【導讀】通過本項目的實施，預計將在以下幾個方面取得突破：。重大的原始創(chuàng)新性科學成果。性狀分子設計提供依據(jù)。該領域的研究進入國際領先行列。CDPK、CIPK或乙烯受體調(diào)節(jié)的植物響應逆境脅迫的分子調(diào)控網(wǎng)絡途徑。胞內(nèi)定位與調(diào)控水稻穗型發(fā)育和產(chǎn)量的關系。分離和鑒定3-5個參與茉莉酸調(diào)控。生長素極性運輸?shù)腜IN蛋白內(nèi)吞和降解的分子調(diào)控元件并闡明其作用機理。制及與逆境脅迫應答相關的信號傳遞的分子機理。累計影響因子達150以上。培養(yǎng)本領域的學術帶頭人6人以上。利用酵母雙雜交及免疫共沉淀等方法分離相互作用蛋白，并進一。特異性及交叉性，研究家族成員之間的共性與特異性。例如，我們可以結合染色質免疫共沉淀和新一代高通量DNA測序技術。物激素交叉調(diào)節(jié)研究關鍵蛋白的功能。其它主要作物的基因組測序工作也在籌劃或正在進行?？捎辛ν七M本項目的順利開展。目前我們擁有一大批與項目有關的擬南芥突變體、部分水稻突變體以及各種。目在整個執(zhí)行階段都有高產(chǎn)出的科研成果。

　　

【正文】 DEP1 控制水稻穗粒數(shù)和提高產(chǎn)量的分子機制； 7. 進一步明確 LA1在細胞核與細胞膜間穿梭控制水稻生長素運輸及水稻分蘗數(shù)的分子調(diào)控 網(wǎng)絡； 8. 揭示 SOA 基因參與 PIN 蛋白內(nèi)吞年度 研究內(nèi)容 預期目標 到的 SOA 基因進行系統(tǒng)的功能性研究； 9. 系統(tǒng)解析 RES 基因的功能； 10. 完成對篩選到的 bak13 bkk11 遺傳抑制子的分子機理研究； 11. 完成 SERKs參與 BR及胚胎發(fā)生的分子機理的研究； 12. 組織一個“ Protein modification and plant development”小型國際會議； 13. 數(shù)據(jù)整理，論文撰寫 。 14. 評估其中若干個基因的應用價值； 和降解的分子調(diào)控及其作用機理； 9. 明確 RES基因參與赤霉素信號途徑的分子機制； 10. 最終闡明 SERKs 參與調(diào)控 BR 及胚胎發(fā)生的分子機理； 11. 明確 SERKs通過特異磷酸化調(diào)控多條信號通路的分子機理； 12. 進行國際交流 13. 發(fā)表 710 篇 論文； 14. 申請專利 35 項 ； 15. 累計培養(yǎng)博士后 20 名，博士生60 名 。 一、研究內(nèi)容 目前，盡管國內(nèi)外對植物系統(tǒng)中蛋白質加工、修飾與動態(tài)變化進行了廣泛的研究，在資源收集、生理生化以及基因克隆和遺傳轉化等方面已經(jīng)取得了重要的進展，但是對與植物分子生物學和 遺傳學密切相關的關鍵科學問題，特別是植物系統(tǒng)中蛋白質加工、修飾與動態(tài)變化的調(diào)控及上游信號傳遞的了解不夠深入，極大地限制了我們的深入認知。本項目擬將植物蛋白質加工、修飾與動態(tài)變化的遺傳學與分子生物學研究相互結合、優(yōu)勢互補，以解析主效基因的功能為主要研究線索，以 上游信號傳遞及作用機制研究為突破口， 對植物蛋白質加工、修飾與動態(tài)變化的 機制 進行系統(tǒng)的研究。主要研究內(nèi)容 包括 ： 1. 植物蛋白修飾的重要過程與調(diào)控機理； 2. 植物蛋白泛素化降解調(diào)控的分子機理； 3. 植物細胞內(nèi)蛋白質運輸與定位的動態(tài)變化機制； 4. 蛋白修飾和降 解調(diào)控植物生長發(fā)育的分子機制。 植物蛋白的重要修飾過程與調(diào)控機理 本項目 將圍繞植物蛋白質的磷酸化、甲基化、糖基化等重要修飾 形式 ，研究相關修飾的重要過程、調(diào)控機理及生物學功能。根據(jù)植物蛋白修飾的共性和特異性將研究分為兩個大的方面：（ a） 植物細胞重要功能蛋白磷酸化的作用及調(diào)控機理 。 蛋白磷酸化在植物信號的接受和傳導中起重要的調(diào)控作用。將著重研究受體類激酶（ Receptor Like Kinases， RLKs）和 鈣信使感受器（ Ca2+ Sensors）及其下游調(diào)控因子。