中国科学院遗传与发育生物学研究所
中国科学院微生物研究所
植物基因组学国家重点实验室
年
报
2008
ANNUALREPORT2008
STATEKEYLABORATORYOFPLANTGENOMICSInstituteoficsandDevelopmentalBiologyInstituteofMicrobiologyChineseAcademyofSciences
目录
一．研究工作进展...................................................................................................................1
基因表达调控和植物生物技术（方荣祥课题组）.........................................................1植物－病原微生物的相互作用研究（何朝族课题组）.................................................7与植物重要农艺性状相关基因的结构和功能研究（夏桂先课题组）.......................10RNA沉默和植物抗病机制（郭惠珊课题组）.............................................................13水稻分化发育和抗病性的功能基因组研究（朱立煌课题组）...................................16大豆转录因子参与大豆非生物胁迫应答（陈受宜课题组）.......................................20水稻株型及稻米品质调控基因的克隆与功能研究（李家洋课题组）.......................24细胞分裂素信号转导和植物细胞的程序性死亡（左建儒课题组）...........................27植物比较基因组学研究（陈明生课题组）...................................................................30植物分子细胞遗传（程祝宽课题组）...........................................................................33
高等植物表观遗传学研究（曹晓风课题组）...............................................................37茉莉酸信号转导途径的化学遗传学解析（李传友课题组）.......................................41植物胁迫信号传导的分子机制（谢旗课题组）...........................................................44植物遗传工程研究（朱祯课题组）...............................................................................47
植物基因表达调控（储成才课题组）...........................................................................51
生物信息学和系统生物学（王秀杰课题组）...............................................................55
二．队伍建设和人才培养
.....................................................................................................58
三．开放交流与运行管理.....................................................................................................58 （一）开放交流...............................................................................................................58
（二）国内外学术活动...................................................................................................58
（三）实验室大型仪器平台...........................................................................................67
四．科研成果.........................................................................................................................68
（一）论文.......................................................................................................................68
（二）论著.......................................................................................................................74
（三）专利.......................................................................................................................75
（四）奖励.......................................................................................................................77
五．承担课题、国际合作
.....................................................................................................78
（一）承担国家或部门课题...........................................................................................78
（二）合作项目...............................................................................................................83 附录
.........................................................................................................................................84
（一）组织结构...............................................................................................................84
（二）实验室组成...........................................................................................................85
（三）实验室设立的开放课题.......................................................................................88
（四）2007年学术委员会纪要......................................................................................89
一．研究工作进展 基因表达调控和植物生物技术（方荣祥课题组） Regulation
ofGeneExpressionandPlantBiotechnology (ProfessorRongxiangFang) （一）研究进展
1.决定黄瓜花叶病毒（CMV）2b抑制子活性的关键氨基酸基序 CMV山东株系（SD-CMV）属于毒性较强的CMVIB亚组，CMVQ株系（Q-CMV）属于毒性较弱的II亚组。
我们用GFP沉默的恢复实验表明SD-CMV具有比Q-CMV更强的抑制系统RNA沉默的能力。
进一步的实验表明SD-CMV的2b（SD2b）比Q-CMV的2b（Q2b）具有更强的抑制子活性。
比较SD2b和Q2b的氨基酸序列，发现二者之间存在三个差异较大的肽段，即N端的1-8位氨基酸（domain1），48-61位氨基酸（domain2）和62-71位氨基酸（domain3），domain3不存在于Q2b中。
为了解这些domain对SD2b与Q2b抑制子活性差异的贡献，我们通过domainswapping构建了一系列SD2b和Q2b的杂合体和缺失体。
通过分析这些2b变异体的抑制子活性，发现这3个domain对2b抑制子活性都有作用，其中domain3的作用最明显，说明domain3是决定SD2b抑制子活性的关键基序（图1）。
我们还进一步发现2b能抑制AGO4基因的转录，而domain3在抑制AGO4转录中也起到主要作用，说明2b还可能抑制转录水平的基因沉默。
研究结果发表于FEBSLetters（2008online）。
2．双组分信号转导系统反应调节因子NtrC参与野油菜黄单胞菌与宿主的信号通讯 群体感应（quorumsensing，QS）是指细菌根据特定可分泌的信号分子监测自身或周围环境中其它细菌数量变化的一种基因调控方式。
通过全基因组序列比对，在十字花科植物黑腐病重要的致病菌野油菜黄单胞菌（Xanthomonascampestrispathovarcampestris,）中发现了一个单拷贝的R/pip遗传位点，该位点由两个同向ORF组成，其中上游基因R编码的蛋白产物R与细菌群体感应转录因子LuxR同源，下游基因pip编码脯氨酸亚氨基肽酶(prolineiminopeptidase，PIP)。
在pip基因启动子区域中存在一个与LuxR特异结合位点luxbox同源性很高的20bp反向重复序列，命名为luxXcbox。
基因失活/互补实验表明R和pip基因对的致病性是必需的，交叉互补实验表明在致病信号传导途径中pip处于R的下游。
我们先前对R/pip遗传位点的表达调控研究显示，R通过luxXcbox激活下游pip基因的表达；pip启动子的表达水平受宿主植物诱导，R和luxXcbox对这种宿主诱导作用是必需的；植物抽提液可以稳定R蛋白，促进R与顺式元件luxXcbox结合。
为进一步了解宿主对R/pip位点表达的调控作用，我们通过构建R启动子-GUS报告系统筛选R基因的上游调控因子。
研究发现在丰富培养基中R启动子的表达受双组分信号转录系统反应调节因子NtrC的负调节；但在宿主植物体内，在NtrC突变体和
1 野生型中R的表达水平基本相同，超表达NtrC也不能降低R启动子的表达水平，推测在植物体中NtrC对R的负调节作用被解除。
NtrC属于双组分调控系统效应蛋白，它的活性受磷酸化作用的影响。
我们正进一步研究NtrC磷酸化对其抑制R启动子活性的影响。
综合以上结果，我们推测R/pip遗传位点基因的表达模式为（图2）：在宿主体内，某种植物因子与NtrC相互作用，解除了NtrC对R的负调节作用；R被激活后，稳定的R蛋白与pip启动子区luxXcbox结合，诱导致病因子pip的表达。
3．黄单胞菌新双组分信号转导系统VgrS/VgrR的调控机制及VgrS的结构特征 双组分信号转导系统（ponentsignaltransductionsystem,TCSTS）由组氨酸激酶和反应调节蛋白两部分组成，是细菌细胞感受外界刺激并调控下游基因的主要分子机制。
十字花科植物病原野油菜黄单胞菌（Xanthomonascampestrispv.campestris,）基因组共编码52个组氨酸激酶和54个反应调节蛋白（Qianetal.2008.MPMI.21:151-161）。
以往研究已发现HrpG和RpfC/RpfG系统参与了的致病过程。
通过功能基因组学分析，我们鉴定到两个调控致病因子表达的新的TCSTS，即VgrS/VgrR和MefS/MefR（Qianetal.2008.MPMI.21:1128-1138）。
其中，vgrR编码一个以螺旋-转角-螺旋结构域为信号输出区的转录因子，该基因失活后会造成多个表型发生改变，包括致病力下降、细菌在培养基及植物体内增殖速度下降、胞外多糖产量减少、胞外蛋白酶合成量显著下降和在SDS,热激及渗透胁迫下存活率上升等。
此外，其它研究表明该基因特异性地调控细菌III型分泌系统hrpC和hrpE操纵子的转录。
因此，VgrR有可能是一个细菌全局性调控因子，并且是到目前为止在中鉴定到的唯一一个既影响效应蛋白（effector）相关基因转录，又影响病原相关分子模式（胞外多糖）合成的调控因子。
在与寄主植物相互作用的过程中，该蛋白可能在抑制效应蛋白激发的免疫反应（ETI）和病原相关分子模式激发的免疫反应（PTI）中发挥了重要的调控作用(图3)。
除此而外，进化分析发现组氨酸激酶VgrS的氨基端信号识别区域（sensorregion）在水稻黄单胞菌（X.oryzaepv.oryzae,Xoo）中发生了极显著的加速进化，其进化速率是其它TCSTS平均进化速率的9.1倍，且在蛋白二级结构（预测）上已出现了明显的分化。
