北京林业大学盐池站研究团队在全球变化领域取得系列进展
北京林业大学生物科学与技术学院计算生物学团队构建功能图论的统计算法
北京林业大学花卉工程技术研究中心在龙游梅高质量基因组组装及曲枝性状形成机制解析方面取得重要进展
国家林草经贸研究院团队在退耕还林工程经济效应领域取得新进展
北京林业大学工学院科研团队研发的核桃干法脱皮机成功下线并应用
北京林业大学材料科学与技术学院课题组在柔性电子器件研究领域取得新进展
北京林业大学理学院课题组提出林木复杂性状多阶段生长的新遗传机制分析模型
北京林业大学环境科学与技术学院课题组在《Chemical Engineering Journal》上发表研究成果
北京林业大学盐池站研究团队在全球变化领域取得系列进展
植被建设是防治土地荒漠化的重要手段。过去六十年来，我国在北方沙区营建了约600万公顷的人工固沙植被，这些植被在防治风沙危害、控制荒漠化、促进生态修复和重建、改善人居环境等方面，发挥了极其重要的作用。然而，在全球变化和人为干扰因素叠加的影响下，这些固沙植被的演替方向、稳定性、生态服务功能的动态变化情况，目前并不明晰。阐明上述问题，对于确保我国北方防沙带生态安全、制定科学的生态建设和生态系统管理政策至关重要。
北京林业大学盐池站在2012年完全建成后，即开始布局该领域的研究工作，分别于2014、2015年在毛乌素沙地建成了大型野外典型固沙植物群落氮素和水分添加、功能群去除长期控制实验平台各1个，两个平台的面积均达到了16,000平方米，其中氮水添加样地是我国目前固沙灌木生态系统研究中唯一的氮水双因素处理的大型长期实验样地，功能群去除样地也是我国目前唯一一个专门针对典型固沙植物群落种间互作过程的大型长期野外实验观测研究平台。
经过多年的连续定位观测和实验研究，盐池站研究团队在典型固沙植被对全球变化响应领域，取得了一系列重要进展，发现典型固沙植物群落中不同功能群组植物对优势灌木表现出不同的种间作用响应，这种异步性特点有助于保持系统在全球变化下的相对稳定性；在降水增加和氮沉降的作用下，前期先锋固沙灌木由于受到草本植物的强烈竞争，表现出退出的趋势，促进了人工固沙植被向草原植被的演替；生物土壤结皮与固沙灌木的共存状态，在草本植物生产力达到一定阈值后开始退出，在固沙灌木庇护下，草本植物的大量定殖，打破了生物土壤结皮耐阴程度和光限制之间的平衡，是驱动群落状态变化的重要机制。
上述成果分别以“Precipitation and nitrogen deposition alter biocrust-vascular plant coexistence in a desert ecosystem: Threshold and mechanisms” “Contrasting responses of different functional groups stabilize community responses to a dominant shrub under global change” 为题，刊发在生态学国际著名经典期刊Journal of Ecology上；其他相关成果此前也以 “Nitrogen-enhanced herbaceous competition threatens woody species persistence in a desert ecosystem” “Nitrogen enrichment suppresses revegetated shrub growth under increased precipitation via herb-induced topsoil water limitation in a desert ecosystem in northern China”为题，发表在Plant and Soil等国际著名期刊上。
上述工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划课题、中央高校基本科研业务费、国家林业和草原局林草科技创新平台运行补助项目的支持。我校博士生白宇轩、青年教师佘维维，分别为其中1篇和3篇论文的第一完成人，法国波尔多第二大学Richard Michalet教授、兰州大学青年研究员陈宁，青年教师秦树高、冯薇、赖宗锐，博士生刘靓、乔艳桂、张文瑾、苗春、苗琳等参与了研究工作，水土保持学院张宇清教授为上述论文的责任作者。
