科研动态 | 东林近期科研情况速览

SCIENTINIC东北林业大学科研情况速览

2022年4月16日

我校科研团队为区域陆地生态系统碳动态评价提出新方法

2022年4月18日

我校团队量化了东北虎豹国家公园虎豹数量的恢复潜力

2022年4月24日

东北亚生物多样性研究中心在冻融对土壤微生物多样性及和功能的影响方面取得系列进展

2022年4月25日

我校承办的2022年金砖国家网络大学年会生态和气候变化分论坛顺利举行

2022年4月25日

我校生命科学学院科研团队在Nature Communications上发表论文

2022年5月10日

国重室最新研究揭示了低磷信号快速诱导杨树不定根发生的调控机制

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我校科研团队为区域陆地生态系统碳动态评价提出新方法

4月13日，我校工程技术学院邢艳秋教授团队在国际顶级期刊《Resources,Conservation & Recycling》（中科院一区，IF：10.204）上发表了题为“Effectsof land use and cover change (LUCC) on terrestrial carbon stocks in China between 2000 and 2018”的研究性论文，表明农林活动对陆地生态系统产生明显的碳汇。

近几十年来，由于快速的城市化、农业发展和一系列“植树造林”、“退耕还林”、“天然林保护工程”等区域发展和生态保护政策的实施，我国土地利用发生了显著的变化，对国家生态与环境状况以及区域气候变化产生了重要影响。因此，准确评估土地利用变化对陆地碳收支的影响具有非常重要的意义。该论文分析了2000-2018年土地利用变化的主要时空特征、区域差异规律以及驱动因素，揭示了我国土地利用变化具有明显的时空差异，阐明了土地利用变化是人类活动和自然因素共同驱动的结果。另外，论文提出了结合bookkeeping模型和过程模型的方法定量估算土地利用变化对我国陆地生态系统碳储量的影响，研究发现，农林活动对陆地生态系统产生明显的碳汇。最后，文末建议采取有效措施来调整土地利用结构，改善对土地利用的管理，减缓碳排放，以更好的实现“双碳”目标。

相关成果图

2000-2018年土地利用变化图

2000-2018年中国陆地生态系统碳储量变化02

我校团队量化了东北虎豹国家公园虎豹数量的恢复潜力

4月14日，姜广顺教授团队在国际期刊《Conservation Science and Practice》（JCR Q1区）上在线发表了题为《Conservation potentials and limitations of large carnivores in protected areas: a case study in Northeast China》(https://conbio-onlinelibrary-wiley-com-s.webvpn.nefu.edu.cn/doi/10.1111/csp2.12693)的论文。该研究将2019年东北虎豹国家公园内监测到的26-27只成年东北虎和49-59只成年东北豹作为当前参考数量，分别基于公园的空间面积、当前猎物数量和猎物环境容纳量，按照性别均衡原则评估出东北虎豹国家公园可支持成年东北虎数量分别为55只、90只和101只，东北豹为95只、356只和572只，量化了东北虎豹国家公园虎豹数量的恢复潜力。

图1东北虎豹当前数量及基于空间面积、当前猎物数量和猎物环境容纳量可支持虎豹种群数量

图2基于猎物环境容纳量支持的东北虎豹种群密度空间分布预测

根据该项研究结果，目前东北虎豹国家公园东北虎豹的年度统计数量仍然较低，对东北虎而言，即使东北虎种群数量恢复到评估最多数量的101只，由于种群性别结构比例的限制，该种群也达不到国际专家提出的“在当前环境压力下维持独立可持续生存的野生东北虎种群至少需要83只繁殖雌虎（Chapron et al. 2008）”的标准。因此，需要进一步恢复和提升公园内猎物数量和植被质量，同时加强生境斑块的连通性，形成保护地网络，促进虎豹种群向公园外部扩散，发挥虎豹公园的种群作为中国虎豹种群恢复的源种群作用。

此外，2022年4月11日姜广顺教授团队在国际期刊《Integrative Zoology》（中科院Q1区TOP期刊）上发表题为《Individual automatic detection and identification of big cats with the combination of different body parts》（https://onlinelibrary-wiley-com-443.webvpn.nefu.edu.cn/doi/full/10.1111/1749-4877.12641）的论文。该成果表明，不同身体部位花纹的组合可以提高个体识别的准确性，但并不是身体花纹取样部位的数量越多识别准确率就越高。