这表明VgrS在信号识别的类别和信号接受方式上可能产生了功能分化。
目前，我们已对VgrS/VgrR的基本表达模式进行了分析并已获得纯化的VgrS和VgrR可溶性蛋白，正在对该双组分信号转导系统的调控方式、调控元组成、与植物免疫反应的互作关系、VgrS结构变异与功能分化之间的相互联系等问题进行深入的探索。
1.AcriticaldomainoftheCucumbermosaicvirus(CMV)2bproteinforRNAsilencingsuppressoractivity CMVstrainShandong(SD-CMV)belongstoCMVsubgroupIBandstrain(Q-CMV)isamemberofsubgroupII,whichislessvirulentthanSD-CMV.WehaveshownthatSD-CMVwasmoreefficientthanQ-CMVininhibitingsystemicRNAsilencing,indicatingthedifferentialvirulenceofCMVstrainsiscorrelatedtotheirabilitytoinhibitlongrangesilencingsignaling.Wehavefurthershownthatthe2bproteinofSD-CMV(SD2b)hadastrongeractivitythanQ-CMV2b(Q2b)insuppressionoflocalRNAsilencing.Alignmentofaminoacid(aa)sequencesofSD2bandQ2brevealedthreevariedsequencedomains,i.e.theN-terminalaa1-8(domain1),aa48-61(domain2),andaa62-71(domain3)whichisexistentinSD2bbut
2 absentinQ2b.TolearnthefunctionofthethreedomainsintheobserveddifferenceinsuppressoractivitybetweenSD2bandQ2b,weconstructedaseriesofchimeric2bproteinsbyswappingthedomainsbetweenSD2bandQ2bandsome2bdeletionmutantslackofspecificdomains,andanalyzedthesuppressoractivityofthese2bvariants.Wefoundthatdomains1and2contributetosomedegreetothehighersuppressoractivityofSD2bandthatdomain3isamajordeterminantofthesuppressoractivityofSD2b(Fig.1).Furthermore,wefoundthatCMV2bcaninhibitthetranscriptionofanAGO4-likegeneofNicotianabenthamiana,anddomain3iscrucialforthedown-regulation,implyingthatCMV2bmayalsointerferewiththehosttranscriptionalgenesilencing. 图
1.SD2b和Q2b的氨基酸序列比较。
SD2b的domain3（用红色显示）是决定其抑制子活性的主要基序。
Figure1.parisonbetweenSD2bandQ2b.SD2bdomain3(inred)isamajordeterminantforitsRNAsilencingsuppressoractivity.
2.Ntrc,aresponseregulatorofponentsignaltransductionsystems,isinvolvedinthemunicationbetweenandthehostplant Quorumsensing(QS)referstothebacterialmunicationviaself-producedchemicalsignalmoleculeswhoseconcentrationcorrespondstothedensityofthebacterialpopulation.AnalysisoftheXanthomonascampestrispv.campestris()genomesequencerevealedthepresenceofanR/piplocus.TheupstreamgeneRisaluxRhomologue,whilepipcodesforaprolineiminopeptidase(PIP).Aluxbox-likeelement,namedluxXcbox,locatesinthepippromoterregion.WehavepreviouslyshowedthatdisruptionofeitherRorpipresultedinsignificantlyattenuatedvirulenceofonthehostcabbageplant.plementationexperimentsshowedthatpipsitsdownstreamofRinthepathogenesissignaltransductionpathway.MolecularanalysesshowedthatRtrans-activatedpipexpressionthroughbindingtothecis-elementluxXcbox.Furthermore,wehaveshownthatexpressionofthepippromoterwasmarkedlyinducedwhenthebacteriagrewinplanta,andRortheluxXcboxwasessentialfortheinplantainduction,suggestinganmunicationbetweenanditshostthroughtheR/piplocus. Tofindotherregulatoryfactorsinvolvedinthis-hostinteraction,weconstructedanRpromoter-gusAfusioninchromosometoscreenforthegenescontrollingtheexpressionofR.WefoundthatundermediumcultureconditionstheRpromoteractivitywasrepressedbyatranscriptionalactivatorNtrCfamilyprotein.However,sucharepressionwasabolishedwhenthebacteriagrewinplanta,suggestingsomeplantfactorsinterferewiththerepressorfunctionofNtrContheRpromoter.TheNtrCproteinisaresponseregulatorwhichisphosphorylatedbyahistidinekinaseuponsensingtoaspecificstimulus.WearestudyingtheinfluenceofthephophorylationstatusofNtrConitsrepressorfunction. Takentheabovedatatogether,weproposeaworkingmodelforexpressionregulationoftheR/piplocusforvirulence(Fig.2):inplanta,thepathogensensessomehostfactor(s)
3 toreleasethesuppressionofNtrContheRpromoter.aTheactivatedRsubsequently interactswiththeluxXcboxtoinducetheexpressionofpipforfacilitatinginfection. inmedium inplanta pathogenicity OMPeriplasmIMlasm NRR PPP ?
SS?
SS NRR ?
P ?
SPR luxXcbox luxXcbox 图
2.R/pip遗传位点调控模型。
当生长于培养基时，NtrC通过与R启动子的结合抑制R和pip的表达水平;侵染宿主植物后，某种植物因子与NtrC相互作用，解除了NtrC对R的负调节作用；从而激活致病基因的表达。
图中R表示R；P表示PIP；N表示NtrC；S表示可能的植物信号；OM和IM分别表示细菌细胞的外膜和内膜。
Figure2.AmodelforexpressionregulationoftheR/piplocus.Whenisgrowninmedium,bothpipandRareexpressedatlowlevels,astheRpromoteractivitywasrepressedbyatranscriptionalfactorNtrC.Afterenteringthehostplant,sensesspecificplantconditionsorsignals,andNtrCisremovedfromtheRpromoter.TheactivatedRortheR/plexthenbindstotheluxXcboxofthepippromotertoinducetranscriptionofthepipgene.R,R;
P,PIP;
N,NtrC;andS,thepossiblesignalsfromthehost.OMandIMrefertotheoutsideandinsidemembranerespectively.
3.RegulatorymechanismofthenovelponentsignaltransductionsystemVgrS/VgrRofXanthomonas Theponentsignaltransductionsystems(TCSTSs),consistingofahistidinekinasesensor(HK)andaresponseregulator(RR),arethedominantmolecularmechanismsbywhichprokaryotessenseandrespondtoenvironmentalstimuli.TheGram-negativebacteriumXanthomonascampestrispv.campestris(),whichisthecausalagentofblackrotdiseaseofcruciferousplants,encodes52histidinekinasesand54responseregulators(Qianetal.2008.MPMI.21:151-161).Amongthem,HrpGandRpfC/RpfGhavebeenfoundpreviouslytoplayregulatoryrolesduringdiseasepathogenesis.Recently,byfunctionalgenomicanalysisweidentifiedtwonovelTCSTS,VgrS/VgrRandMefS/MefR,whichareinvolvedinvirulenceof（Qianetal.2008.MPMI.21:1128-1138）.vgrRencodesaputativetranscriptionfactorwithaC-terminalhelix-turn-helixdomainasitssignaloutputregion.DisruptionofvgrRresultedinmultiplephenotypicchanges,includingsignificantattenuationinvirulence,decreaseinbacterialgrowthinmediaorinplanta,decreaseinbiosynthesisofextracellularharides(EPS)andextracellularproteases,andincreasedsurvivalunderseveralstressessuchasSDSexposure,heatshockandosmolarity.Furthermore,otherstudyhasshowedthatvgrRspeciallyregulatesthetranscriptionofhrpCandhrpEoperons,whichencodemachineryofbacterialtypeIIIsecretionsystem.AlltheseresultsindicatedthatVgrS/VgrRisaglobalregulator.ThisTCSTSmustbeakeyregulatorsinceitnotonlycontrolstheexpressionofeffectorsthatcansuppresstheeffector-triggeredimmunity(ETI)ofhostplant,butalsoregulatesthebiosynthesisofpathogen-associatedmolecularpattern(PAMP)thatcaninduceorsuppressthePAMP-triggeredimmunity(PTI,Fig.3).Inaddition,evolutionaryanalysisprovidedstrongevidencethatevolutionoftheN-termianlsensorregionofVgrSofX.oryzaepv.
