【導(dǎo)讀】通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，預(yù)計(jì)將在以下幾個(gè)方面取得突破：。重大的原始創(chuàng)新性科學(xué)成果。性狀分子設(shè)計(jì)提供依據(jù)。該領(lǐng)域的研究進(jìn)入國(guó)際領(lǐng)先行列。CDPK、CIPK或乙烯受體調(diào)節(jié)的植物響應(yīng)逆境脅迫的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)途徑。胞內(nèi)定位與調(diào)控水稻穗型發(fā)育和產(chǎn)量的關(guān)系。分離和鑒定3-5個(gè)參與茉莉酸調(diào)控。生長(zhǎng)素極性運(yùn)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(jī)理。制及與逆境脅迫應(yīng)答相關(guān)的信號(hào)傳遞的分子機(jī)理。累計(jì)影響因子達(dá)150以上。培養(yǎng)本領(lǐng)域的學(xué)術(shù)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(jìn)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(jié)合染色質(zhì)免疫共沉淀和新一代高通量DNA測(cè)序技術(shù)。物激素交叉調(diào)節(jié)研究關(guān)鍵蛋白的功能。其它主要作物的基因組測(cè)序工作也在籌劃或正在進(jìn)行?？捎辛ν七M(jìn)本項(xiàng)目的順利開展。目前我們擁有一大批與項(xiàng)目有關(guān)的擬南芥突變體、部分水稻突變體以及各種。目在整個(gè)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(jī)制； 7. 進(jìn)一步明確 LA1在細(xì)胞核與細(xì)胞膜間穿梭控制水稻生長(zhǎng)素運(yùn)輸及水稻分蘗數(shù)的分子調(diào)控 網(wǎng)絡(luò)； 8. 揭示 SOA 基因參與 PIN 蛋白內(nèi)吞年度 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 到的 SOA 基因進(jìn)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(duì)篩選到的 bak13 bkk11 遺傳抑制子的分子機(jī)理研究； 11. 完成 SERKs參與 BR及胚胎發(fā)生的分子機(jī)理的研究； 12. 組織一個(gè)“ Protein modification and plant development”小型國(guó)際會(huì)議； 13. 數(shù)據(jù)整理，論文撰寫 。 14. 評(píng)估其中若干個(gè)基因的應(yīng)用價(jià)值； 和降解的分子調(diào)控及其作用機(jī)理； 9. 明確 RES基因參與赤霉素信號(hào)途徑的分子機(jī)制； 10. 最終闡明 SERKs 參與調(diào)控 BR 及胚胎發(fā)生的分子機(jī)理； 11. 明確 SERKs通過(guò)特異磷酸化調(diào)控多條信號(hào)通路的分子機(jī)理； 12. 進(jìn)行國(guó)際交流 13. 發(fā)表 710 篇 論文； 14. 申請(qǐng)專利 35 項(xiàng) ； 15. 累計(jì)培養(yǎng)博士后 20 名，博士生60 名 。 一、研究?jī)?nèi)容 目前，盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)植物系統(tǒng)中蛋白質(zhì)加工、修飾與動(dòng)態(tài)變化進(jìn)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(zhuǎn)化等方面已經(jīng)取得了重要的進(jìn)展，但是對(duì)與植物分子生物學(xué)和 遺傳學(xué)密切相關(guān)的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，特別是植物系統(tǒng)中蛋白質(zhì)加工、修飾與動(dòng)態(tài)變化的調(diào)控及上游信號(hào)傳遞的了解不夠深入，極大地限制了我們的深入認(rèn)知。本項(xiàng)目擬將植物蛋白質(zhì)加工、修飾與動(dòng)態(tài)變化的遺傳學(xué)與分子生物學(xué)研究相互結(jié)合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以解析主效基因的功能為主要研究線索，以 上游信號(hào)傳遞及作用機(jī)制研究為突破口， 對(duì)植物蛋白質(zhì)加工、修飾與動(dòng)態(tài)變化的 機(jī)制 進(jìn)行系統(tǒng)的研究。主要研究?jī)?nèi)容 包括 ： 1. 植物蛋白修飾的重要過(guò)程與調(diào)控機(jī)理； 2. 植物蛋白泛素化降解調(diào)控的分子機(jī)理； 3. 植物細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)運(yùn)輸與定位的動(dòng)態(tài)變化機(jī)制； 4. 蛋白修飾和降 解調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的分子機(jī)制。 植物蛋白的重要修飾過(guò)程與調(diào)控機(jī)理 本項(xiàng)目 將圍繞植物蛋白質(zhì)的磷酸化、甲基化、糖基化等重要修飾 形式 ，研究相關(guān)修飾的重要過(guò)程、調(diào)控機(jī)理及生物學(xué)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(gè)大的方面：（ a） 植物細(xì)胞重要功能蛋白磷酸化的作用及調(diào)控機(jī)理 。 蛋白磷酸化在植物信號(hào)的接受和傳導(dǎo)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(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題： (1) LRRRLKs 在調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育及響應(yīng)環(huán)境脅迫過(guò)程中的生物學(xué)功能； (2) CDPK 和 CIPK 兩個(gè)家族中部分成員在植物響應(yīng)非生物逆境（干旱、高鹽、營(yíng)養(yǎng)虧缺等）脅迫過(guò)程中的功能和作用及分子調(diào)控機(jī)理。