北京林业大学生物科学与技术学院计算生物学团队构建功能图论的统计算法
近日，Cell子刊Star Protocols发表了北京林业大学计算生物学研究团队题为“FunGraph: A statistical protocol to reconstruct omnigenic multilayer interactome networks for complex traits”的统计算法论文。
几乎所有生物性状，例如林木生长、癌症发病、covid-19感染风险、药物反应等，都是复杂性状，是受多基因联合控制的。传统分析方法是寻找其中的主效基因，后来有方法能发现基因之间的互作效应。但是，所有这些方法仅能分别解析局部基因组对复杂性状的影响，难以从全局的角度勾画出基因调控路线图。最简单的例子，是假设有三个基因A、B、C影响复杂性状。我们可以分析三个基因的独立影响，也可以分析A与B、A与C、B与C之间的互作影响，但是，从全局角度分析A-B-C的石头-剪刀-布（rock-paper-scissors）互作模式，是一个更重要的、更有意义的课题；与此同时，也是一个难以完成的任务，特别是当基因的数量达到成千上万这个数量级时。
这一难题最近被生物学院计算生物学研究团队破解。研究人员根据复杂性状是由生物体携带的一整套基因所控制的这一假设，引进Maynard Smith的进化稳定策略（evolutionarily stable strategy, ESS）和群落生态学思想, 建立高维微分方程组，再借助图论（graph theory）, 将所有基因合并到一个网络图中，并对该网络中所有可能的基因-基因互作进行数学编码。进一步引进发育模块理论（developmental modularity theory）, 将需要构建的网络分解成界限分明的网络群落（network community）, 最终构建成多层次（multilayer）、多刻度（multiscale）、多空间（multispace）、多功能（multifunctional）的4M网络。
因为这样的网络模型理论，能将任何数据，不管是静态的，还是动态的；不管是低维的，还是高维的，转换成个体化的全息网络图，研究人员将之称为功能图论（functional graph theory, FunGraph）。
FunGraph发表后，马上引起学术界高度关注，多家国内外科学媒体对此进行了广泛报道。Cell出版社旗下的Star Protocols邀请计算生物学研究团队详解FunGraph算法与分析流程，便于世界范围内更广大的研究人员使用它。
FunGraph描述了一系列复杂性状遗传解析的计算步骤，包括对跨时间和空间测量的动态性状曲线拟合；FunMap 检测显着 QTL 并估计每个 SNP 的遗传效应曲线；利用功能聚类方法将所有SNP 据其遗传效应模式，分解成不同模块；实施变量选择以选择与给定 SNP 相关联的一组最重要的 SNP； 构建和求解非线性捕食者-捕食者常微分方程 (nLV ODE) 系统； 重建基于 ODE 参数的遗传调控网络。研究人员通过采用胡杨 GWAS 实验的结果来展示每个步骤。可以预见，FunGraph将成为揭示复杂性状遗传结构的一个重要的、独特的、有效的分析工具。
生物科学与技术学院计算生物学学科博士生董昂为论文的第一作者，邬荣领教授是论文的通讯作者。该学科其他学生冯莉、杨登程、吴双、赵金帅、王静参与了部分工作。
北京林业大学花卉工程技术研究中心在龙游梅高质量基因组组装及曲枝性状形成机制解析方面取得重要进展
近日，北京林业大学国家花卉工程技术研究中心张启翔教授团队在植物学著名期刊New Phytologist在线发表了题为“The chromosome-level genome provides insight into the molecular mechanism underlying the tortuous-branch phenotype of Prunus mume”的研究论文。该研究完成了首个高质量梅花栽培品种（龙游梅，Prunus mume var. tortuosa）基因组的de novo组装，并结合转录组测序为解析观赏植物曲枝性状形成机制提供了新的思路和指导方向。