4 oryzae(Xoo)eleratedsignificantly,with9.1timesfasterthantheaverageevolutionaryrateofTCSTSgenes.ThepredictedsecondarystructureoftheVgrSXoosensorregionalsodifferssubstantiallyfromtheorthologsofotherXanthomonasspp.,suggestingthatthemechanismofsignalperceptionofVgrSXooisquitedifferent.CurrentlywehavemadeprogressinanalyzingtheoperonstructureandproteinexpressionofVgrS/VgrR.Theresultsofthisstudywillgiveinsightintoregulationofvirulencefactorsandsignalperceptionof. 图
3.致病相关双组分信号转导系统的调控网络。
Figure3.Networkofponentsignaltransductionsystemsinregulatingtheexpressionofvirulencefactors.ETI:effector-triggeredimmunity;PTI:PAMP-triggeredimmunity;EPS:extracellularharides;PDA:phosphodiesterase;T3SS:typeIIIsecretionsystem. （二）研究成果 论文：
1.Ye,
J.,Qu,
J.,Zhang,
J.F.,Geng,
Y.F.,andFang,
R.X.(2008).AcriticaldomainoftheCucumbermosaicvirus2bproteinforRNAsilencingsuppressoractivity.FEBSLetters(online)/10.1016/j.febslet.2008.11.031.
2.Xu,
Y.,Ye,
J.,Liu,
H.J.,Cheng,
E.J.,Yang,
Y.,Wang,
W.X.,Zhao,
M.C.,Zhou,
D.J.,Liu,
D.S.,andFang,
R.X.(2008).DNA-templatedCMVviralcapsidproteinsassembleintonanotubes.ChemicalCommunications
(1):49-51.
3.Li,
Y.M.,Zhang,
Z.K.,Jia,
Y.T.,Shen,
Y.M.,He,
H.P.,Fang,
R.X.,Chen,
X.Y.andHao,
X.J.(2008).3-acetonyl-3-hydroxyoxindole:anewinducerofsystemicacquiredresistanceinplants.PlantBiotechnologyJournal6:301-308.
4.Qian,
W.,Han,
Z.J.,andHe,
C.Z.(2008).Two-ComponentSignalTransductionSystemsofXanthomonasspp.:ALessonfromGenomics.MolecularPlant-MicrobeInteractions21:151-161.
5.Qian,
W.,Han,
Z.J.,Tao,
J.,andHe,
C.Z.(2008).Genome-ScaleMutagenesisandPhenotypicCharacterizationofTwo-ComponentSignalTransductionSystemsinXanthomonascampestrispv.campestrisATCC33913.MolecularPlant-MicrobeInteractions21:1128-1138.
6.杨鹍,傅亚萍,张玉满,颜永胜,赵志强,方荣祥,孙宗修,陈晓英(2008).水稻
5 OsPLD3和OsPLD4基因及其启动子.生物工程学报.24:368-375.7.赵志强,傅亚萍,杨鹍,张玉满,颜永胜,方荣祥,孙宗修,陈晓英(2008).水稻小
G 蛋白OsPra2基因的克隆及功能分析.生物工程学报.24:2027-2033. 论著： Jackson,
A.O.,Dietzgen,
R.G.,Fang,
R.X.,Goodin,
M.M.,Hogenhout,
S.A.,Deng,M.andBragg,
J.N.(2008).PlantRhabdoviruses.EncyclopediaofVirology,ThirdEdition.4:187-196. 专利： 于翠梅；陈晓英；方荣祥，一种胡萝卜液泡转化酶Ⅱ基因启动子及其应用，专利号ZL200610065167.1，授权日2008年5月7日。
（三）研究队伍固定人员： 方荣祥，钱韦，陈晓英，贾燕涛，张玉满 研究生： 赵志强，章俊丽，宋晓光，霍岩，王芳芳，苏鸓，耿云峰，杨艳梅，王莉，颜永胜，梁宏，SadiaHamera，郭红艳，李沫
6 植物－病原微生物的相互作用研究（何朝族课题组） MolecularicsofPlant-PathogenInteractions (ProfessorChaozuHe) （一）研究进展
1.野油菜黄单胞菌双组分信号转导基因的功能鉴定 野油菜黄单胞菌是十字花科植物黑腐病，也是研究植物-细菌相互作用的模式生物。
该细菌的基因组编码大量的双组分信号转导系统。
双组分信号转导系统由组氨酸激酶（histidinekinase,HK）和响应调节子（responseregulators,RR)组成，细菌利用该系统监测和应答环境因素变化。
为了研究野油菜黄单胞菌这些双组分信号系统基因的功能，我们利用基因敲除方法成功获得野油菜黄单胞菌ATCC33913菌株54个响应调节蛋白中的51个基因，并对这些突变体的表型如环境胁迫、胞外酶分泌等进行了检测。
寄主植物接种试验发现2个新的响应调节蛋白基因（XCC1958和XCC3107）与该细菌的致病性有关。
进一步的遗传互补和表型分析表明，XCC3107突变影响该细菌生长和胞外蛋白酶分泌。
该基因被命名为vgrR(virulenceandgrowthregulator)。
对这些响应调节蛋白基因的突变体的表型鉴定，将有助于我们构建该细菌对环境和寄主信号的感应和转导网络。
2.野油菜黄单胞菌响应调节子XCC1958的功能分析 胞外多糖、胞外酶和菌膜是野油菜黄单胞菌的主要致病因子，这些致病因子是细菌对外部环境的应答。
双组分信号转导系统通过对外部环境信号的感应，调控细菌的基因表达，从而调控这些致病因子的产生。
野油菜黄单胞菌响应调节子基因XCC1958编码的蛋白含有3个结构域，分别是GGDEF、EAL和REC，其中REC结构域是胞菌响应调节子共有的功能域，GGDEF和EAL已知参与细菌信号分子C-di-GMP的代谢。
体外酶活检测表明，XCC1958蛋白具有合成C-di-GMP的功能，但不具备水解C-di-GMP的作用。
遗传试验结果表明，该基因缺失导致野油菜黄单胞菌对寄主植物致病性、胞外多糖、胞外酶和菌膜下降，同时细菌的运动性降低，表明该基因与这些致病因子的产生相关。
我们将进一步研究该基因对上述致病因子调控的分子机理。
1.Genome-ScaleMutagenesisandPhenotypicCharacterizationofTwo-ComponentSignalTransductionSystemsinXanthomonascampestrispv.campestris Thegram-negativebacteriumXanthomonascampestrispv.campestris()isthecausalagentofblackrotdiseaseofcruciferousplants.Itsgenomeencodesalargerepertoireofponentsignaltransductionsystems(TCSTSs),whichconsistofhistidinekinasesandresponseregulators(RR)tomonitorandrespondtoenvironmentalstimuli.ToinvestigatethebiologicalfunctionsoftheseTCSTSgenes,weaimedtoinactivateall54RRgenesinATCC33913,andessfullygenerated51viablemutantsusingtheinsertioninactivation
7 method.Hostplantinoculationidentifiedtwonovelresponseregulatorgenes(XCC1958andXCC3107)thatareinvolvedinvirulenceofthisstrain.plementationdemonstratedthatXCC3107,designatedasvgrR(virulenceandgrowthregulator),alsoaffectsbacterialgrowthandactivityofextracellularproteases.Inaddition,weassessedthesurvivalofthesemutantsundervariousstresses,includingosmoticstress,highsodiumconcentration,heatshock,andsodiumdodecylsulfateexposure,andidentifiedanumberofgenesthatmaybeinvolvedinthegeneralstressresponseof.MutagenesisandphenotypiccharacterizationofRRgenesinthisstudywillfacilitatefuturestudiesonworksinthisimportantathogenicbacterium.ThisworkhasbeenpublishedinMolecularPlant-MicrobeInteractions(Qianetal,21:1128-1138).