本課題擬解決的關鍵科學問題： (1) LRRRLKs 在調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育及響應環(huán)境脅迫過程中的生物學功能； (2) CDPK 和 CIPK 兩個家族中部分成員在植物響應非生物逆境（干旱、高鹽、營養(yǎng)虧缺等）脅迫過程中的功能和作用及分子調(diào)控機理。（ b）植物蛋白甲基化和蛋白糖基化的機理與作用。這方面將 著重研究植物的 甲基化和蛋白糖基化 修飾與動物的共性及植物的特異性機制及功能。 各種蛋白質翻譯后修飾對植物開花發(fā)育的分子機制的影響 目前 研究得仍處于起步 階段 。擬以 模式植物擬南芥為材料，重點研究蛋白質精氨酸甲基化和組蛋白去甲基化在調(diào)控植物開花發(fā)育中的作用及其機制。 主要研究內(nèi)容 包括： 1) LRRRLKs 的磷酸化如何受體內(nèi)外各種因子的調(diào)控；通過分析超表達、TDNA 插入突變體及顯性負調(diào)控突變體來揭示 LRRRLKs 的生物學功能； SERKs（ LRRRLKs 的一亞類）通過特異性磷酸化來激活多條信號途徑的分子機理。 2) CDPK、 CIPK 類激酶植物對逆境脅迫響應的表型及生理生化差異分析；與CDPK、 CIPK 類激酶互作的上、下游蛋白因子的篩選鑒定；對下游蛋白因子的體內(nèi)、外磷酸化作用及調(diào)節(jié)分析；構建通過 CDPK、 CIPK 類激酶磷酸化調(diào)控植物響應逆境脅迫的分子調(diào)控網(wǎng)絡模型。 3) 尋找與蛋白質精氨酸甲 基轉移酶和組蛋白去甲基化酶相互作用的蛋白以及它們作用的底物和靶基因；利用蛋白質組學如質譜等方法確定這些表觀修飾的位點；通過遺傳和細胞生物學手段，闡明蛋白質精氨酸甲基化和組蛋白甲基化動態(tài)修飾在開花發(fā)育中的作用。 植物蛋白泛素化降解調(diào)控的分子機理 信號轉導是生物學的重大研究課題，泛素 /蛋白酶復合體（ Ubiquitin/26S proteasome）介導的蛋白降解信號轉導途徑的研究是近年基礎生物學研究的前沿領域。前期的研究證明利用植物系統(tǒng)易于進行遺傳學操作的特點進行泛素化調(diào)控機制的研究可推動人類的相關研究。盡 管國內(nèi)外對泛素介導的蛋白降解途徑進行了廣泛的研究，在生理生化、基因克隆和功能分析等方面已經(jīng)取得了重要的進展，但是關于泛素蛋白降解機制及其參與植物正常生長發(fā)育和植物抵抗逆境脅迫的作用機制的研究剛剛起步，特別是對泛素蛋白在植物整個生命活動中起的調(diào)節(jié)作用的了解不夠深入，因而極大地限制了通過基因工程提高植物抗逆性在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用。本項目擬將遺傳學與分子生物學研究相互結合、優(yōu)勢互補，以泛素蛋白酶體及降解途徑中主效基因的功能為主要研究線索，研究泛素蛋白的降解機制，并以植物生長發(fā)育及逆境引起的上游信號傳遞及降解復合體如 何構成的關鍵問題為研究突破口，對植物體內(nèi)蛋白降解機制進行系統(tǒng)的研究。主要研究內(nèi)容是： 1) 擬南芥中泛素蛋白體系中 26S 蛋白酶體在植物的不同發(fā)育階段、不同組織及環(huán)境適應性方面的功能及調(diào)控機制。 2) 植物泛素結合酶和泛素連接酶 (E3) 的特異性互作在底物識別中的調(diào)控作用以及特異性互作的生物學效應。 3) 泛素連接酶體 SCF 復合體和單亞基 RING(Ubox) E3 介導的底物泛素化及泛素化降解的機制和調(diào)控方式。底物泛素化位點的鑒定及底物穩(wěn)定性的生物學調(diào)控機制。 4) 植物內(nèi)質網(wǎng)介導的蛋白降解 (ERAD) 在植物激素信號傳導途徑和 植物對生物和非生物逆境響應中的特異調(diào)控。 植物細胞內(nèi)蛋白質運輸與定位的動態(tài)變化機制 受逆境脅迫時，高等植物通過調(diào)整自身的生長發(fā)育來適應生長環(huán)境的改變，如植物根系發(fā)育會產(chǎn)生一系列的適應變化，導致主根生長受抑制和產(chǎn)生更多的側根等。高等植物生長發(fā)育變化適應環(huán)境改變的分子機制目前仍不清楚，但植物內(nèi)源激素及其信號傳導途徑在適應環(huán)境過程中扮演著極其重要的功能。最近通過 對模式植物擬南芥根系發(fā)育的研究 發(fā)現(xiàn) ，逆境脅迫 條件下 擬南芥控制植物激素運輸?shù)霓D運蛋白在細胞中的定位和質量控制發(fā)生改變，從而導致一系列的根系發(fā)育變化。