该研究结果表明，大型猫科动物不同身体部位的组合可以提高个体识别的准确性，3个身体部位的组合时识别精度达到最高，可达95.55%，而不是身体部位的取样数量越多准确率就越高。该研究为大型猫科动物个体智能识别技术的发展提供了重要参考，其成果可应用于猫科动物种群动态的长期监测。

图3花纹识别算法过程示意图这两篇论文量化了东北虎豹国家公园虎豹数量的恢复潜力，发现了东北虎个体智能识别的最佳花纹组合。论文的第一作者分别为我校出站博士后史春妹和博士研究生温都苏，姜广顺为通讯作者。
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东北亚生物多样性研究中心在冻融对土壤微生物多样性及和功能的影响方面取得系列进展

近日，我校东北亚生物多样性研究中心冯富娟团队在土壤学领域经典期刊《Soil Biology and Biochemistry》（中科院1区，TOP）和《Catena》(中科院1区，TOP)上相继发表题为“Meta-analysis of the impact of freeze–thaw cycles on soil microbial diversity and C and N dynamics”和“Fungal Community Diversity Dominates Soil Multifunctionality in Freeze-Thaw Events”的研究论文，分别从全球数据整合分析和实验验证的角度连续报道了冻融对土壤微生物多样性及所介导的碳氮循环功能产生的显著影响。

土壤微生物的多样性是生物多样性的重要组分部分，其多样性的维持对于陆地生态系统生物地球化学循环的平衡具有重要意义。目前，全球变化是否会导致微生物多样性的减少仍存在不确定性。伴随全球气候变暖，积雪格局的变化及由此引发的土壤温度、湿度和冻融循环频率的敏感响应是全球气候变化研究中的热点。冻融模式的激烈变化不但会对微生物造成的直接的物理损伤，还进一步引起了微生物分布的生态位分异，对微生物量、群落组成和多样性产生了复杂的影响，这些变化很可能会进一步影响其介导的养分元素循环功能。

课题组通过Meta分析从全球61项已发表的研究中收集了546个观测数据，以揭示全球范围内冻融对微生物群落其驱动的碳氮动态的潜在影响。分析结果表明：冻融没有引起微生物α多样性的降低，但使土壤微生物量发生了极为显著的降低，微生物群落结构也发生了明显的变化。冻融还导致微生物的碳氮代谢功能降低了6%，pH、含水量的变化是对微生物产生影响的关键因子，最后对微生物群落结构与功能变化的关系进行了系统分析。

图1土壤微生物群落特性驱动C、N动态的概念模型

在此基础上，课题组成员依托于黑龙江省漠河森林生态系统国家定位研究站，采用人工模拟冻融的方法展开了试验性的研究，探究了冻融对土壤微生物多样性及多功能性的影响效应及二者间关系。研究发现：相较于细菌，真菌群落多样性对冻融事件响应更敏感。真菌的群落组成、α, β多样性指数、共生网络关系的复杂性在冻融中均发生了显著变化，而细菌群落的变化不显著。冻融对土壤多功能也产生了显著影响，真菌多样性指数是土壤多功能的主要预测因子，土壤非生物因子的变化和真菌群落网络的复杂性也会影响土壤微生物多样性与多功能的关系。

图2冻融对土壤微生物群落及土壤多功能的影响该研究得到了国家自然科学基金、及中央高校的基本科研业务经费的资助，博士研究生刘明慧和季喜梅分别为第一作者。目前，研究团队正在开展野外原位控雪实验，将进一步验证和补充冻融对土壤微生物多样性及其功能的影响机制。04

我校承办的2022年金砖国家网络大学年会生态和气候变化分论坛顺利举行

“未来地球对策：碳中和与气候变化应对”国际研讨会暨2022年金砖国家网络大学年会生态和气候变化分论坛于4月20日至21日在线上顺利举行。论坛由我校林学院和国际合作处共同承办，来自俄罗斯人民友谊大学、巴西里约热内卢联邦大学、复旦大学、浙江大学、华东师范大学、北京师范大学、海南大学、河海大学以及我校在内的9所高校的12位专家和学者在大会上做了精彩报告，来自巴西、俄罗斯、印度、中国和南非等金砖国家网络大学成员高校代表100余位专家学者参加了分论坛。

