作物分子遗传基础研究团队
发布时间:2013-04-17 浏览次数:
 

南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室作物分子遗传基础研究团队主要从事作物养分高效利用分子育种、作物抗逆生理与分子调控及遗传改良等研究。团队科研力量雄厚,现有教授10名,副教授2名,讲师3名,其中1人为国家自然科学基金委杰出青年基金获得者,1人为全国农业科研杰出人才和全国优秀博士论文指导教师, 4人入选教育部“新世纪优秀人才”, 2人为江苏省333高层次人才。团队与英国John Inners Centre、美国Kansas State University、香港浸会大学等保持着紧密的合作研究。

5年先后承担国家973、863、国家自然科学基金、国家转基因重大专项等科研项目。团队具有从事细胞生物学、功能基因组学、蛋白质组学、作物遗传育种等研究工作能力,有ICP、液质联用、膜片钳等电生理分析系统、荧光定量PCR仪等大型仪器设备,此外还拥有温室、网室、人工气候室,已建成基础条件良好的作物养分高效定位田间试验基地,具有作物遗传与种质创新相关研究领域先进完备的研究设施和条件。
近年来,团队在水稻等农作物的氮磷养分高效和植物抗盐、抗旱等分子机制研究方面开展了重点研究,尤其是在细胞质膜的转运蛋白和磷脂调控氮磷吸收利用和抗盐性的分子机制方面取得了突出成绩。细胞质膜在感受、转导外界信号,调控物质转运,维持细胞内环境稳定,保证细胞正常代谢活动顺利进行等方面具有极其重要的功能。质膜的离子转运蛋白负责作物矿质养分和盐分的跨膜运输,调控养分的吸收利用和抗盐性。此外,质膜的磷脂具有化学结构的多样性和组分之间转变的相对简单性特征,能够迅速感知和传递细胞的信号。因此,揭示质膜转运蛋白的表达调控和功能及其磷脂的信号作用与机理,对作物吸收矿质营养、水分,抗盐等分子机理和遗传改良具有重要的理论和应用价值。
近年来,依据促进铵硝平衡和改善根际磷吸收提高作物氮磷利用效率的植物营养理论,团队开展了细胞质膜的转运蛋白调控氮磷吸收利用的分子机制和养分高效的新品种培育研究。克隆并鉴定了水稻硝酸盐转运蛋白NAR2/NRT2基因家族各个成员的表达调控、生理功能及其互作机制,在分子水平上提供了水稻利用硝酸盐的直接证据;发现OsNAR2.1通过与多个细胞质膜蛋白NRT2家族成员的互作调控水稻的铵硝平衡,其中OsNRT2.3a负责硝酸盐从根系到地上部的转运;明确过量表达OsNAR2.1和OsNRT2.3b可显著提高水稻的产量和氮素利用效率,揭秘了维持细胞质pH平衡是氮素高效的重要基础。
分析了水稻和大豆中细胞质膜磷酸盐转运蛋白PHT1家族各个成员的表达调控特征,发现水稻OsPT2和OsPT6均是缺磷强烈诱导表达的基因,其中OsPT2是一个低亲和力的磷酸盐转运蛋白,负责根系磷向地上部的转运,而OsPT6则同时参与磷的吸收和转运;发现OsPT1和OsPT8分别是组成型双亲和力和缺磷增强表达高亲和力的磷酸盐转运蛋白,负责地上部各个部位磷的再分配,影响水稻的分蘖和籽粒灌浆。初步明确了大豆GmPT1、GmPT2是OsPT2、OsPT6的同源基因,在大豆吸收转运磷素中具有重要功能。鉴定到多个可能参与氮磷互作的硝酸盐和磷酸盐转运蛋白基因。
发现了由磷脂酶D(PLD)及其水解产物磷脂酸介导的多条抗逆途径。鉴定了磷脂酸的靶蛋白NADPH氧化酶(RbohD)、MAPK6、微管结合蛋白MAP65-1, 精确揭示磷脂与靶蛋白结合的分子机制,并进一步阐明磷脂信号如何通过这些靶蛋白,分别调控活性氧产生、蛋白磷酸化、微管聚合等细胞学过程,明确通过这些过程磷脂信号调控耐盐和相应逆境激素ABA等生理过程。
本项研究不仅鉴定到多个调控作物氮磷高效吸收利用的新基因,而且在理论上证明氮磷利用与高产有密切的关系,产量(库)的潜力反馈调节细胞质膜转运蛋白基因的表达及其互作,从而决定养分利用效率。该项工作也促进了对植物细胞膜脂的认识,为脂的信号理论提供了系列实验证据。
近年来,在Annual Review of Plant Biology、Plant Cell、Current Opining in Plant Biology、Plant Journal、Plant Physiology、Plant Cell and Environment, Journal of Experimental Botany等高水平学术期刊发表了一批研究和综述论文;获得的新基因专利已授权给国内多家科研单位用于作物养分高效育种;获教育部高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)自然科学奖二等奖2项,中国土壤学会第四届科学技术奖一等奖1项;获授权国家发明专利多件;获全国优秀博士论文1篇,省优秀博士论文1篇。
现任团队负责人: 徐国华 教授