研究方向

植物分子遗传与功能基因组学研究

开展水稻、玉米、棉花等作物重要性状(产量、品质、营养高效、抗病虫、抗逆等)的分子遗传和功能基因组学研究,分离克隆重要性状的功能基因及调控因子,阐明重要性状形成的分子机制及调控网络,为作物分子设计育种提供理论基础和技术支持。

重要成果

水稻抗高温和适应环境温度的分子机制研究
实验室林鸿宣团队利用生长于热带的非洲稻为材料,通过与亚洲栽培稻构建遗传材料,并进一步进行遗传分析和定位克隆,成功分离克隆了控制非洲稻高温抗性的主效QTL Thermo-Tolerance1 (OgTT1)。对OgTT1控制水稻高温抗性的机理研究表明:OgTT1编码一个26S蛋白酶体的α2亚基,非洲稻中的等位基因不仅在转录水平上对高温的响应更有效,而且其编码的蛋白使细胞中的蛋白酶体在高温下对泛素化底物的降解速率更快。蛋白质组学的分析显示,这种更快的降解速率可以使水稻细胞中积累的有毒变性蛋白的种类和数量都显著降低,进而保护了植物细胞。人们已经认识到植物细胞在高温逆境下会积累大量的变性蛋白,这些错误折叠的蛋白对细胞产生毒性。但之前的认识大多集中于植物通过分子伴侣类热激蛋白(HSPs)将这些变性蛋白复性来应对高温胁迫。该研究则揭示了植物细胞响应高温的新机制:即及时有效地清除变性蛋白,对维持高温下胞内蛋白平衡至关重要;尤其在极端高温时,清除比复性的效率更高。
非洲稻被认为是一个有待开发的珍贵基因资源库,国际上很多研究组都在试图发掘利用非洲稻基因组中的抗逆基因资源。OgTT1是在这些努力中率先成功发掘到的重要基因位点,可以通过基于常规杂交的分子标记育种方法直接应用于水稻抗高温育种中,为作物改良提供了宝贵的基因资源。该研究还探讨了OgTT1在禾本科植物高羊茅和十字花科植物拟南芥响应高温过程中的作用,显示了其在不同物种中都具有提高植物高温耐受性的功能。这些发现也提示OgTT1在禾本科作物包括小麦等和十字花科蔬菜如大白菜等作物抗高温育种中有广泛的应用潜力。相关研究成果于2015年发表在Nature Genetics期刊。

“水稻复杂数量性状的分子遗传调控机理”获2012年度国家自然科学二等奖
项目主要完成人:林鸿宣、高继平、任仲海、宋献军、金健。
该项目以我国最主要的粮食作物水稻作为研究对象,结合农业生产领域的迫切需求,开展了水稻耐盐、产量等数量性状的分子遗传调控机理研究,取得了一系列创新性的成果,为作物分子育种研究奠定了基础。该项目成功克隆了植物抗逆研究领域的第一个数量性状基因SKC1,阐明了通过调控钠离子运输提高水稻耐盐性的分子机制;首次克隆了控制水稻籽粒粒宽和粒重的主效数量性状基因GW2,揭示了影响水稻产量性状的遗传基础;克隆了决定水稻株型从野生稻的匍匐生长到直立生长的关键基因PROG1,揭示了野生稻人工驯化过程中株型改变这一标志性驯化事件的分子调控机理。项目的8篇代表性论文中有3篇研究论文先后发表于著名顶级杂志Nature Genetics。研究成果被Nature Genetics、Nature Reviews Genetics、Annual Review of Plant Biology等顶级刊物广泛引用和评述。该项目的成果为作物复杂数量性状的研究提供了范例,促进了重要作物如水稻、小麦、玉米的数量性状遗传学研究的发展。项目获得4项发明专利,为作物育种改良提供了有自主知识产权的基因专利。

Nature Genetics, 2005
Nature Genetics, 2007
Nature Genetics, 2008

返回