2022年金砖国家网络大学年会生态和气候变化分论线上顺利举行

金砖国家网络大学（BRICS Network University）于2015年7月金砖国家领导人第七次峰会上宣布成立，主要在能源、计算机科学和信息安全、金砖国家研究、生态和气候变化、水资源和污染治理、经济学等六个优先合作领域开展交流研讨。中国是2022年金砖国家轮值主席国。4月20日至21日，2022年金砖国家网络大学年会以线上线下相结合的方式在北京召开。本次年会以“构建一流大学间伙伴关系，助力金砖国家可持续发展”为主题，围绕上述六个优先合作领域设置主论坛和平行分论坛，共同探索金砖国家高等教育合作与可持续发展。我校承办了本次年会生态和气候变化分论坛。

2022年金砖国家网络大学年会开幕式

生态和气候变化分论坛于4月20日开始，会议由我校林学院生态研究中心周旭辉教授主持。周旭辉教授对会议主旨主题进行了简要介绍，并对参会专家和代表表示了感谢。随后，复旦大学生命科学学院聂明教授就湿地微生物甲烷排放对全球气候变暖的响应及其机制做了精彩报告。来自俄罗斯人民友谊大学的Margarita Redina教授以俄罗斯人民友谊大学为例，就俄罗斯大学在碳中和战略背景下的实践、研究和教育三方面的举措进行了详细的分享。浙江大学环境与资源学院罗忠奎教授对深层土壤碳对气候变化的敏感性的相关研究进行了分享。海南大学生态与环境学院胡中民教授对植物结构和生理影响对植物生产力变化的控制研究做了精彩报告。我校林学院周正虎教授、陈鸿洋教授以及胡同欣副教授分别就土壤碳循环模型、湿地土壤微生物排放甲烷的热适应性和火灾对森林生态系统碳循环的影响与大家进行了分享。

4月21日的会议由我校林学院生态研究中心王晓春教授主持。来自巴西里约热内卢联邦大学的Jose Otavio教授就巴西热带雨林的监测和保护系统进行了精彩的分享。华东师范大学生态与环境学院邓杰教授就长期干旱对土壤微生物群落及其相关碳循环过程的影响的研究内容进行了分享。海南大学朱求安教授从全球尺度对陆地总初级生产力对气候极端事件的响应做了报告。

大会报告情况

4月21日分论坛结束以后，我校林学院生态研究中心周旭辉教授在2022年金砖国家网络大学年会主会场进行了总结汇报。周旭辉教授表示，我校承办的生态和气候变化分论坛围绕“未来地球对策：碳中和与气候变化应对”的主题开展了12个类别的精彩报告，有超过100人次参入到分论坛当中进行了热烈的讨论。生态和气候变化分论坛的成功召开不仅为金砖国家网络大学成员单位的专家和学者提供了宝贵的交流机会，同时也为应对碳中和与气候变化的主题进行合作与交流提供了新途径。

我校周旭辉教授在主会场做分论坛总结汇报

05

我校生命科学学院科研团队在Nature Communications上发表论文

4月25日，我校生命科学学院李玉花教授团队联合林学院沈海龙教授团队在国际著名学术期刊Nature Communications《自然通讯》上发表了题为“Deletion and tandem duplications of biosynthetic genes drive the diversity of triterpenoids inAralia elata”的研究论文。首次报道由于达玛烯二醇合酶基因的缺失及三萜骨架位点特异性修饰酶的串联重复导致五加科植物龙牙楤木中积累丰富多样的五环三萜皂苷的分子与进化机制。Nature Communications是Nature出版集团旗下的国际顶级综合性学术期刊，最新影响因子14.919。本研究获得2022年度国家自然科学基金区域联合发展重点基金项目的支持。

龙牙楤木（Aralia elata）为五加科楤木属多年生大灌木，是主产于我国东北部地区重要的食药同源植物，亦被誉为“山野菜之王”，具有抗癌、抗炎、抗氧化及治疗心脑血管疾病的功效，三萜皂苷是其主要活性成分。虽然楤木属与“百草之王”人参属的亲缘关系较近（同属Aralia-Panax亚类群），但这二者间三萜皂苷的结构类型与丰度均存在显著差异。人参为人参属植物，可合成大量的达玛烷型四环三萜皂苷，仅积累少量的齐墩果烷型五环三萜皂苷，而这与楤木属的特征恰恰相反，龙牙楤木中不合成达玛烷型四环三萜皂苷，却积累大量的齐墩果烷型五环三萜皂苷，种类多达100余种，而人参中仅发现5种此类皂苷。