梅花（Prunus mume），蔷薇科李属植物，起源于中国，在我国已有3000多年的栽培历史，深受国人喜爱，居中国十大名花之首，有“花魁”之誉。其生物学特性表现为花期早，可在晚冬及早春时节开花，形成“踏雪寻梅”的独特景观。作为一种重要的观赏植物，梅花花色繁多、花香浓郁、花型优美，与松、竹并称“岁寒三友”，与兰、竹、菊并列“花中四君子”，被赋予了“坚贞不屈”“高雅脱俗”等精神特质和文化内涵，象征着中华民族自强不息、不屈不挠的奋斗精神，受历代文人墨客推崇，留下诸多咏梅佳作。此外，梅花可提取香精，果可食用，花、叶、根、果、种仁均可入药。
梅花观赏品种目前登记有400余个，以直枝型为主，垂枝梅类和龙游梅类品种极少，其中，龙游梅品种群仅有‘玉蝶龙游’一个品种。因此，株型是当前梅花育种的一个重要方向。针对这一问题，基于Oxford Nanopore三代测序，完成了栽培品种‘玉蝶龙游’（杂合度达0.75%，重复序列占比52.12%）高质量基因组de novo组装。进一步通过Hi-C技术，将基因组锚定到8条染色体上，锚定率98.85%，最终获得基因组大小为237.7 Mb，质量优良的梅花基因组图谱（Scaffolds N50达29.4 Mb）。较之前基于二代测序的野生梅花基因组，新版基因组实现数量级的提高。
龙游梅及其基因组特征
为了探究李属植物在蔷薇科中的系统发育位置，从13个蔷薇科基因组中选取单拷贝基因并基于不同进化模型计算，结果表明李属物种形成时间约为41.2-61.9 Mya。进化结果显示梅花与杏的关系比其他物种更为密切，这两个物种的祖先大约在10.8 Mya发生了分离，上述结果表明梅花是李属中最新分化的物种。此外，选取蔷薇科具有代表性的7个物种进行核心基因筛选，结果表明7个物种中存在10704个共有基因家族，代表蔷薇科的核心基因，龙游梅具有450个特有基因家族，同时在龙游梅和野生梅花之间鉴定出23542对共线基因。
梅花基因组和基因家族的进化分析
梅花品种枝型丰富，是用于研究木本植物株型形成的优良材料之一。龙游梅植株当年萌发的极个别枝条会直立生长，不表现弯曲表型，恢复为原始类型（直立型）。在龙游梅品种遗传背景不清晰的情况下，这种恢复为原始类型的材料是不可多得的实验对照材料。课题组以龙游梅直立枝和曲枝的茎尖和叶芽为材料进行转录组分析，发现与细胞分裂、细胞发育和植物激素相关的基因在曲枝性状的形成中起着重要作用，进一步基于WGCNA分析构建了一个曲枝性状调控通路，将关键候选基因PmCYCDs在拟南芥中过量表达后，转基因幼苗表现出卷曲的莲座叶。
该研究是继课题组完成梅花全基因组测序（2012）、梅花重测序（2018）研究后的又一重要成果，不断补充和完善梅花功能基因组学研究的理论框架，在应用上为梅花株型、花色、花型、花香等重要观赏性状解析、优异种质基因资源的挖掘、目标性状定向遗传改良搭建起重要平台，对推动梅花分子育种革命具有里程碑式的意义。
龙游梅直立枝和曲枝的解剖学特征和转录组分析
北京林业大学国家花卉工程技术研究中心主任张启翔教授和程堂仁教授为该论文通讯作者，青年教师郑唐春副教授、博士生李平、博士后卓孝康博士为共同第一作者。本研究在国家自然科学基金（32071816和31800595）、国家重点研发计划（2018YFD1000401）和北京市共建专项等项目的资助下完成。
国家林草经贸研究院团队在退耕还林工程经济效应领域取得新进展