（ b）植物蛋白甲基化和蛋白糖基化的機(jī)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(dòng)物的共性及植物的特異性機(jī)制及功能。 各種蛋白質(zhì)翻譯后修飾對(duì)植物開花發(fā)育的分子機(jī)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(diǎn)研究蛋白質(zhì)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(jī)制。 主要研究?jī)?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(guò)分析超表達(dá)、TDNA 插入突變體及顯性負(fù)調(diào)控突變體來(lái)揭示 LRRRLKs 的生物學(xué)功能； SERKs（ LRRRLKs 的一亞類）通過(guò)特異性磷酸化來(lái)激活多條信號(hào)途徑的分子機(jī)理。 2) CDPK、 CIPK 類激酶植物對(duì)逆境脅迫響應(yīng)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(duì)下游蛋白因子的體內(nèi)、外磷酸化作用及調(diào)節(jié)分析；構(gòu)建通過(guò) CDPK、 CIPK 類激酶磷酸化調(diào)控植物響應(yīng)逆境脅迫的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型。 3) 尋找與蛋白質(zhì)精氨酸甲 基轉(zhuǎn)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(zhì)組學(xué)如質(zhì)譜等方法確定這些表觀修飾的位點(diǎn)；通過(guò)遺傳和細(xì)胞生物學(xué)手段，闡明蛋白質(zhì)精氨酸甲基化和組蛋白甲基化動(dòng)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(jī)理 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是生物學(xué)的重大研究課題，泛素 /蛋白酶復(fù)合體（ Ubiquitin/26S proteasome）介導(dǎo)的蛋白降解信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的研究是近年基礎(chǔ)生物學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。前期的研究證明利用植物系統(tǒng)易于進(jìn)行遺傳學(xué)操作的特點(diǎn)進(jìn)行泛素化調(diào)控機(jī)制的研究可推動(dòng)人類的相關(guān)研究。盡 管國(guó)內(nèi)外對(duì)泛素介導(dǎo)的蛋白降解途徑進(jìn)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(jìn)展，但是關(guān)于泛素蛋白降解機(jī)制及其參與植物正常生長(zhǎng)發(fā)育和植物抵抗逆境脅迫的作用機(jī)制的研究剛剛起步，特別是對(duì)泛素蛋白在植物整個(gè)生命活動(dòng)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(guò)基因工程提高植物抗逆性在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。本項(xiàng)目擬將遺傳學(xué)與分子生物學(xué)研究相互結(jié)合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，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(jī)制，并以植物生長(zhǎng)發(fā)育及逆境引起的上游信號(hào)傳遞及降解復(fù)合體如 何構(gòu)成的關(guān)鍵問(wèn)題為研究突破口，對(duì)植物體內(nèi)蛋白降解機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)的研究。主要研究?jī)?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(yīng)性方面的功能及調(diào)控機(jī)制。 2) 植物泛素結(jié)合酶和泛素連接酶 (E3) 的特異性互作在底物識(shí)別中的調(diào)控作用以及特異性互作的生物學(xué)效應(yīng)。 3) 泛素連接酶體 SCF 復(fù)合體和單亞基 RING(Ubox) E3 介導(dǎo)的底物泛素化及泛素化降解的機(jī)制和調(diào)控方式。底物泛素化位點(diǎn)的鑒定及底物穩(wěn)定性的生物學(xué)調(diào)控機(jī)制。 4) 植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導(dǎo)的蛋白降解 (ERAD) 在植物激素信號(hào)傳導(dǎo)途徑和 植物對(duì)生物和非生物逆境響應(yīng)中的特異調(diào)控。 植物細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)運(yùn)輸與定位的動(dòng)態(tài)變化機(jī)制 受逆境脅迫時(shí)，高等植物通過(guò)調(diào)整自身的生長(zhǎng)發(fā)育來(lái)適應(yīng)生長(zhǎng)環(huán)境的改變，如植物根系發(fā)育會(huì)產(chǎn)生一系列的適應(yīng)變化，導(dǎo)致主根生長(zhǎng)受抑制和產(chǎn)生更多的側(cè)根等。高等植物生長(zhǎng)發(fā)育變化適應(yīng)環(huán)境改變的分子機(jī)制目前仍不清楚，但植物內(nèi)源激素及其信號(hào)傳導(dǎo)途徑在適應(yīng)環(huán)境過(guò)程中扮演著極其重要的功能。最近通過(guò) 對(duì)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(yùn)輸?shù)霓D(zhuǎn)運(yùn)蛋白在細(xì)胞中的定位和質(zhì)量控制發(fā)生改變，從而導(dǎo)致一系列的根系發(fā)育變化。