本研究为解析五加科近缘植物间三萜皂苷类化合物积累的特征差异及分子机制，首先采用PacBio三代测序技术及Hi-C技术构建高质量的龙牙楤木基因组图谱，然后通过比较基因组及转基因功能互补分析，首次阐明了龙牙楤木基因组中负责催化玛烷型皂苷的关键酶基因DDS（达玛烯二醇合酶）存在外显子缺失，导致龙牙楤木无法合成达玛烷型皂苷。进一步的分子进化与基因组结构分析表明，楤木属在与人参属植物分化后，其基因组中三萜皂苷修饰酶基因发生了大量的串联重复。而后，结合转录组、代谢组和生理生化试验，鉴定了多个催化龙牙楤木三萜皂苷合成的关键酶，系统解析了齐墩果烷型楤木皂苷的生物合成途径。最后，通过合成生物学手段，利用酿酒酵母做为底盘细胞，从头合成了多达13种不同结构的楤木皂苷。这项研究揭示了五加科植物三萜皂苷类化合物结构多样性形成的进化机制，也为理解串联重复基因在植物次生代谢进化中的作用提供了重要的启示。此外，对龙牙楤木药用成分的“绿色生物制造”也具有重大指导意义。

五加科药用植物系统进化与三萜皂苷类化合物多样性形成机制

我校生命科学学院青年教师王宇副教授和2018级博士研究生张贺、朝鲜籍留学生Hyok Chol Ri（李赫哲）、2020级博士研究生安泽宇为论文的共同第一作者。生命科学学院李玉花教授、林学院沈海龙教授、张鹏教授及福建农林大学刘仲健教授为论文的共同通讯作者。研究过程中得到了我校生命科学学院“5211”引进人才薛哲勇教授、徐志超教授及台湾成功大学蔡文杰教授的指导和帮助，也得到我校分析测试中心的大力支持。

李玉花教授团队在五加科药用植物人参、西洋参、龙牙楤木等规模化生物反应器组培繁殖体系的建立，多种糖苷酶组合结合固定化酶膜技术高效生物转化稀有人参皂苷等产业化研究领域深耕10余年，获得多项技术发明专利。近几年团队进一步拓展研究领域，包括五加科植物天然活性成分三萜皂苷的生物合成途径解析、关键合成酶的挖掘及其生物合成等基础研究领域，获得了重要进展和突破。团队近五年在Nature Communications、Molecular Plant、Nucleic Acids Research、Plant Biotechnology Journal、Journal of Agricultural and Food Chemistry等高水平SCI期刊发表一系列论文。06

国重室最新研究揭示了低磷信号快速诱导杨树不定根发生的调控机制

近日，我校林木遗传育种国家重点实验室李成浩研究团队在国际著名杂志Plant Biotechnology Journal（中科院一区，IF=9.803）上在线发表了题为“Two high hierarchicalregulators, PuMYB40 and PuWRKY75, control the low phosphorus driven adventitious root formation inPopulus ussuriensis”的研究论文，揭示了低磷信号快速诱导杨树不定根发生的调控机制。

磷作为植物生长所必需的元素，对根系发育起着重要的调节作用，在水稻生长中，低磷可促进水稻气生根的发生，但在林木中，低磷信号调控不定根发生的分子机制尚不清楚。本研究发现在正常磷培养基培养5天形成根原基的组培茎段，转到低磷液体培养基培养12小时，低磷胁迫下的大青杨开始出现新生的不定根原基，并且与正常磷条件相比，低磷胁迫下的不定根原基数量明显增多（图1）。通过大青杨低磷胁迫转录组测序，获得的差异基因利用Bottom-up GGM算法构建大青杨低磷诱导不定根发生多层层级基因调控网络，通过大青杨低磷诱导不定根发生多层层级基因调控网络筛选出在短期低磷胁迫促进大青杨不定根发生进程中起关键调控作用的PuMYB40和PuWRKY75（图2）。本研究利用多种分子生物学手段鉴定出PuMYB40与PuWRKY75转录因子互作形成异源二聚体促进靶基因PuLRP1和PuERF003的转录进而参与低磷诱导大青杨不定根发生进程的分子调控途径。

东北林业大学林学院已毕业博士研究生王瀚增为论文第一作者，李成浩教授为该论文的通讯作者，密歇根理工大学卫海荣教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金面上项目、中央高校基本科研业务费专项资金项目和林木遗传育种国家重点实验室创新项目等项目的资助。

图1大青杨低磷诱导不定根表型分析

图2 大青杨低磷诱导不定根发生多层层级基因调控网络

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