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蛋白质工程及植物基因工程国家重点实验室(北京大学)

发布日期:2012-05-24  浏览次数:12348
蛋白质工程及植物基因工程国家重点实验室于1987年开始筹建,1990年通过国家验收,开始正式运行并向国内外开放。
 

  蛋白质工程及植物基因工程国家重点实验室于1987年开始筹建,1990年通过国家验收,开始正式运行并向国内外开放。2001年评估结束后实验室领导换届,由许智宏院士担任新一届学术委员会主任,朱玉贤教授为实验室主任。实验室现有各类科研人员50人,有独立运行的课题组20个,有教授、博士生导师21人(其中院士2人,“长江计划”特聘教授5人,国家杰出青年科学基金获得者8人),博士副教授4人,另有技术及管理人员5人。科研人员中34人拥有博士学位。以朱玉贤为学术带头人在2003年获得国家自然科学基金委“创新研究团队”一个,在2006年获得延续资助。

  长期以来,我们根据国家经济建设和科学教育事业发展的需要,立足于国际学科发展的先进理论和技术前沿,结合我国丰富的物种资源,逐步形成了以生物大分子与生物药物研究、植物分子生物学研究、植物与微生物相互作用研究和生物信息与基因进化研究等四个主要研究方向,致力于尽快将现代生物工程新技术、新方法应用于农业、工业和医药生产实践,已经具备了较强的承担国家级重大科研任务的能力,常年承担“973”、“863”和国家自然科学基金重点项目20项左右,近5年年均科研经费达到1800万元。

  建室20多年来,本室科研人员主要在蓝藻异型胞分化与模式形成机制研究,棉花转录组学研究,拟南芥和水稻功能基因研究,AK6、AtWRKY1和DctB等重要生物大分子的晶体学及结构功能研究,蛋白-蛋白相互作用研究,蛋白质构像与功能关系研究,植物抗病机制研究,生物信息平台和数据库建设、生物信息学新算法研发以及统计学规律发现等领域取得了重要进展和突破。主要代表性成果有:

  赵进东院士的课题组研究对异型胞分化有关键影响的HetR蛋白发现,HetR是DNA结合蛋白,该蛋白中唯一的半胱氨酸残基Cys48被突变后,不能形成二聚体,就不能结合DNA。HetR与PatS基因(已知的抑制异型胞分化最重要的基因)启动区结合,调控PatS的表达,并调控蓝藻细胞中钙离子浓度,继2004-2006年连续发表3篇PNAS论文后,又连续在Mol. Micro及JBC等国际知名刊物上发表重要学术论文,充分阐述了钙离子在蓝藻异型胞分化中的重要地位。

  朱玉贤课题组运用基因组学及功能基因组学的方法,系统研究了纤维伸长期转录组变化规律,首次发现植物激素乙烯参与调控棉纤维细胞伸长,揭示了棉纤维发育的分子机制,为大幅度提高棉纤维品质提供了理论依据。成功构建了高质量陆地棉胚珠cDNA文库,有93,730条棉花EST序列被NCBI收录,占世界现有棉花EST总量约25%。获得28,141条UniEST,占全世界陆地棉UniEST数的70%左右。建成了具有国际领先水平的大型高通量陆地棉cDNA芯片,获得778个棉花纤维特异表达基因,发现乙烯生物合成途径是102个代谢途径中最显著的纤维特异上调生化途径。首次证明超长链脂肪酸参与植物激素信号转导,发现超长链脂肪酸通过调控植物激素乙烯的生物合成促进棉纤维伸长。鉴定并克隆了4个在开花后10-15天的陆地棉纤维细胞中特异性高表达的超长链脂肪酸延伸酶基因,发现超长链脂肪酸不仅显著促进了体外培养胚珠上棉纤维细胞伸长,也能显著促进拟南芥超长链脂肪酸延伸酶基因缺失突变体细胞伸长。

  他们还发现拟南芥bard1-3完全敲除突变体茎端分生组织出现了非常剧烈的异常,大量细胞快速增生,但是没有正常的组织分化,只形成很多管状突起。DNA凝胶阻滞实验表明,野生型拟南芥核提取物可以与WUS上游启动子区DNA形成DNA-蛋白复合物,这种DNA-蛋白复合物可以被特异性识别BARD1蛋白的抗体所识别。wus-1 bard1-3双突变体的表型和wus-1的表型比较相似,而bard1-3茎端分生组织的表型在双突变体被抑制。BARD1可能通过限制WUS特异地表达在组织中心(OC)进而调节茎端分生组织功能,BARD1可能与染色质重塑蛋白SYD-2发生相互作用,影响WUS基因启动子区核小体的形成和该基因表达的效率,改变拟南芥干细胞发生与分化的进程。先后有3篇研究论文发表在植物科学研究领域最有影响力的Plant Cell上。2006年发表的那篇论文还被国家科技部编撰的《中国科学技术发展报告(2006)》收录(P114-115页)。

