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实验室概况

研究成果与进展

AtMMS21是新型负调控植物主根发育的因子

SUMO化修饰在调节植物的生长发育和逆境胁迫中起到重要作用，如花期的调控、芽发育调节和胁迫等。但至目前为止，尚未发现SUMO化修饰调控植物根发育的分子机制。我们首次发现拟南芥中SUMO E3连接酶基因AtMMS21通过介导细胞分裂素信号途径和影响细胞周期相关的基因而调控根分生组织的发育，是一种新型的调控植物根发育的负调节转录因子，部分相关研究成果已发表在The Plant J(2009)和Plant Signaling & Behavior(2009)。

GASA5是植物花发育的抑制因子

GASA(GA-Stimulated in Arabidopsis)基因家族是一类受GAs调节的基因，拟南芥中共发现15个成员。我们首次利用分子生物学和遗传学手段详细研究了拟南芥GASA5基因的功能。发现GASA5是一个分泌型的胞外蛋白；GASA5通过GA开花途径抑制LFY和FT等开花基因来抑制拟南芥的开花；GASA5受GA的抑制并位于DELLA蛋白GAI的上游，可能通过促进GAI的表达来抑制花序轴的生长速率。GASA5基因与ABA、高温等生物和非生物胁迫有关。

RecQ 解旋酶提高水稻细胞中DNA 同源重组

在植物生长发育过程中，多种外界因素和内部因素能引起细胞内DNA的损伤。这些损伤能否被修复以及所采用的修复方式将决定细胞的存亡与变异。植物细胞内 DNA 损伤修复有多种途径，其中同源重组途径为存在于细胞有丝分裂和减数分裂中的一种保守修复途径，对其机理的研究有利于揭示其对植物遗传物质稳定性的影响。本研究采用特殊设计的重组分子，通过基因枪介导的瞬时表达重组蛋白的方法，发现来源于大肠杆菌的 RecQ 解旋酶可以通过其DNA 解旋来促进染色体外分子间的同源重组(FEBS Letters，2004)。该工作为进一步研究水稻DN重组修复及水稻基因打靶奠定了基础。

非生物胁迫初期实时观测活性氧产生及定位

以模式植物拟南芥及烟草细胞为材料，研究非生物胁迫下细胞死亡过程中活性氧产生和光合功能的差异变化、PCD系统下自噬的产生及发生机理。发现非生物胁迫下(Cd²⁺,SA,MeSA)可以诱导PCD产生，Cd²⁺,SA及MeSA胁迫下细胞活性氧首先产生在线粒体后延伸至叶绿体；转基因NahG的ROS产生量在Cd²⁺胁迫下较wt多，而在SA胁迫下ROS产生量少。相关研究成果已发表在国际著名期刊Biology of the Cell(2009)。

姜科植物繁育系统进化与花粉滑动自花传粉机制的生态进化意义

姜科植物被认是热带单子叶植物中依靠动物传粉的一个大科，花形态多样性表明其传粉者的多样性，包括鸟类、膜翅目昆虫、鳞翅目昆虫等。然而，王英强等在黄花大苞姜中首次发现了植物界全新的花粉滑动自花传粉机制(Nature, 2004. 431,2 Sept: 39 -40)。在此基础上，近5年来课题组在国产姜科植物中进行了大尺度的传粉生物学和繁育系统的研究，目前已基本完成了茴香砂仁属(Etlingera)、姜花属 (Hedychium)、山奈属(Kaempferia)、长果姜属(Siliquamomum)、象牙参属(Roscoea)、距药姜属(Cautleva )、姜属(Zingiber)、拟豆蔻属(Elettariopsis)、大豆蔻属(Hornstedtia)、偏穗姜属(Plagiostachys)、姜黄属(Curcuma)、苞叶姜属(Pyrgophyllum)、豆蔻属(Amomum)和舞花姜属(Globba)等14属28种姜科植物传粉生物学和繁育系统的野外观察研究，发现了姜科植物中除黄花大苞姜的花粉滑动自花传粉外还存在一些新的自花传粉机制，如珊瑚姜花柱弯卷滞后自交、大豆蔻伸长滞后自花传粉、距药姜自花传粉和苞叶姜闭花机制，表明黄花大苞姜花粉滑动自花传粉机制的出现并非是姜科植物系统发育中的一个偶然事件，自花传粉机制在姜科的基部类群和进化类群中都存在。证明姜科植物的自花传粉现象是一个次生的性状，在姜科系统发育过程中是多次发生的，它是在属内或种内的特定水平上从一个原始的异花传粉的类型进化而来，常伴随着单花花粉量的降低。

脱落酸提高花生抗旱分子机理的新认识

脱落酸(ABA)提高花生抗旱的作用分子机制尚不清楚。我们从花生耐旱品种(yue7)中克隆了AhNCED1基因，转化旱敏花生品种(shan523)和拟南芥，植株在水分胁迫下AhNCED1基因和蛋白表达上调，ABA水平提高、降低对水分胁迫的敏感性；耐旱品种接受干旱信号1h，叶片中AhNCED1蛋白分布和表达迅速增强，随后茎、根分布和表达提高，明显高于敏感花生品种；基因上游启动子序列含有ABRE和NACR；ABA处理激活启动子活性，诱导花生转录因子AhNAC2的表达，进一步发现AhNAC2在花生响应干旱与ABA信号中起调控作用。

斜纹夜蛾胆固醇吸收和运输

胆固醇是细胞膜的重要成分和昆虫蜕皮激素生物合成的前体。但是昆虫是不能自主地从简单的化合物从头合成胆固醇的，必须从食物中吸收甾醇类化合物。昆虫对胆固醇的吸收是通过甾醇运输蛋白(sterol carrier protein 2/3-oxoacyl-CoA thiolase, SCPx)实现的。因此，这个基因对于昆虫的生长发育来说是至关重要的。我们从斜纹夜蛾克隆了这个基因，并对其在不同组织和发育时期的表达，组织和细胞中的分布和定位，mRNA和蛋白合成后的剪切形式，对胆固醇吸收的作用以及对生长发育的影响进行了详细研究。发现干扰了该基因的表达影响了昆虫对胆固醇的吸收和幼虫向蛹的变态发育，表明该基因可以作为害虫防治的分子靶点。研究结果已被BMC Molecular Biology(2009)发表。

家蚕变态发育的研究

如何延长家蚕蛹期发育是蚕丝生产中的重大科学和应用问题。我们研究了家蚕表皮专一表达的翅膀原基几丁质蛋白(Wing Dics Cuticle Protein 4, WCP4)基因的结构、表达和分子调控机理。研究发现这个基因是同时受蜕皮激素正调控和受保幼激素负调控的。蜕皮激素首先激活了与蜕皮变态相关的转录因子Broad complex的表达，后者再激活转录因子POUM2的表达；POUM2结合到wcp4基因调节区的顺式反应元件上，从而启动了wcp4的表达，导致幼虫向蛹期的发育。这是首次实验证明了POUM2转录因子参与了蜕皮激素诱导的昆虫蜕皮变态发育的调控。研究为进一步发展延长家蚕蛹期发育的策略提供了重要的理论基础。系列研究结果将陆续提交发表。