2.CharacterizationofaResponseRegulatorXCC1958 Theabilityoftoincitediseaseinplantsdependsuponanumberoffactors,suchasextracellularharides(EPS),extracellularenzymesandbiofilm.Thesynthesisofthesevirulence-relatedfactorsisstrictlyinresponsetoextra-and/orinter-cellularcues.TCSTSscanrespondtoawiderangeofthesestimuliandtriggeradaptivechangesbyreprogramminggeneexpression.TheXCC1958ispredictedtoencodearesponseregulatorwiththreedomains:aGGDEFdomain,anEALdomainandareceiver(REC)domain,whichmonlyfoundinproteinsassociatedwithbacterialsignaltransduction.GGDEFandEALdomainsareinvolvedinmetabolismofcyclicdiguanylate(c-di-GMP),anovelintracellularbacterialsignalingmolecule.InvitroenzymaticassaysshowedthatXCC1958catalyzesthesynthesisofc-di-GMPbutnotinitshydrolysis.DeletionofXCC1958generesultedindecreaseofvirulence,EPSproduction,biofilmformationandmotility.OurresultssuggestthatXCC1958playsaroleinEPSbiosynthesis,biofilmformation,motilityandvirulenceof.FurtherstudywillbefocusedonhowXCC1958regulatescellactivityof. （二）研究成果 论文：
1.Qian,
W.,Han,
Z.J.,andHe,
C.Z.(2008).Two-ComponentSignalTransductionSystemsofXanthomonasspp.:ALessonfromGenomics.MolecularPlant-MicrobeInteractions21:151-161.
2.Qian,
W.,Han,
Z.J.,Tao,
J.,andHe,
C.Z.(2008).Genome-ScaleMutagenesisandPhenotypicCharacterizationofTwo-ComponentSignalTransductionSystemsinXanthomonascampestrispv.campestrisATCC33913.MolecularPlant-MicrobeInteractions21:1128-1138.
3.Wang,
L.F.,Rong,
W.,andHe,
C.Z.(2008).TwoXanthomonasextracellularpolygalacturonases,PghAxcandPghBxc,areregulatedbyTypeIIIsecretionregulatorsHrpXandHrpGandarerequiredforvirulence.MolecularPlant-MicrobeInteractions21:555-563.
8 4.Yu,
D.M.,Ranathunge,
K.,Huang,
H.S.,Pei,
Z.Y.,Franke,
R.,Schreiber,
L.,andHe,
C.Z.(2008).WaxCrystal-SparseLeaf1encodesaβ–ketoacylCoAsynthaseinvolvedinbiosynthesisofcuticularwaxesonriceleaf.Planta228:675–685.
5.Ge,
C.,andHe,
C.Z.(2008).RegulationoftheTypeIIsecretionstructuralgenexpsEinXanthomonascampestrispathovarcampestrisbytheglobaltranscriptionregulatorClp.CurrentMicrobiology56:122-127.
6.Bhatti,
K.H.,Xu,
C.X.,Wu,
J.H.,andHe,
C.Z.(2008).OverexpressionofriceOsLOL2geneconfersdiseaseresistanceinotoPseudomonassyringaepv.tabaci.ProgressinNaturalScience18:807-812. 专利： 何朝族；王丽娟；裴忠有，一个负调控植物程序性细胞死亡促进转基因植物愈伤组织生长分化的水稻锌指蛋白基因，专利号ZL03125167.6，授权日2008年4月23日。
（三）研究队伍 固定人员： 何朝族，吴家和，庞金环 博士后： 朱传凤 研究生： 李桂华，于冬梅，周壮志，陶均，KhizarHayatHatti，李春霞，戎伟，谭雷涛，朱传凤
9 与植物重要农艺性状相关基因的结构和功能研究（夏桂先课题组） IdentificationandCharacterizationofthePlantGenesControllingImportantAgronomicTraits (ProfessorGuixianXia) （一）研究进展
1.棉纤维发育相关钙依赖蛋白激酶基因GhCPK1的克隆及功能鉴定 从棉花中克隆了一个钙依赖蛋白激酶基因，命名为GhCPK1，该基因在棉纤维细胞中优势表达。
分离了GhCPK1基因的启动子序列,用其构建GUS报告基因表达载体后转化拟南芥，发现GUS主要在转基因植株的叶片、花萼及根的表皮毛和根的伸长区和分化区表达。
亚细胞定位分析发现GhCPK1蛋白主要分布在细胞膜上。
GhCPK1重组蛋白表现出依赖Ca2+的胶内自磷酸化活性和组氨酸底物磷酸化活性，表明GhCPK1基因的编码产物是一个有活性的CDPK。
这些结果表明GhCPK1蛋白可能是纤维伸长的信号传导网络中的重要组分,参与调控单细胞棉纤维的伸长。
2.棉纤维特异表达七次跨膜受体的研究 利用抑制性消减杂交（suppressionsubtractivehybridization，SSH）和cDNA末端快速扩增(rapidamplificationofcDNAends，RACE)方法从棉花中分离得到两个七次跨膜受体蛋白基因（命名为Gh7TMpR1和Gh7TMpR2）。
Southern杂交和ApaL1限制性内切酶多态性分析表明Gh7TMpR1来源于A亚基因组而Gh7TMpR2来源于D亚基因组。
Northern杂交分析显示Gh7TMpR1和Gh7TMpR2在棉纤维伸长期特异表达。
亚细胞定位研究发现该蛋白主要定位于细胞膜结构，且呈点状分布。
在裂殖酵母中异位表达Gh7TMpR1显著影响酵母细胞的极性生长。
这些实验结果暗示Gh7TMpR1可能作为一个膜受体在纤维伸长期的信号传导途径中起重要作用。
3．棉花微丝解聚因子GhADF1的功能分析 棉花纤维是由胚珠表皮细胞延伸而成的单细胞。
细胞骨架的动态变化被认为在棉纤维的生长发育过程中起至关重要的作用。
从陆地棉中克隆了GhADF1，利用转基因方法对GhADF1的细胞内功能进行了分析。
棉纤维品质测定表明转反义GhADF1植株的棉纤维的长度和强度都有不同程度的增加。
转基因棉纤维细胞中GhADF1基因的表达受到抑制，导致聚合态微丝含量升高、次生壁增厚(图1)以及晶体纤维素含量增加。
这些实验结果表明GhADF1基因可能在棉花纤维细胞生长和次生壁生物合成两个过程中，通过调控微丝骨架的结构来对纤维细胞的次生壁合成产生影响，从而在纤维发育和强度品质形成中发挥重要作用。
GhADF1可作为候选基因用于棉纤维品质的基因工程改良。
10
A 图1转反义GhADF1棉花纤维的微丝结构及细胞壁厚度变化
A A：棉花纤维微丝骨架的激光共聚焦图片。
左为野生型纤维；右为转基因纤维。
标尺为20μm。
B B：成熟棉花纤维细胞横切图。
左为野生型纤维；右为转基因纤维。
标尺为
B 10μm。
1.Cloningandcharacterizationofacalciumdependentproteinkinasegeneassociatedwithcottonfiberdevelopment ThegeneGhCPK1encodingacalciumdependentproteinkinasewasidentifiedfromcotton.TranscriptsofGhCPK1umulatedprimarilyintheelongatingfiber,andArabidopsisplantstransformedwithGhCPK1promoter-GUSconstructexhibitedGUSactivitymainlyinthedevelopingtrichomes,roots,youngleavesandsepals.Inthebombardedonionepidermalcells,GhCPK1-GFPfusionproteinsshowedasubcellulardistributionintheplasmamembrane.InvitroassaysindicatedthatGhCPK1wasafunctionalcalcium-dependentkinaseabletoundergohosphorylationandphosphorylationoftheknownsubstratehistoneIII-
S.Together,theseresultssuggestthatGhCPK1mayplayaroleinthecalciumsignalingeventsassociatedwithfiberelongation.
