聚焦上述问题，通过大量野外采集和实验室分析工作提供了公元1576-1593年和公元1624-1643年中国北方持续特大干旱的树木年轮证据，并利用通用大气环流模式开展数值敏感性试验确定了影响明末特大干旱的驱动机制，揭示了明末特大干旱和社会文明进程的联系。研究结果表明，公元1576-1643年间中国北方多次区域性干旱事件属于环太平洋地区协同特大干旱的组成部分，其对明末的社会稳定和经济发展造成了极其不利影响，同时加剧了地缘政治和军事压力（图1）。特别是季风边缘区生产力下降和能源物质资料供应减少破坏了明朝社会生态系统的复原力。此外，明朝灭亡与白银进口的减少显示出潜在关联，十七世纪全球范围内的频繁战争和饥荒导致明朝白银危机和粮食价格上涨（图2）。基于过去千年海表温度变化资料和通用大气环流模式（CAM5）模拟试验数据的研究显示，这一时期在东太平洋拉尼娜型长期冷海表温度异常和西北太平洋维多利亚型海表温度异常的协同作用下，热带辐合带减弱南移，同时菲律宾反气旋异常减弱，这些环流变化共同导致东亚夏季风环流减弱，输送向中国东部北方的水汽明显减少，最终导致了华北地区的长期特大干旱。机制分析同时显示这样的海表温度异常也导致了北美和南美季风区严重的干旱状况。我们进一步对比分析了多个气候系统模式对过去千年的模拟结果，研究显示内部变率很可能是驱动太平洋海表温度变化并引起中国北方以及美洲广大季风地区降水减少的主要原因（图3）。

以京津冀为主的城市群因其地理位置和庞大需水量，受到干旱和缺水的严重威胁。在全球变暖影响下中国北方季风区干旱频率和严重程度都显著增加，南水北调水利工程是缓解京津冀地区水资源短缺的重要途经。在现代水资源管理规划时必须充分考虑极端气候事件的潜在影响。这项研究更新了中国北方特大干旱驱动机制的全球视角，对环太平洋地区社会经济发展具有重要意义。

云南大学陈峰研究员和中国科学院大气物理研究所王涛研究员为共同第一作者，云南大学陈峰研究员为通讯作者。该研究获得国家自然科学基金委青藏高原地球系统基础科学中心(BSCTPES，41988101)和国家自然科学基金（32061123008）的共同资助。

图1.首都北京过去五个世纪降水量变化重建。（a）研究区域图显示了树木年轮采样点和气候站的位置。不同等级红色阴影带表示了首都北京的树木年轮宽度年表与1914-2021年中国北方地区8-7月降水量网格化数据集空间相关分布。值得注意的是，华北平原地区树木年轮区域年表与降水量网格化数据集的正相关关系。（b）1870-2022年全球海洋表面温度与首都北京的树木年轮宽度年表空间相关分布。（c）重建的8-7月首都北京总降水量变化（1550-2022 年）。显示的绿色（降水量>508 mm）和棕色（降水量<508 mm）条棒为重建降水量分布，其中11年滑动平均值（粗黑线）以重建降水量的长期平均值（水平黑线）为基准中心。万历和崇祯疫病大流行用黑色竖条棒表示，降水量的不确定性用灰色条棒表示（±1个标准差）。（d）来自于年分辨率旱涝等级数据集的1550-1995年中国华北和中东部地区干湿指数序列。（e）重建降水量的50年和100年滑动方差分布。（f）首都北京树木年轮宽度年表的群体表达信号变化和树芯样本量分布。

图2.1570 年至 1644 年环太平洋地区的区域水文气候记录变化。（a）导致明朝灭亡的政治、经济和社会因素的复杂相互作用。插图显示了归一化植被指数的累积分布函数，南美洲波托西银矿的白银产量和年分辨率的中国历史时期战争频率分布。绘制的不同时期累积分布函数主要包括了重建期（1550-2022年）、仪器期（1981-2015年）和两个特大干旱时期（1576-1593 年和1624-1643年），不同颜色平滑线是累积分布函数的对数正态拟合，注释的数字为不超过1981-2015年平均的归一化植被指数概率。（b）1576-1643年重建的海温（单位：°C）与1550-1850年的平均值距平变化。数字1、2、3和4分别表示明末北方农民起义、1618-1683 年的明满战争、1592-1598 年的东亚战争和1618-1648 年的欧洲三十年战争。（c）本研究的北京降水量重建序列。（d）中国北方地区若干树木年轮宽度年表和首都北京树木年轮区域年表的PC1。（e）北美洲西南部夏季土壤水分重建。（f）南美洲高原地区干旱重建。（g）北半球夏季温度重建。