  瞿礼嘉课题组筛选出一个获得功能性卷叶突变体,证明该卷叶表型是由一个甲基转移酶基因的上调引起的。进一步的实验证明,该酶将一个甲基转移到植物生长素上,而甲基化的植物生长素在体外表现出更强的活性;该酶基因的表达受发育的调控。本研究证明,叶子的平展涉及植物生长素活性的合理空间分布,并与发育相关。还研究了拟南芥的几个转录因子基因(如SPL和PTL)的功能获得性突变体,研究了植物激素的甲基化在植物生长发育中的作用。首次证明RING-finger类的E3蛋白RHF1a和RHF2a调控拟南芥配子体发生发育过程并发现组蛋白乙酰化及生长素甲基化分别介导了拟南芥根表皮细胞分化和叶片发育模式。他们发现两个编码RING-finger类E3蛋白基因rhf1a和rhf2a 双突变体的雌、雄配子体发育有明显的缺陷,有丝分裂出现异常,花粉发育停滞在PMI的细胞分裂间期,而胚囊发育主要停滞在FG1时期,说明有丝分裂间期的某个抑制因子由于这两个基因的突变而产生了积累。进一步实验表明,RHF1a可以与一个CDK抑制因子ICK4/KRP6相互作用,介导ICK4/KRP6通过26S蛋白酶体途径进行降解。他们认为,RHF1a和RHF2a行使一个类似门卫的功能,介导对ICK4/KRP6的蛋白降解,使ICK4/KRP6这个细胞周期的负调控蛋白无法进入随后进行的有丝分裂的过程,从而保证有丝分裂过程的正常进行,以形成有功能的雌、雄配子体。该课题组自2005年以来连续在Plant Cell上发表3篇研究论文。

  许智宏院士和白书农教授课题组发现组蛋白去乙酰化酶抑制剂TSA处理拟南芥植株能引起根表皮细胞分化模式改变,证明组蛋白乙酰化水平改变会导致“模式基因”表达发生变化,并据此提出组蛋白乙酰化是介导决定根表皮细胞分化模式的位置信号的关键环节,为阐明生物模式形成过程中起关键作用的位置信息的作用机制提供了新的视角。论文发表在PNAS上。以根表皮细胞分化模式改变的表型为指标,发现HDAC基因家族18个成员中的3个单基因突变导致表型变化,其中受HDA18调控的激酶很可能参与介导定位于细胞膜上的激酶受体SCM所产生的位置信息。此外,他们在过去10多年中,对黄瓜单性花发育调控中“乙烯促雌”现象做了系统的分析。在确定了黄瓜花芽发育的12个时期标准基础上,发现单性花在形态上的分化出现于第6期。在雌花雄蕊中发现花药原基特异的DNA损伤,并发现这种器官特异性DNA损伤与乙烯受体CsETR1基因表达的下调高度相关。他们还通过在拟南芥中器官特异性过量表达乙烯合成的关键基因,或者抑制乙烯受体基因表达,获得了类似黄瓜雌花中滞育雄蕊的表型。这些工作在Plant Journal等杂志上发表之后,他们所采用的黄瓜花芽发育时期的划分标准得到国际同行的高度关注。

  李毅课题组研究发现,水稻矮缩病毒(RDV)外层外壳蛋白P2具有膜融合蛋白功能,能够介导多胞体的产生。该蛋白含有膜融合必须的功能单位如N端的融合肽以及两个七肽重复区(heptad repeat,HR),在其靠近C端的1/4区域处有一个跨膜区。他们构建了一系列P2缺失突变体进行膜融合实验,结果表明位于N端的七肽重复区对膜融合功能起主要作用。这一结果为进一步阐明RDV以及同属病毒侵染昆虫宿主机制提供了一个研究模型。这也是关于植物病毒蛋白介导昆虫宿主细胞膜融合的首次报道,对于病毒侵染细胞机制的研究具有重要意义(论文发表在PNAS上)。
 

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