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本项目前两年所取得的一些突出进展:

A. 在“植物细胞感受、传递、响应高盐、低温胁迫的细胞信号转导分子机理”(课题1)方面的突出进展和创新性:
(a)阐明了新的钙结合蛋白SCaBP8 在拟南芥耐盐信号转导中的作用,证明了SCaBP8通过与SOS2的相互作用保护拟南芥地上部分免受盐胁迫,研究结果发表在Plant Cell(2007);
(b)阐明了蛋白激酶PKS5在响应高pH信号中的作用机制,证明了PKS5具有负调控质膜H+-ATPase活性的作用;此项研究工作的重要意义在于:所谓俗称的“盐碱地”,在大多数情况下,“盐”与“碱(高pH)”总是相伴的,例如我国东北、内蒙、宁夏、新疆等地的大面积盐碱地的pH多在8-11之间;而以往国内外以研究植物耐盐性机制较多,基本上没有关于植物耐碱性方面的研究。本项研究有可能对未来综合研究植物的“耐盐碱性”有所贡献。此外,由于PKS5直接调控质膜H+-ATPase活性,很可能该系统在植物“感受”逆境信号方面有一定或重要作用。(c)证明了微管骨架的动态重组过程对于拟南芥适应盐胁迫是非常重要的;并提出了微管在感受盐胁迫信号中可能有重要作用,研究结果将发表在Plant Cell Physiol(2007)。有关微管在响应盐胁迫中的作用分析研究工作受到国际同行的好评,审稿人认为:“In general, I do think that the authors provide the evidence necessary to support their claim. I also think that this work represents a milestone for a sensory role of MTs.”。
(c)分别从拟南芥和马铃薯中发现并克隆了新的植物微管结合蛋白MAP18(Microtubule Associated Protein 18)和SB401。对MAP18蛋白的微管结合特性、细胞定位、以及对微管动态变化的调控作用等进行了分析。有关研究结果发表在The Plant Cell(2007, 19: 877–889)上。此外还证明了马铃薯花粉中特异表达的SB401蛋白是新的微管结合蛋白。该研究结果发表在The Plant J(2007, 51: 406–418)上。我们还对拟南芥AtMAP65微管结合蛋白与微管相互作用的机理进行了一些研究,相关的研究结果发表在Plant Physiol(2005, 138: 654–662)等期刊上。这些研究结果分别得到了国际同行的高度评价。例如:关于MAP18的研究,审稿人认为:“The discovery of a new MAP is a significance advance in the field and the manuscript is, in general, clear and well written. The range of experiments performed is impressive, it is really nice to see the question tackled from so many directions.”。
(d)利用脂类组学(Lipidomics)的方法,分析了拟南芥膜脂分子组成在冷冻和冻融过程中的变化,研究结果已被JBC接收,该项研究为探索植物响应低温胁迫的机制做出创新性的贡献。  

B. 在“作物响应高盐、低温胁迫的基因转录调控机理”(课题2) 方面的重要进展和创新性:所鉴定克隆的ERF、WRKY、bZIP、MYB、ABP等耐逆相关转录因子基因均是尚无报道的新基因(详见课题总结报告),特别是对PHD类转录因子与逆境应答相关性的系统研究在国内外尚属首次。另外,已经开始的围绕其中一些转录因子的上下游调控网络的研究,有望在后续几年的研究中在植物应答高盐、低温胁迫的基因表达网络调控机制方面取得较重要突破。

C. 在“植物耐盐、耐低温性状和关键代谢途径重要新基因的克隆和功能分析”(课题3、4)方面的突出进展和创新性:
(a)自水稻和拟南芥两种模式植物中分别鉴定克隆了与耐盐性状密切相关的新基因9个、耐低温新基因2个等,并对其中7个基因的功能进行了较深入的分析(详见课题总结报告)。其中特别是对OsHKT3和OsHKT9、OsHAL3、OsCIPKs、SNAC1、AtWRKY6等的研究除已经获得阶段性成果外,还具有进一步深入研究并取得较大突破的前景。特别是有关SNAC1的阶段性研究结果于06年在PNAS上发表,自发表以来至2007年11月份已被他人引用18次。综合现有数据表明,SNAC1超量表达植株耐盐能力提高的分子机理有别于现有报道的耐盐基因,在盐胁迫条件下SNAC1调控基因表达的分子机制正在深入研究中。
(b)水稻HKT家族耐盐基因的克隆与功能研究:水稻HKT家族共有8个基因,本项目在第一阶段重点克隆了其中的2个水稻耐盐相关的HKT基因(OsHKT3、OsHKT9),并对其表达及可能的功能进行了分析。由于课题组成员在HKT家族成员功能分析研究方面的突出进展,作为作者之一受邀参加了发表在Trends in Plant Science的综述文章的撰写,该文自今年发表以来已被他人引用9次。
(c)有关利用江西东乡野生稻渗入品系定位耐冷相关QTLs的工作进展也较突出(包括定位了7个芽期耐冷QTL、1个苗期耐冷QTL和3个穗期耐冷QTL等),该研究在材料上、思路及成果上均有较强的创新性,也为水稻耐冷育种提供了新材料和新基因,有望在后续几年获得较大进展和贡献。
 
D. 在“植物逆境信号转导与基因表达网络调控机制解析”(第5课题)方面的突出进展和创新性:建立了针对“植物应答高盐、低温胁迫的信号转导及基因表达调控遗传网络”研究的各种数据库体系及数据挖掘平台;完成了基于数据挖掘的拟南芥应答高盐、低温的基因调控网络初步构建,以及围绕数个重要基因的局部网络数据的深入挖掘;特别是编写的基于Gene Ontology的功能分类工具EasyGO是目前世界上唯一一个全面支持众多与农业生产相关物种的大规模基因组学或功能基因组学功能分类工具。收集到38个分布在中国各地的拟南芥居群,开展了野生拟南芥居群冷胁迫下基因调控网络的初步研究,挖掘出对冷胁迫具有共同响应趋势的基因以及在某个或几个居群中具有特异响应模式的基因。

E. 在“重要耐盐、耐低温基因的生物学整合效应分析”方面的突出进展和创新性: 分离到数个新的高盐、ABA、低温诱导以及根、种子和精细胞特异性启动子;建立的基于细菌接合及体内位点特异性重组设计的多基因组装技术体系具有原创性,据我们所知是目前转化效率和实用性最好的多基因组装技术,该技术平台可为植物多基因转化以及多基因RNAi提供更为快速高效和经济实用的技术支撑。同时,使用该技术平台,我们有望通过基因工程操纵ABA依赖途径和 非ABA依赖途径,以期达到改善植物耐逆性的目的。建立了农杆菌介导的小麦苗端转化方法,采用该方法获得的抗病小麦工程株系均已获批安全性中间实验,同时采用该方法首次将SOS信号转导途径基因导入推广小麦品种,获得耐盐性小麦品种。首次将胆碱单加氧酶基因通过质体转基因的手段导入到叶绿体基因组中,取得比已报道的核转化更好的抗盐抗旱效果和生物安全性。初步证明了“核质”双转化进一步提高植物抗盐性的实际可行性。首次提出并证明核基质结合序列不仅能提高外源基因基因表达,而且能提高植物转化频率和转化效率,转化频率和转化效率与抗性基因表达有关。

 

 详情请参看项目中期总结报告

 

 
 
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