图3. 重建和模拟的气候异常。(a)过去千年重建资料展现的1576–1643年海表温度异常（小冰期1550-1850为参照时期）。1576–1643年海表温度异常强迫下，通用大气环流模式（CAM5）模拟的（b）海平面气压变化（单位:hPa）,500百帕位势高度场变化（单位:m）,850百帕环流场变化（单位:m/s），以及降水变化（单位:mm/d）。打点及灰色区域表示敏感性试验和参照试验的差异通过90%显著性水平。

（注：陈峰研究员系西南联合研究生院双聘博导）

“中国地理科学十大研究进展”反映了我国地理科学领域前沿和最新发展，鼓励地理学者开展创新研究，引领中国地理学家为科技进步、国家发展和实现可持续发展目标做出更大贡献。评选成果要求具有创新性、先进性、重大学术价值、应用前景或良好的社会效益。根据遴选实施办法，经中国地理学会会士和常务理事及本会所属分支机构推荐、形式审查、遴选专家组初评和终评，遴选出“长江模拟器研发及其应用”等10项成果为2023年度中国地理科学十大研究进展。我校陈峰研究员成果“过去千年高亚洲水塔对东南亚文明演化影响”有幸入选 。

源于青藏高原的大江大河对全球一半以上人口的福祉至关重要。准确量化气候变化背景下青藏高原水资源变化，科学研判未来河流径流量变化趋势，是水资源有效利用的基础与前提。然而，由于青藏高原气候和地形复杂，观测和模型结果不确定性大，长期以来限制了该问题的深入研究，进而限制了水资源变化对流域人类文明兴衰的认识。云南大学陈峰研究员联合国内外团队，基于青藏高原南部树木年轮宽度数据，重建了过去千年来雅鲁藏布江、湄公河和萨尔温江的总径流量变化，并结合相关模式预测了未来径流量的变化趋势。结果表明，（1）青藏高原径流量与流域下游旱季植被生产力显著正相关，指示青藏高原径流量对东南亚生态和社会系统功能的重要性；（2）青藏高原径流量在流域文明演化进程中扮演了重要角色，中世纪暖期丰沛的河流水资源促进了蒲甘王朝崛起和吴哥窟修建，而小冰期水资源较少与缅甸衰弱和吴哥窟废弃相对应，这为东南亚文明演化研究提供了新的视角；（3）研究还发现北大西洋多年代际变率和太平洋十年涛动是引起过去千年径流量变化的重要气候系统内部变率，考虑驱动因素影响的预测模型结果显示，未来青藏高原流入东南亚和南亚的径流量可能达到甚至超过中世纪暖期丰沛水资源的水平。相关成果于2023年发表于Nature Geoscience等国际权威期刊，在国内外引起了广泛关注。该研究通过打通学科界限，推动了对“全球变化和区域人类活动驱动下青藏高原地球系统链式响应”这一科学问题的理解。

图1 a: 过去千年来雅鲁藏布江、湄公河和萨尔温江的总径流量变化。b: 径流量重建序列与1982-2019年4-5月旱季NDVI数据之间的相关性。c:高亚洲跨境流域各系统对径流变化响应的概念模型

云南大学为该成果的第一完成单位。研究成果的主要完成人包括：云南大学国际河流与生态安全研究院陈峰研究员、何大明教授等。该研究得到了国家自然科学基金委青藏高原地球系统基础科学中心(41988101)、第二次青藏高原科学考察（2019QZKK010206）等项目的共同资助。

（注：陈峰研究员系西南联合研究生院双聘博导）

2024年4月22日，云南大学生命科学学院赖凡/党云琨研究团队在《自然—结构与分子生物学》（Nature Structural & Molecular Biology）期刊上报道了题为“Transcription directionality is licensed by Integrator at active human promoters”（ 整合子复合体在转录方向性选择中的关键作用）的研究论文。

该研究利用生长素诱导的快速降解系统首次发现了整合子蛋白复合体（Integrator）在转录活跃基因方向性选择中的决定性作用。对长期以来基因表达如何确保编码基因方向为正常的转录方向这一科学问题做出了解释。