作为发展中国家规模最大的生态系统服务付费（PES）项目，退耕还林工程（SLCP）的主要目标之一是增加农户收入和调整就业结构。国家林草经贸研究院团队利用1995~2014年6省区1001户农户的面板数据，通过严格的平行趋势和其他计量经济学检验，采用倾向得分匹配-双重差分（PSM-DID）估计技术，估计了退耕还林工程对农户收入和就业变化的动态影响。国家林草经贸研究院团队以长时期大样本面板数据为基础，通过估计退耕还林工程中长期以及补贴方案调整对农户收入和就业的影响拓展了现有研究。结果发现，从中长期影响来看，退耕还林工程对农户总收入没有显著影响，对林业劳动投入有正向影响，但对农户农业收入有负向影响；退耕补贴方案的调整对农户收入和就业产生差异化影响；退耕还林工程的收入效应不因农户收入水平、地理位置、人口规模或资源禀赋差别而异。
该研究成果以“Has the Sloping Land Conversion Program in China impacted the income and employment of rural households?”为题发表在国际知名的土地政策期刊Land Use policy上。论文第一作者为国家林草经贸研究院副院长、我校经济管理学院李凌超副教授，论文通讯作者为国家林草经贸研究院院长、我校发展规划处副处长程宝栋教授。北京林业大学为第一完成单位。本研究得到了国家自然科学基金项目（71873043, 71673066 & 71603023）、北京社会科学基金项目（18GLC060）和中国博士后科学基金项目（2018M630088）的资助。
北京林业大学工学院科研团队研发的核桃干法脱皮机成功下线并应用
近日，由北京林业大学工学院徐道春教授带领的林果采收处理团队研发的划铲式核桃干法脱皮机研制成功，并在崾崄国家级核桃产业基地示范应用。该成果具有通用性强、无水环保、便于青皮高值化利用等特点。
划铲式核桃干法脱皮机的应用解决了核桃快速脱皮，避免坚果黑斑或腐烂，同时解决了核桃品种和大小的适应性问题和湿法脱青皮造成的环境污染问题，而且能够保证青皮块状脱离方便后续高值化利用。
本设备已经过第三方检测认定，脱皮效率160kg/h以上，脱皮率90%以上。该设备的投入使用，将提高青皮核桃的加工处理能力，降低人工成本，推动核桃产业的机械化进程。
北京林业大学材料科学与技术学院课题组在柔性电子器件研究领域取得新进展
对可穿戴电子器件（电池、传感器和表皮电极等）的需求激发了人们对先进储能和传感设备的不懈追求。为此，北京林业大学材料科学与技术学院副教授杨俊及其合作者在基于生物质材料（纤维素和蚕丝蛋白）柔性电子器件领域开展了大量探索并取得以下系列新进展。
如何快速制备高性能的凝胶电解质和解决锌离子电容器存在循环寿命之间失衡和枝结晶的问题，杨俊等人设计了一种基于“单宁酸-金属离子”自催化效果的纳米增强体系，在室温下几分钟内制备出一种新型的抗冻粘附“盐包水”聚两性离子水凝胶电解质，极大地延长了锌离子电容器循环寿命和抑制了锌负极枝结晶的形成，使其能够在冰水浴和真空条件等严苛环境下正常工作。同时，针对柔性传感器无法在宽的感知范围内同时实现温度和应变监测的问题，开发了一种用于应变-温度双模传感的智能热敏两性离子水凝胶，具有优异的耐低温性和保形附着力。此外，鉴于表皮干电极无法实现多个性能集成，通过在蚕丝蛋白/纤维素纳米晶薄膜上涂覆聚吡咯导电层和钙改性蚕丝蛋白粘合剂层开发了一种具有高机械性能、可降解、低接触阻抗和良好自粘性的表皮干电极，提供了比商业电极更好的心电图和肌电图信号质量。
上述研究成果分别以Engineering Self-Adhesive Polyzwitterionic Hydrogel Electrolytes for Flexible Zinc-Ion Hybrid Capacitors with Superior Low-Temperature Adaptability为题发表在ACS Nano，以Low-Temperature Tolerance and Conformal Adhesion Zwitterionic Hydrogels as Electronic Skin for Strain and Temperature Responsiveness和Self-adhesive, biodegradable silk-based dry electrodes for epidermal electrophysiological monitoring为题发表在Chemical Engineering Journal，论文第一作者分别为博士研究生符庆金、郝三伟和孟蕾，杨俊副教授是上述研究论文的通讯作者，北京林业大学是唯一完成单位，相关研究得到了中央高校基本科研业务费项目的资助。