但對 于如何通過內(nèi)吞小泡 使 轉運蛋白快速從細胞一側運送到另一側的調(diào)控機理 尚 不清楚。轉運蛋白的質量控制是由于新合成的蛋白不能定位到質膜上，還是由于不能正確折疊或折疊不完全而被降解所致的分子機理也不清楚。本課題利用模式植物擬南芥和水稻，通過遺傳學、細胞生物學和生物化學等分析手段研究調(diào)控水稻穗粒數(shù)和產(chǎn)量的 DEP1 蛋白、影響水稻分蘗角度的 LA1 蛋白以及調(diào)控植物激素極性運輸?shù)霓D運蛋白在細胞內(nèi)穿梭、定位和蛋白質量控制的分子機理及其生物學效應。主要研究內(nèi)容 如下 ： 1) 通過遺傳學篩選獲得影響 DEP1GFP 融合蛋白定位的突變體，解析調(diào) 控DEP1GFP 蛋白在細胞膜 細胞核間穿梭和定位控制的可能的信號途徑； 明確DEP1 蛋白的細胞內(nèi)運輸和定位的關鍵功能域，并篩選與 DEP1 互作的 DIP（ DEP1interacting proteins）蛋白，并探討 DEP1 蛋白在細胞膜 細胞核穿梭和定位的調(diào)控機制。 2) 通過基因突變研究確定 LA1 蛋白在細胞膜與細胞核之間穿梭與定位，及其影響生長素運輸及重力反應的的關鍵 結構域 ；利用酵母雙雜交系統(tǒng)篩選與 LA1的 互作蛋白，進一步分析 LA1 轉錄后修飾對 LA1 互作蛋白的結合以及對 LA1 蛋白在細胞膜與細胞核之間穿梭的影響。 3) ASA1 基因 既 影響生長素生物合成 又 影響 PIN 蛋白在質膜和胞內(nèi)體之間的運輸，通過遺傳篩選獲得茉莉酸介導的 PIN 蛋白的內(nèi)吞和降解的 soa 突變體，克隆這些 SOA 基因并進一步開展功能研究，揭示茉莉酸調(diào)控 PIN 蛋白內(nèi)吞和降解的分子機理。 蛋白修飾和降解調(diào)控植物生長發(fā)育的分子機制 生物體蛋白質的 “ 轉錄 / 翻譯 ” 與 “ 降解 ” 是同樣重要的命題。人們在 “ 轉錄和翻譯 ” 的研究中取得了眾所周知的突破?？梢灶A見 , 對蛋白質是如何被特異性降解的研究 , 必將對生命科學的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。蛋白特異性降解信號轉 導途徑的研究是近年基礎生物學研究的前沿領域。目前，盡管國內(nèi)外對蛋白特異性降解途徑進行了廣泛的研究，在生理生化、基因克隆和功能分析等方面已經(jīng)取得了重要的進展，但是關于蛋白特異性降解 途徑 參與植物正常生長發(fā)育以及植物抵抗逆境脅迫的作用機制的研究剛剛起步，特別是對蛋白特異性降解 途徑 在植物整個生命活動中的調(diào)節(jié)作用的了解不夠深入，因而極大地限制了通過基因工程提高植物抗逆性在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用。本項目擬將遺傳學與分子生物學研究相互結合、優(yōu)勢互補，以植物生長發(fā)育過程以及逆境信號傳導過程相關的蛋白降解途徑中主效基因的功能為主要 研究線索，以植物生長發(fā)育及逆境引起的上游信號傳遞及降解復合體如何構成的關鍵問題為研究突破口，對植物體內(nèi)蛋白降解機制進行系統(tǒng)的研究。主要研究內(nèi)容是： 1) 擬南芥中植物激素（茉莉 酸 、赤霉素和脫落酸）信號介導的蛋白降解對植物生長發(fā)育、雄性不育 的 調(diào)控機理。 2) 蛋白 降解與水稻株型及種子發(fā)育的調(diào)控， 研究 Fbox 類蛋白調(diào)控水稻株型及種子發(fā)育的機理，尋找降解過程受其調(diào)節(jié)的靶蛋白，深入研究該 Fbox 蛋白調(diào)控水稻株型及發(fā)育性狀的分子調(diào)控機制。 3) 擬南芥和水稻中參與生物和非生物逆境脅迫下植物防御反應的基因功能及其參與的蛋白降解機制的 研究。通過系統(tǒng)的分子和生物化學分析 研究 Fbox 蛋白 DOR 作用的分子機理，進一步探討擬南芥 響應 干旱脅迫的分子機制，為利用該基因提高植物抗旱性提供理論依據(jù)。 研究植物細胞內(nèi)的 OGlcNAc 信號及其與春化響應表觀遺傳機制之間的關系，探討蛋白的 OGlcNAc 修飾對春化相關蛋白活性的調(diào)控機制。闡明組蛋白修飾對擬南芥春化響應及開花時間的分子及生化機制；研究植物凝集素通過與組蛋白修飾相關蛋白的互作調(diào)控春化響應的機制。