转录起始是真核生物基因表达精密调控的首要步骤，起始过程中转录方向的正确识别是分子生物学中的基本问题之一。长期以来，领域内普遍认为，启动子DNA序列与转录机器中各种蛋白结合的方向性导致基因表达的单向性。但是，近年来发现的基因启动子区可以招募一对方向相反的转录机器，向两个相反方向合成新生RNA的现象，对基因表达的单向转录理论带来了挑战[1-3]。“如何确保编码基因方向为正确的转录方向？”成为了真核生物转录领域一个悬而未决的重要问题。目前唯一的假设认为，位于启动子上游的聚腺苷化位点(PAS)可以抑制并提前终止反向转录；基因转录方向上的U1结合位点则抑制了聚腺苷化位点的功能，从而允许pre-mRNA的高效转录[4]。但是，因为长期以来缺乏调控或影响方向性机制的报道，目前并不清楚U1结合位点通过何种方式实现正确转录方向的抉择，制约了该方向的研究进展。

本研究中作者利用生长素诱导的快速降解系统发现，敲降整合子复合体中的内切酶亚基，导致大多数基因启动子区反向转录本(PROMPT)的大量积累。与此同时，反向转录本的积累导致基因表达方向转录活性降低（图1a-b）。进一步的研究表明，整合子的快速敲降不影响转录机器的装载，而是与转录方向性的选择直接相关（图1c）。

图1. a, Western blot检测INTS11在500µM IAA处理不同时间点的敲降情况。b, 热图表示在INTS11敲降前后ChromRNA-seq数据中7070个基因的变化情况。红色表示上调，蓝色表示下调。c, INTS11敲降前后PROMPT或基因区域RNAPII的变化。Total表示PROMPT和基因信号的总和。

Integrator是在转录过程中与RNAPII直接相连的关键蛋白复合体，在转录过程中具有单链RNA内切酶和蛋白磷酸酶的功能[5]，但其调控转录的作用方式和分子机制还很不清楚。文章作者分别利用内切酶亚基E203Q突变体研究缺失内切酶活性，单链寡核酸（gapmer ASO）模拟酶切活性，以及表达参与pre-mRNA加工的蛋白CPSF3作为对照等手段，确立了Integrator复合体，特别是其核酸内切酶功能在调控方向性过程中的普遍性、重要性和特异性。

在分子机制方面，作者团队利用基因编辑的手段，发现Integrator复合体调控转录方向性与U1 snRNA在基因转录单元内结合位点的分布直接相关。在染色体上广泛存在的U1 snRNA通过与新生转录本的U1结合位点结合，抑制Integrator的内切酶功能。由于U1结合位点在启动子上下游的分布存在显著差异，在基因转录方向限制了Integrator内切酶活性的同时，迅速剪切在启动子上游的新生转录本，并利用细胞核内丰富的核酸降解途径，在转录单元内完成方向性的选择。

综上所述，作者用完整的实验数据和清晰的逻辑揭示了真核生物转录机器在转录起始阶段正确选择基因方向转录的分子机制。对大多数转录活跃基因，由于启动子上游缺少U1结合位点，可以通过Integrator快速清除反向转录本，抑制错误方向转录的进程；而基因方向，Integrator的酶切活性受到由U1介导的特异抑制，从而保证RNAPII高效合成pre-mRNA。该研究不仅突破了领域内对于转录方向性调控的基础认知，而且对生物化学与分子生物学、遗传和发育的基础理论，医学和药物研发的设计原则都具有重要的指导意义。

云南大学生命科学学院博士研究生杨娇和李敬阳为本文共同第一作者，云南大学生命科学学院党云琨和赖凡研究员为本文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委、云南省科技厅、云南大学双一流等经费资助。

赖凡实验室主要利用基因编辑与快速敲降系统，研究转录过程关键因子调控基因表达的分子机制以及在疾病中的应用。长期招聘细胞生物学、生物化学与分子生物学方向研究助理教授、博士后以及博士研究生。实验室具有优越的科研条件、薪酬待遇和发展前途。联系方式：fanlai@ynu.edu.cn.

相关论文信息：

https://www.nature.com/articles/s41594-024-01272-z

参考文献

1.Core, L.J., Waterfall, J.J., and Lis, J.T. (2008). Nascent RNA Sequencing Reveals Widespread Pausing and Divergent Initiation at Human Promoters. Science 322, 1845-1848.

2. Seila, A.C., Calabrese, J.M., Levine, S.S., Yeo, G.W., Rahl, P.B., Flynn, R.A., Young, R.A., and Sharp, P.A. (2008). Divergent transcription from active promoters. Science 322, 1849-1851. 

3.Preker, P., Nielsen, J., Kammler, S., Lykke-Andersen, S., Christensen, M.S., Mapendano, C.K., Schierup, M.H., and Jensen, T.H. (2008). RNA exosome depletion reveals transcription upstream of active human promoters. Science 322, 1851-1854.