但對(duì) 于如何通過(guò)內(nèi)吞小泡 使 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白快速?gòu)募?xì)胞一側(cè)運(yùn)送到另一側(cè)的調(diào)控機(jī)理 尚 不清楚。轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的質(zhì)量控制是由于新合成的蛋白不能定位到質(zhì)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(jī)理也不清楚。本課題利用模式植物擬南芥和水稻，通過(guò)遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和生物化學(xué)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(yùn)輸?shù)霓D(zhuǎn)運(yùn)蛋白在細(xì)胞內(nèi)穿梭、定位和蛋白質(zhì)量控制的分子機(jī)理及其生物學(xué)效應(yīng)。主要研究?jī)?nèi)容 如下 ： 1) 通過(guò)遺傳學(xué)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(xì)胞膜 細(xì)胞核間穿梭和定位控制的可能的信號(hào)途徑； 明確DEP1 蛋白的細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸和定位的關(guān)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(xì)胞膜 細(xì)胞核穿梭和定位的調(diào)控機(jī)制。 2) 通過(guò)基因突變研究確定 LA1 蛋白在細(xì)胞膜與細(xì)胞核之間穿梭與定位，及其影響生長(zhǎng)素運(yùn)輸及重力反應(yīng)的的關(guān)鍵 結(jié)構(gòu)域 ；利用酵母雙雜交系統(tǒng)篩選與 LA1的 互作蛋白，進(jìn)一步分析 LA1 轉(zhuǎn)錄后修飾對(duì) LA1 互作蛋白的結(jié)合以及對(duì) LA1 蛋白在細(xì)胞膜與細(xì)胞核之間穿梭的影響。 3) ASA1 基因 既 影響生長(zhǎng)素生物合成 又 影響 PIN 蛋白在質(zhì)膜和胞內(nèi)體之間的運(yùn)輸，通過(guò)遺傳篩選獲得茉莉酸介導(dǎo)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(jìn)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(jī)理。 蛋白修飾和降解調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的分子機(jī)制 生物體蛋白質(zhì)的 “ 轉(zhuǎn)錄 / 翻譯 ” 與 “ 降解 ” 是同樣重要的命題。人們?cè)? “ 轉(zhuǎn)錄和翻譯 ” 的研究中取得了眾所周知的突破?？梢灶A(yù)見 , 對(duì)蛋白質(zhì)是如何被特異性降解的研究 , 必將對(duì)生命科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。蛋白特異性降解信號(hào)轉(zhuǎn) 導(dǎo)途徑的研究是近年基礎(chǔ)生物學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。目前，盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)蛋白特異性降解途徑進(jìn)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(jìn)展，但是關(guān)于蛋白特異性降解 途徑 參與植物正常生長(zhǎng)發(fā)育以及植物抵抗逆境脅迫的作用機(jī)制的研究剛剛起步，特別是對(duì)蛋白特異性降解 途徑 在植物整個(gè)生命活動(dòng)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(guò)基因工程提高植物抗逆性在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。本項(xiàng)目擬將遺傳學(xué)與分子生物學(xué)研究相互結(jié)合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程以及逆境信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程相關(guān)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(zhǎng)發(fā)育及逆境引起的上游信號(hào)傳遞及降解復(fù)合體如何構(gòu)成的關(guān)鍵問(wèn)題為研究突破口，對(duì)植物體內(nèi)蛋白降解機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)的研究。主要研究?jī)?nèi)容是： 1) 擬南芥中植物激素（茉莉 酸 、赤霉素和脫落酸）信號(hào)介導(dǎo)的蛋白降解對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育、雄性不育 的 調(diào)控機(jī)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(jī)理，尋找降解過(guò)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(jī)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(yīng)的基因功能及其參與的蛋白降解機(jī)制的 研究。通過(guò)系統(tǒng)的分子和生物化學(xué)分析 研究 Fbox 蛋白 DOR 作用的分子機(jī)理，進(jìn)一步探討擬南芥 響應(yīng) 干旱脅迫的分子機(jī)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(xì)胞內(nèi)的 OGlcNAc 信號(hào)及其與春化響應(yīng)表觀遺傳機(jī)制之間的關(guān)系，探討蛋白的 OGlcNAc 修飾對(duì)春化相關(guān)蛋白活性的調(diào)控機(jī)制。闡明組蛋白修飾對(duì)擬南芥春化響應(yīng)及開花時(shí)間的分子及生化機(jī)制；研究植物凝集素通過(guò)與組蛋白修飾相關(guān)蛋白的互作調(diào)控春化響應(yīng)的機(jī)制。