2.Studiesontwoputativeseven-transmembranereceptorgenesfromcotton Twofull-lengthcDNAsencodingputativeseven-transmembranereceptors(designatedGh7TMpR1andGh7TMpR2)wereclonedfromcottonplantsusingrapidamplificationofcDNAends(RACE)-PCRmethod.SouthernblotandanApaL1restrictionsitepolymorphismanalysesrevealedthatGh7TMpR1wasderivedfromtheancestralAdiploidgenome,whileGh7TMpR2wasfromtheDsubgenome.NorthernblothybridizationindicatedthatbothGh7TMpR1andGh7TMpR2wereexpressedpreferentiallyintheelongationphaseoffiberdevelopment.MajorityoftheGh7TMpR1proteinswerelocatedwithinthemembranestructureanddisplayedapunctuatepatternofdistribution.OverexpressionofGh7TMpR1infissionyeastdisruptedthepolargrowthandcausedtheformationofroundedcells.TheseresultssuggestthatGhT7MpR1mayplayacriticalroleincottonfiberdevelopment,perhapsasasignalingreceptorthatisinvolvedincontrollingfiberelongation.
3.Functionalcharacterizationofacottonactindepolymerizingfactor Cottonfibreisasingle,elongatedepidermalcelloftheseedcoat.Growingevidenceimpliesthatcytoskeletonplaysimportantrolesincottonfibredevelopment.Wehavecharacterizedthefunctionofamemberoftheactindepolymerizingfactor(ADF)familyinGossypiumhirsutumbydown-regulationofthegene(designatedasGhADF1)expressioninthetransgeniccottonplants.WeobservedthatboththefibrelengthandstrengthoftheGhADF1-underexpressingplantsincreasedparedtothewild-typefibre,andtransgenicfibrescontainedmoreabundantF-actinfilamentsinthecorticalregionofthecells.Moreover,thesecondarycellwallofthetransgenicfibreappearedthickerandthecellulosecontentwas 11 higherthanthatofthecontrolfibre.Ourresultssuggestanizationofactincytoskeletonregulatedbyactin-associatedproteinssuchasGhADF1playsacriticalroleintheprocessesofelongationandsecondarycellwallformationduringfibredevelopment.Additionally,ourstudyprovidedacandidateintrinsicgenefortheimprovementoffibretraitsviaicengineering. （二）研究成果 论文：
1.Wang,
F.,Zhong,
N.,Gao,
P.,Wang,
G.,Wang,
H.,andXia,
G.(2008).SsTypA1,achloroplast-specificTypA/BipA-typeGTPasefromthehalophyticplantSuaedasalsa,playsaroleinoxidativestresstolerance.PlantCellandEnvironment31:982-94.
2.Huang,
Q.,Wang,
H.,Gao,
P.,Wang,
G.,andXia,
G.(2008).Cloningandcharacterizationofacalciumdependentproteinkinasegeneassociatedwithcottonfiberdevelopment.PlantCellRep.27:1869-75.
3.Gao,
P.,Zhao,
P.,Wang,
J.,Wang,
H.,Du,
X.,Wang,
G.,andXia,
G.(2008).Co-expressionandpreferentialinteractionbetweentwocalcineurinB-LikeproteinsandaCBL-interactingproteinkinasefromcotton.PlantPhysiologyandBiochemistry46:935-40.
4.Gao,
P.,Zhao,
P.,Wang,
J.,Wang,
H.,andXia,
G.(2008).Cloningandcharacterizationoftwoputativeseven-transmembranereceptorgenesfromcotton.ProgressinNaturalScience18:1225-1231. （三）研究队伍 固定人员： 夏桂先，王桂玲，仲乃琴，王海云，高鹏 研究生： 赵丕明，王昉，王娟，武晓敏，韩利波，王丽丽 12 RNA沉默和植物抗病机制（郭惠珊课题组） RNASilencingandDissectionofDiseaseResistanceinPlant (ProfessorHui-ShanGuo) （一）研究进展
1．病毒基因组有效小RNA靶点遴选的抗病毒研究 植物RNA沉默系统是一种在真核生物中广泛存在的保守机制，其作用方式是经一系列复杂的合成途径产生小分子RNA并以位点特异的剪切方式造成与之序列互补的靶标RNA的降解。
这些小RNA长度多在21~24nt，主要包括microRNA（miRNA）和siRNA（smallinterferingRNA）两种。
模拟较短的miRNA单链发夹结构前体表达的人工miRNA（artificialmiRNA，amiRNA）在植物中可以高效特异诱导内源基因沉默，最近的研究表明，amiRNA作为一种有效的基因沉默工具在植物抗病毒研究中也有很好的应用潜力。
但是对于某一特定mRNA靶标来说，并非所有与之互补的siRNA都同样有效，靶标RNA的高级结构影响siRNA-RISC复合物的可进入性。
由于缺乏能准确预测长链RNA高级结构的可靠工具，因此很难预测病毒基因组RNA在自然侵染过程中在植物体内的准确折叠结构。
我们利用瞬时表达方式探索黄瓜花叶病毒（CMV）3’UTR区域与植物RNA沉默途径相互作用，发现在植物体内瞬时表达的CMV亚基因组能被RNA沉默途径所识别并造成位点特异的剪切。
通过对比在CMV侵染野生型拟南芥及dcl2/3/4突变体中检测到的3’UTR区域的自然剪切热点，结合我们在CMV亚基因组瞬时表达实验中得到的切点，获得一些潜在的siRNA-RISC介导的剪切热点，并以这些切点及其它对照位点为靶点设计amiRNA。
转基因植物（拟南芥和烟草）的CMV攻毒实验结果表明，靶向3’UTR3’末端类似tRNA高级结构（TLS）区域的amiRNA其转基因植物对CMV侵染敏感，显示TLS区域可能限制了amiRNA靶位点的可进入性，从而阻断了amiRNA-RISC对病毒RNA靶标的剪切。
虽然3’UTR5’末端高级结构较少，但对靶标RNA的识别也影响amiRNA的活性，靶向此区域的amiRNA其转基因植物表现出不同的抗性。
无论是转基因拟南芥还是烟草，靶向预测的siRNA-RISC可进入剪切热点的amiRNA转基因植物都能获得高效特异的抗性。
我们的研究结果表明，通过这种实验方法在病毒基因组上寻找siRNA-RISC有效进入的剪切热点，是利用amiRNA获得高效病毒抗性的一种既经济又有效的生物工程策略。
(JournalofVirology2008.82,11084-11095)。
2．油菜小RNA的克隆和鉴定 对在油菜中克隆到的小RNA的生物信息学研究和比对拟南芥的数据库，发现了油菜中的9个保守的microRNA家族，其中一些microRNA的表达与拟南芥相比具有不同的组织表达特异性，表明了保守microRNA的调控在不同植物中也可能存在特异性。
同时我们还发现了一类油菜中特有的能够被TuMV特异诱导表达的新的microRNA,序列分析发现，这类microRNA的前体与其靶标基因TIR-NBS-LRR类抗病基因具有高度的序列同源性，根据最新的miRNA进化理论，我们推测这类microRNA可能是由TIR-NBS-LRR类 13 抗病基因通过反向重复事件新进化出来的，进而对其靶标基因进行调节。
其中miR1885只被TuMV特异诱导，不受其他能感染油菜的病毒和真菌的诱导，该结果表明该miRNA对抗性基因TIR-NBS-LRR的调控在应答TuMV的侵染上有一定的作用。
(FEBSletter2008.582,2445-2452)。
1.ArtificialmicroRNAshighlyessibletotargetsconferefficientvirusresistanceinplants Short-hairpinRNAsbasedonmiRNAprecursorstoexpresstheartificialmiRNAs(amiRNAs)canspecificallyinducegenesilencingandconfervirusresistanceinplants.TheefficacyofRNAsilencingdependsnotonlyonthenatureofamiRNAsbutalsoonthelocalstructuresofthetargetmRNAs.However,thelackoftoolstouratelyandreliablypredictsecondarystructureswithinlongRNAsmakesitveryhardtopredictthesecondarystructuresofaviralgenomeRNAinthenaturalinfectionconditionsinvivo.Inthisstudy,weusedanexperimentalapproachtodissecthowtheendogenoussilencingmachineryactsonthe3’UTRoftheCucumbermosaicvirus(CMV)genome.Transientlyexpressed3’UTRRNAsweredegradedbysites-specificcleavage.paringthenaturalcleavagehotspotswithinthe3’UTRoftheCMV-infectedwildtypeArabidopsiswiththoseofthetripledcl2/3/4mutant,weacquiredtruesiRISC-mediatedcleavagesitestodesignvalidamiRNAs.WeshowedthatthetRNA-likestructure(TLS)withinthe3’UTRimpededtargetsiteessandrestrictedamiRNAs-RISC-mediatedcleavageofthetargetviralRNA.Moreover,targetrecognitioninthelessstructuredareaalsoinfluencedsiRISCcatalysis,therebyconferringdifferentdegreesofresistancetoCMVinfection.TransgenicplantsexpressingthedesignedamiRNAsthattargettheputativeRISCessibletargetsitesconferredhighresistancetotheCMVchallengefrombothCMVsubgroupstrains.OurworksuggeststhattheexperimentalapproachiscredibleforstudyingthecourseofRISCtargetrecognitiontoengineereffectivegenesilencingandvirusresistanceinplantsbyamiRNAs.(JournalofVirology2008.82,11084-11095).