4.Almada, A.E., Wu, X., Kriz, A.J., Burge, C.B., and Sharp, P.A. (2013). Promoter directionality is controlled by U1 snRNP and polyadenylation signals. Nature 499, 360-363.

5.Zheng, H., Qi, Y., Hu, S., Cao, X., Xu, C., Yin, Z., Chen, X., Li, Y., Liu, W., Li, J., et al. (2020).

Identification of Integrator-PP2A complex (INTAC), an RNA polymerase II phosphatase. Science 370.

（注：赖凡研究员系西南联合研究生院双聘博导）

食物对于动物（包括线虫）在自然中的生存和种群调节至关重要。在进化过程中，食物的利用和偏好作为适应性力量发挥着重要作用。为了有效地获取食物，动物进化出了复杂的神经系统，以感知食物并引导摄食行为。一旦食物进入消化道，它将被消化成基本营养物质，为动物提供能量。强大的消化系统对于动物至关重要，因为它能够消化各种来源的食物，从而提高其在自然环境中的生存能力。

在地球上的多细胞生物中，线虫约占80％，在众多生态系统中发挥着重要的作用。线虫可能之所以能维持庞大的种群，是因为它们具备强大的消化系统，能够有效消化复杂食物。因此，线虫是研究食物消化机制的理想动物模型。然而，目前人类仍然不清楚哪些信号激活了动物的消化系统。在先前研究中，团队利用秀丽线虫作为模式生物建立了食物消化的研究模型，且发现细菌膜蛋白通过宿主神经－免疫来激活动物食物消化系统的机制（Cell Host Microbe 2022），为了进一步发现是否还有其他细菌信号激活食物消化，团队开展了本项研究。

1. 细菌肽聚糖激活线虫消化：团队之前的研究已经证明低质量食物（Heat-killed E. coli）能够促进线虫消化腐生葡萄球菌（SS)，为了找到细菌激活消化的信号，通过筛选大肠杆菌突变体，团队发现细菌肽聚糖（PGN）合成突变体不能激活动物去消化，进而提取细菌PGN与SS混匀发现，细菌PGN可直接激活线虫消化利用SS。

2. PGN-BCF-1互作调控UPRmt激活线虫的消化：为找到PGN激活线虫消化具体机制，团队分析了大肠杆菌结合蛋白和PGN结合蛋白的交集，进行RNAi筛选找到影响消化的宿主因子bcf-1，并进一步发现PGN能与BCF-1直接互作。细菌肽聚糖已被证明通过作为ATP合酶激动剂和抑制线粒体未折叠蛋白应答（UPRmt）来促进线粒体内环境稳态，那么UPRmt是否参与了线虫的食物消化？通过后续实验，研究人员证明PGN通过与BCF-1互作，调控神经肽NLP-3的释放抑制UPRmt，促进线虫食物消化。

3. PGN-BCF-1信号轴促进线虫更好地适应环境：食物利用对动物在自然中的存在起着至关重要的作用，因此强大的食物消化能力，可能促进动物在环境中的适应能力。团队发现在复杂食物环境下，野生型线虫具有强大食物消化能力，进而线虫能快速生长，并且种群数激增，增强它们在自然界中的适应能力，相反bcf-1突变体适应环境能力下降。

综上，团队通过找到一种新的激活食物消化的分子－细菌PGN，证明PGN-BCF-1的相互作用作为“触发食物消化的信号”，提高动物在自然界中的食物利用率，从而增强动物适应性。

云南大学生命科学中心的硕士研究生郝凡锐和刘慧敏为该论文的共同第一作者，祁斌研究员为论文通讯作者。本研究得到云南省西南联合研究生院科技项目，科技部国家重点研发计划，国家自然科学基金，云南省基础研究计划，云南大学双一流等经费资助。同时也感谢云南大学生科院Leonard Krall，单昭对论文的编辑以及实验室所有成员的帮助。

温馨提示：祁斌课题组主要从事细菌与宿主互作调控研究，现主要集中在宿主分泌蛋白与细菌互作，细菌与宿主消化系统互作，自2019年成立实验室，研究成果以通讯作者发表在Nature Communications (2024), eLife (2024), Cell Reports (2023), Cell Host & Microbe (2022）等期刊。现因发展需要，长期诚聘博士后、助理研究员，如有兴趣加入课题组，请联系：qb@ynu.edu.cn。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-47530-y

（注：祁斌教授系西南联合研究生院双聘博导）