北京林业大学理学院课题组提出林木复杂性状多阶段生长的新遗传机制分析模型
近日，Frontiers科学平台的刊物《Frontiers in plant science》发表了北京林业大学理学院计算数学和统计课题组的最新研究论文，题为“Genetic Architecture of Multiphasic Growth Covariation as Revealed by a Nonlinear Mixed Mapping Framework”。数学专业硕士研究生龚慧莹为论文的第一作者，理学院数学系张晓宇副教授为通讯作者。学校生物计算中心邬荣领教授指导，姜立波、祝绪礼、日本山形大学方青教授及南京林业大学朱嵊等教师联合完成了这项研究。
植物性状的形成表现出许多不同的转变，从幼年到成年，从营养阶段到生殖阶段。人们已经做了许多尝试来揭示控制生物在不同阶段的生长和发展转变的遗传机制多阶段生长变化中的性状共变异对整个生命周期的最优生存和繁殖具有重要意义。然而，目前的分析主要集中在个体性状的研究上，但探索基因如何决定多阶段生长过程中性状的相互依赖性仍然是一个挑战。
本研究整合生态学博弈论，构建非线性混合映射框架，探讨调控两个复杂性状多阶段生长变化的遗传机制，利用该框架研究了林木茎高和胸径的生长。采用多阶段非线性混合作图框架，挖掘多个关键数量性状位点，通过调控茎纵向生长和侧向延伸的生态互作，解释茎生长的过程和模式。
研究量化了性状相互作用中独立调节以及时间协调过程的营养阶段转变的时间和模式。并实现可视化重要位点的遗传机制，包括遗传效应、遗传贡献分析以及这些标记在网络结构中的调控关系。通过计算机仿真实验验证了该映射框架的有效性。此项科研成果将为我们对变化环境中发展演变的理解提供新的研究方向，为人工林经营和速生林品种改良提供科学依据。
该研究相关工作得到中央高校基本科研业务费专项资金(No. BLX201912) (Xuli. Zhu)、国家自然科学基金(Grant No. 11501032)项目的资助。
北京林业大学环境科学与技术学院课题组在《Chemical Engineering Journal》上发表研究成果
北京林业大学环境科学与技术学院孙德智教授课题组完成的β-环糊精固载的还原氧化石墨烯强化水中萘普生吸附的论文“Enhanced adsorption of naproxen from aquatic environments by β-cyclodextrin-immobilized reduced graphene oxide”发表在期刊《Chemical Engineering Journal》上，第一作者为环境学院博士研究生冯显露，指导老师为孙德智教授，北京林业大学为第一完成单位。
萘普生是一种具有消炎和镇痛作用的非甾体类抗炎药，是目前全球四大常用非处方药之一，其在地表水、地下水和饮用水等多种水环境中均被检出，水环境中的萘普生对水生生态系统和人类健康造成严重隐患。为应对水环境中萘普生的生态风险，本研究基于萘普生的物化特性，采用化学交联和水热合成法制备富含羟基且具有稳定三维多孔结构的β-环糊精固载的还原氧化石墨烯复合物（β-CD/rGO），其通过特异性主客体包合作用、氢键作用和π-π相互作用强化水环境中萘普生吸附。β-CD/rGO对污水处理厂二级出水中的萘普生有较好吸附效果且使用后的吸附剂可用乙醇再生，在实际水处理中具有一定的应用潜力。
本研究得到了国家自然科学基金项目（No. 51678051）的资助。
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北京林业大学党委宣传部新媒体中心
北京林业大学新媒体联盟
出品 | 北京林业大学新媒体中心
校对 | 陈玉姝
责编 | 张薇、高霞
审核 | 朱天磊
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