2.CharacterizationofconservedandnovelmicroRNAsandtheirtargets,includingaTuMV-inducedTIR-NBS-LRRclassRgene-derivednovelmiRNAinBrassica NineconservedmiRNAfamiliesandthreepotentialnovelmiRNAsinBrassica.rapawereidentifiedfromasmallRNAlibrary.TheexpressionpatternsofsomeconservedmiRNAshaddifferenttissue-specificityinBrassicaandArabidopsis.OneofthethreepotentialmiRNA,namedbra-miR1885,wasverifiedasatruefunctionalmiRNA.ItcouldbeinducedspecificallybyTurnipmosaicvirus(TuMV)infection,andtargetTIR-NBS-LRRclassdiseaseresistant 14 transcriptsforcleavage.BasedonthehypothesisfordenovogenerationofnewmiRNAgenesandthesequencesimilaritybetweenbra-MIR1885precursorlociandtargettranscriptsequences,wesuggestthatbra-MIR1885isanewmiRNAgenethatoriginatedthroughinvertedduplicationeventsfromTIR-NBS-LRRclassdiseaseresistantprotein-codinggenesequences,whichbecamebra-miR1885targets.(FEBSletter2008.582,2445-2452). （二）研究成果 论文：
1.Duan,
C.,Wang,
C.,Fang,
R.,andGuo,
H.(2008).ArtificialmicroRNAshighlyessibletotargetsconferefficientvirusresistanceinplants.JournalofVirology82:11084-11095.
2.He,
X.,Fang,
Y.,Feng,
L.,andGuo,
H.(2008).CharacterizationofconservedandnovelmicroRNAsandtheirtargets,includingaTuMV-inducedTIR-NBS-LRRclassRgene-derivednovelmiRNAinBrassica.FEBSLetters582:2445-2452.
3.Duan,
C.,Wang,
C.,andGuo,
H.(2008).DelayedresistancetoCucumberMosaicVirusmediatedby3’UTRderivedhairpinRNA.ChineseScienceBulletin53:3301-3310. （三）研究队伍 固定人员： 郭惠珊，董丽，房媛媛，段成国 研究生： 李焱，赵云龙，应晓宝，段成国，杜全生，周邦军，何祥凤，冯镭，朱慧，徐宁，房媛媛 15 水稻分化发育和抗病性的功能基因组研究（朱立煌课题组） FunctionalGenomicStudiesinDifferentiationandDiseaseResistanceinRice (ProfessorLihuangZhu) （一）研究进展
1.水稻一个正反义转录本对表达模式的研究 近年来研究发现反义转录本在动植物界广泛存在，而对其表达模式及调控机制的研究相对较少，在水稻中尤为如此。
我们在分析水稻全基因组芯片中鉴定出一个顺式正反义转录本对，并对其表达模式和调控机制进行了研究。
正义转录本，OsDof12，位于水稻第3染色体，含有一个内含子和两个外显子，最长开放阅读框编码一个440个氨基酸的Dof蛋白。
反义转录本，OsDof12os，不具有内含子，最长开放阅读框编码一个104个氨基酸的未知功能的蛋白。
反义转录本不仅与正义转录本的外显子重叠，而且与其内含子重叠。
OsDof12正反义转录本表达模式分析表明：两者共表达且无组织特异性；在水稻不同发育时期，OsDof12正反义转录本呈反向表达模式；在干旱处理条件下，两者表达都受诱导且具有相同趋势；在暗处理条件下，两者表达受抑制且趋势相同；在两个基因启动子连接GUS的转基因植株中，GUS与两个基因的表达模式相同。
分析两个基因启动子区发现两个基因启动子区各有74类顺式元件，其中53类相同。
综合以上研究结果，我们认为OsDof12正反义转录本呈现的表达模式归因于两者启动子区。
2.OsDof12转录因子功能研究 Dof蛋白是植物中一类特有的转录因子家族，其参与植物的各种生物学过程。
在水稻中，通过基因组分析已鉴定出30个不同的Dof基因。
我们对其中的一个成员（OsDof12）进行了功能研究。
OsDof12含有Dof结构域，亚细胞定位于细胞核，且具有体外转录激活能力。
OsDof12表达无组织特异性，在水稻不同发育时期表达存在变化。
此外，OsDof12表达受干旱诱导，被暗处理抑制。
OsDof12过表达转基因株系在长日照条件下出现早花表型，该表型与OsDof12水平一致。
在短日照条件下，OsDof12过表达转基因植株则无明显早花表型。
在OsDof12过表达转基因植株中分析其它开花调控因子发现：在长日照条件下，与转基因对照相比，OsDof12过表达转基因植株中Hd3a和OsMADS14的表达显著升高；在短日条件下，OsDof12过表达转基因植株中Hd3a和OsMADS14的表达则没有明显变化。
在长日照和短日照条件下，OsDof12过表达转基因植株的表型与Hd3a和OsMADS14的表达一致，我们推测OsDof12是通过调控Hd3a和OsMADS14的表达来控制水稻开花时间。
16 图
1.ProOsDof12-GUS和ProOsDof12os-GUS转基因植株中GUS染色图。
其中
A,C,
E,和G分别为ProOsDof12-GUS转基因株系抽穗期叶、茎、穗和根中GUS染色图；
B,D,F和H分别为ProOsDof12os-GUS转基因株系抽穗期叶、茎、穗和根中GUS染色图。
Figure1.ExpressionpatternsofGUSinProOsDof12-GUSandProOsDof12os-GUStransgeniclines.A,
C,E,andGarerespectiveexpressionpatternsofGUSinleaves,stems,paniclesandrootsofProOsDof12-GUStransgeniclinesatheadingstage.B,
D,FandHarerespectiveexpressionpatternsofGUSinleaves,stems,paniclesandrootsofProOsDof12os-GUStransgeniclinesatheadingstage.
1.SenseandAntisenseOsDof12TranscriptsinRice Antisensetranscriptionisawidespreadphenomenoninplantsandmammals,whereaslittleisknownabouttheexpressionpatternsandregulatingmechanismsofantisensetranscription,especiallyinrice.OurpreviousdataonricegeneexpressionanalysisbymicroarrayindicatedthatthesenseandantisensetranscriptsattheOsDof12locuswereco-expressedinleaves.Incurrentstudy,weanalyzedtheexpressionpatternsindetailandlookedforthepossiblemechanismrelatedtotheirexpressionpatterns. OsDof12,beingasinglecopygenelocatedonricechromosome3,encodesapredictedDofproteinof440aminoacidswithoneintronof945bp.Theantisensetranscript,OsDofl2os,overlapswithboththeexonicandintronicregionsofOsDof12andencodesafunctionallyunknownproteinof104aminoacidswithnointron.Thesense-antisenseOsDof12transcriptswereco-expressedwithinthesametissues,andtheirexpressionswerenottissue-specificingeneral.Atdifferentdevelopmentalstagesinrice,theOsDof12andOsDof12ostranscriptsexhibitedreciprocalexpressionpatterns.Interestingly,theexpressionofbothgeneswassignificantlyinducedunderdroughttreatment,andinhibitedbydarktreatment.IntheProOsDof12-GUSandProOsDof12os-GUStransgenicriceplants,theexpressionprofilesofGUSwereconsistentwiththoseoftheOsDof12andOsDof12ostranscripts,respectively.Inaddition,theanalysisofcis-regulatoryelementsindicatedthateitherofthetwopromoterscontain74classesofcis-regulatoryelementspredicted,ofwhich53weresharedbythetwopromoterregions. BasedontheexpressionprofilesofOsDof12andOsDof12os,theexpressionpatternsofGUSintheProOsDof12-GUSandProOsDof12os-GUStransgenicriceplantsandthemoncis-regulatoryelementssharedbythetwopromoters,wesuggestthattheco-expressionpatternsofOsDof12andOsDof12osmightbeattributedtothemonnatureofthetwopromoters.
2.FunctionalcharacterizationofriceOsDof12 Dof(DNA-bindingwithonefinger)proteinsarealargefamilyoftranscriptionfactorsinvolvedinavarietyofbiologicalprocessesinplants.Inrice,thirtydifferentDofgeneshavebeenidentifiedthroughgenomeanalysis.Herewereportthefunctionalcharacteristicsofarice 17 Dofgene,OsDof12,whichencodesapredictedDofprotein.ThenuclearlocalizationofproteinOsDof12wasshownbythetransientexpressionassayoftheOsDof12-GFPfusionproteininonionepidermalcells.Trans-activationassaysindicatedthatOsDof12hadtranscriptionalactivity.RNAexpressionanalysesshowedthattheexpressionofOsDof12wasnottissue-specificingeneralandfluctuatedatdifferentdevelopmentstagesinrice.Inaddition,OsDof12wasstronglyinducedbydroughttreatmentandinhibitedbydarktreatment.ThetransgenicriceoverexpressingOsDof12couldpromoteearlyfloweringunderlong-day(LD)conditions,whereasnosucheffectwasobservedonthetransgenicplantsgrownundershort-day(SD)conditions.AnalyzingtheknownregulatorgenesforricefloweringtimerevealedthattheexpressionsofHd3aandOsMADS14wasup-regulatedinthetransgenicriceoverexpressingOsDof12grownunderLDconditionswhilenotunderSDones,suggestingthatOsDof12mightregulatefloweringtimebycontrollingtheexpressionsofHd3aandOsMADS14inrice. 图
2.OsDof12过表达转基因株系的早花表型及OsDof12表达分析。
a为OsDof12过表达转基因株系和对照株系表型，箭头表示抽出的小穗。
b为OsDof12过表达转基因株系和对照株系表型中OsDof12表达分析，OD为OsDof12过表达转基因株系，CK为对照株系，Actin为内参。
Figure2.ThephenotypesoftransgeniclinesoverexpressingOsDof12andexpressionanalysesofOsDof12.aThephenotypesofActin::OsDof12transgenicplants(OD)andthecontrolplantstransformedemptyvector(CK)underLDconditions.Arrowsindicatepaniclesemergingatheadingstage.bExpressionanalysesofOsDof12inActin::OsDof12transgenicLines(OD)andthecontrolplantstransformedemptyvector(CK).ActinwasusedfornormalizationofcDNAquantity. （二）研究成果 论文：
1.Yin,
L.Lan,
Y.,andZhu,
L.(2008).Analysisoftheproteinexpressionprofilingduringricecallusdifferentiationunderdifferentplanthormoneconditions.PlantMol.Biol.68:597-617
2.Li,
D.,Yang,
C.,Li,
X.,Ji,
G.,andZhu,
L.(2008).SenseandAntisenseOsDof12TranscriptsinRice.BMCMolecularBiologydoi:10.1186/1471-2199-9-80.
3.Xiang,
T.,Zong,
N.,Zou,
Y.,Wu,
Y.,Zhang,
J.,Xing,
W.,Li,
Y.,Tang,X,.Zhu,
L.,Chai,
J.,andZhou,
J.(2008).PseudomonassyringaeeffectorAvrPtoblocksinnateimmunitybytargetingreceptorkinases.CurrentBiology18:74-80.
4.Yuan,
X.,Pan,
J.,Cai,
R.,Guan,
Y.,Liu,
L.,Zhang,
W.,Li,
Z.,He,
H.,Zhang,
C.,Si,
L.,andZhu,L.icmappingandQTLanalysisoffruitandflowerrelatedtraitsincucumber(CucumissativusL.)usingbinantinbredlines.Euphytica164:473-491.
5.Yuan,
X.,Li,
X.,Pan,
J.,Wang,
G.,Jiang,
S.,Li,
X.,Deng,
S.,He,
H.,Si,
M.,Lai,
L.,Wu,
A.,Zhu,
L.,andCai,
R.(2008).iclinkagemapconstructionandlocationof 18 QTLsforfruit-relatedtraitsincucumber.PlantBreeding127:180-188.6.Liu,
L.,Yuan,
X.,Cai,
R.,Pan,
J.,He,
H.,Yuan,
L.,Guan,
Y.,andZhu,
L.(2008) QuantitativeTraitLociforResistancetoPowderyMildewinCucumberunderSeedlingSprayInoculationandLeafDiscInfection.J.athology156:691-697.7.Wan,
L.,Li,
D.,Zhang,
D.,Liu,
X.,Fu,
W.J.,Zhu,
L.,Deng,
M.,Sun,
F.,andQian,
M.Conservationandimplicationsofeukaryotetranscriptionalregulatoryregionsacrossmultiplesoecies.BMCGenomics9:623doi:10.1186/1471-2164-9-623. 专利： 朱立煌；李德军；杨春花；李晓兵；甘强；赵显峰，水稻抽穗期相关基因OsDof12及其编码的蛋白与应用，申请号200810118445.4，申请日2008年8月22日（申请）。
（三）研究队伍固定人员： 朱立煌，李晓兵，李德军 研究生： 唐金富，韦丽荣，陶媛，张淑英，甘强，陶勇，王静，杨春花，李大勇，暨国彪，金芸，刘雪 19 大豆转录因子参与大豆非生物胁迫应答（陈受宜课题组） TheSoybeanDof-typeTranscriptionFactorGenes,GmDof4andGmDof11,EnhanceLipidContentintheSeedsofTransgenicArabidopsisPlant(ProfessorShouyiChen) （一）研究进展 参与非生物胁迫应答的大豆转录因子WRKY、bZIP和MYB家族 我们对数据库中32万个大豆EST进行生物信息学分析，聚类获得WRKY、MYB和bZIP3个家族，在含64、156和131个成员的GmWRKY、GmMYB和GmbZIP家族中分别有25、43和55个成员至少对一种非生物胁迫包括高盐、干旱和低温有应答反应，对7个GmWRKY、6个GmMYB和6个GmbZIP基因的研究发现，GmWRKY6、GmWRKY21、GmMYB76、GmMYB92、GmbZIP46和GmbZIP76在酵母系统中有转录激活活性。
所有检测的转录因子均定位于细胞核中，并且能结合特定的DNA元件，表明它们是具有活性的。
进一步实验显示GmWRKY54上调DREB2ARD29B和STZ/Zat10的表达,已知DREB2A调控RD29B表达，而DREB2A的过量表达提高了植株的耐旱/盐性，因此转GmWRKY54植株可能通过调控DREB2A提高了耐旱/盐性.而过量表达GmWRKY21仅提高了转基因植株的耐低温。
GmMYB76,92,177及GmbZIP44，62和786个基因的过量表达提高了耐低温和耐盐性，与耐旱性无关。
GmMYBs转基因植株对ABA的敏感性低于野生型。
以往的研究表明与耐非生物胁迫相关的A组bZIP参与倚赖ABA途径，上述3个GmZIPs可能通过上调ABI1和ABI2表达，作为ABA信号途径的负调控提高了转基因植株的耐旱及耐低温。
虽然所选择的基因的表达均受高盐、干旱和低温的诱导，但是转基因实验表明，其中 一些基因的过量表达与耐逆性不相关，因此它们可能是胁迫伤害的结果。
Col-054-19GmWRKY54 AtTubulin
A 54-24 Col-054-19 54-24 CK Drought Col-0MS 150mMNaCl 54-19 54-24 180mMNaCl
B 100806040200 Col-
0 54-19 54-24 SurvivalRate(%)SurvivalRate(%) 100********80 60 40 20
0 0 150 180 NaCl(mM)
C DREB2ARD29BSTZ 18SrRNA Col-
0 54-19 54-24
D E
F 图
1.与野生型比较GmWRKY54转基因植株提高了耐旱/盐性。
B，C，
D，E为植株分别经盐胁迫和干旱3周后恢复16天的生长及存活率统计。
Figure1.Salt/droughttoleranceofGmWRKY54overexpressionplants.B,Dtreatedwithsaltandwithheldwaterfor18drespectively;
C,Eafterrecovery16dandre-watering3drespectively.Survivalratesparedbetweenwildtypeandtransgenicplants. 20 SoybeanWRKY，bZIPandMYBgenesconferabioticstresstolerance Total64,156and131GmWRKY、GmMYBandGmbZIPgeneswereobtainedrespectively bysearchingagainstthe56147soybeanunigenesidentifiedinourpreviousstudy.Amongthem 25,43and55genesfromthesefamilieswererespondedtoatleastoneoftheabiotic treatments.SevenGmWRKYs,6GmMYBsand6GmbZIPswerechesonforfurther analysis.AmongthemGmWRKY6、GmWRKY21、GmMYB76、GmMYB92、GmbZIP4and GmbZIP76werefoundtohavetransactivationactivityintheyeastsystem.Thesubcellular localizationstudiesindicatethatalltranscriptionfaterstestedarenuclearproteinsandyeastone hybridassayrevealedthatallofthemcouldbindtospecificcis-elements.Transgenicplant overexpressingGmWRKY54conferredsaltanddroughttolerancethanthatofcontrols, possiblythroughttheregulationDREB2AandSTZ/Zat10.GmWRKY21transgenicplantsweretoleranttolowtemperturetreatment.Sixgenes,GmMYB76,92,177andGmbZIP44，62and78, overexpressedplantsshowedhighertolerancetodroughtandfreezingstresses,thesetransgenic plantsexhibitedreducedsensitivitytoABAtreatmentparedwithcolplants. GmbZIP44，GmbZIP62andGmbZIP78mayfunctioninABAsignalingthroughtupregulation ofABI1andABI2andplayrolesinstresstolerancethroughtregulationofvarious stress-resposivegenes.Itsuggestedthatthese3genesarenegativeregulatorsinABAsignaling andfunctioninsalinityandfreezingtolerances. A 100 B5
4 col0 44-10 44-28 62-
5 62-10 78-
2 78-
8 78-10 Relativeexpression Germination(%) 80 **
3 2 **60
1 ****01
2 3
4 *******ABF3 ABF4 ABI1 **40C10 col044-10 44-28 ABI2 62-562-10 78-
2 20
8 78-878-10 Relativeexpression 6 0
4 Col-044-1044-2862-562-1078-278-8Col-044-1044-2862-562-1078-278-8Col-044-1044-2862-562-1078-278-8Col-044-1044-2862-562-1078-278-8Col-044-1044-2862-562-1078-2 78-
8 0 0.25 0.5 0.75
1 ABA(µM)
2 0COR47DREB2AERF5KIN1COR15ACOR78P5CS1 Figure2.ABAsensitivityoftransgenicplantsoverexpressingtheGmbZIP44，GmbZIP62andGmbZIP78.A,GerminationoftransgenicseedsundervariousABAconcentrations.B,C,expressionofABA-andstressresposivegenesinGmbZIPtransgenicplantsrespectively. （二）研究成果 论文：
1.Liao,
Y.,Zou,
H.,Wang,
H.,Zhang,
W.,Ma,
B.,Zhang,
J.,andChen,
S.(2008).SoybeanGmMYB76,GmMYB92andGmMYB177genesconferstresstoleranceintransgenicArabidopsisplants.CellResearch18:1047-1060. 21
2.Liao,
Y.,Tian,
A.,Zou,
H.,Zhang,
J.,andChen,
S.(2008).SoybeanGmbZIP44,GmbZIP62andGmbZIP78genesfunctionasnegativeregulatorofABAsignalingandconfersaltandfreezingtoleranceintransgenicplants.Planta228:225-240
3.Zhou,
Q.,Tian,
A.,Zou,
H.,Xie,
Z.,Lei,
G.,Huang,
J.,Wang,
C.,Wang,
H.,Zhang,
J.,andChenS.(2008).SoybeanWRKY-typetranscriptionfactorgenes,GmWRKY13,GmWRKY21,andGmWRKY54,conferdifferentialtolerancetoabioticstressesintransgenicArabidopsisplants.PlantBiotechnologyJournal6:486-503
4.Liu,
J.,Ha,
D.,Xie,
Z.,Wang,
C.,Zhang,
W.,Zhang,
J.,andChen,
S.(2008).icexpressionofsoybeanGmKNT1inArabidopsisresultsinalteredleafmorphologyandfloweridentity.JournaloficsandGenomics35:441-449.
5.Cao,
Y.,Li,
Z.,Chen,
T.,Zhang,
Z.,Zhang,
J.,andChen,
S.(2008).OverexpressionofosmallGproteinNtRop1causessaltsensitivityandhydrogenperoxideproductionintransgenicplants.ScienceinChina,CSeries,51
(5):383-390.
6.Wang,
C.,Wang,
H.,Zhang,
J.,andChenS.(2008).Aseed-specificAP2-domaintranscriptionfactorfromsoybeanpaysacertainroleinregulationofseedgermination.ScienceinChina,C51
(4):10-10.
7.Li,
Z.,Cao,
Y.,Zhang,
J.,andChenS.(2008).CharacterizationofArabidopsiscalreticulinmutantsinresponsetocalciumandsalinitystresses.ProgressinNaturalScience18:1219-1224.
8.Wang,
C.,Wu,
X.,JiaF.,ZhangJ.,andChen,
S.(2008).icvariationsofglycininsubunitgenesamongcultivatiedandwildtypesoybeanspecies.ProgressinNaturalScience18:33-41. 专利：
1.陈受宜；张劲松；田爱国；何锶洁；杜保兴，一种大豆WRKY类转录因子GmWRKY6及其编码基因与应用，专利号ZL200510005206.4，授权日2008年6月18日。
2.陈受宜；张劲松；王会文；田爱国；何锶洁；杜保兴，一个与油脂代谢调控相关的转录因子GmDofC，专利号ZL200610058764.1，授权日2008年8月13日。
3.何锶洁；张劲松；刘鹏；陈受宜，植物耐逆性相关蛋白GmSIK2及其编码基因与应用，申请号200810118826.2，申请日2008年8月25日（申请）。
（三）研究队伍 固定人员： 陈受宜，张万科，林晴 22 研究生： 郝宇钧，曹阳荣，欧阳寿强，陈涛，刘鹏，张波，张玉国，邹洪峰，韦伟 23 水稻株型及稻米品质调控基因的克隆与功能研究（李家洋课题组） Identification
andCharacterizationofGenesControllingRicePlantArchitectureandGrainQuality (ProfessorJiayangLi) （一）研究进展 水稻穗大小及稻米储藏调控基因的克隆与功能研究 水稻穗部性状是与产量直接相关的重要农艺性状，但目前人们对其调控机制了解得还十分有限。
我们实验室分离了一个小穗突变体，命名为smallpanicle1(sp1)（图1）。
该突变体由于穗枝梗伸长特别是位于穗下部的小穗枝梗生长发育有缺陷造成穗子变小。
基因克隆结果表明，SP1编码一个转运蛋白，特异地在幼穗的韧皮部表达（图2）。
亚洲栽培水稻起源于野生稻，分为籼稻和粳稻两个亚种，酚反应是区分这两个亚种的重要指标之
一。
籼稻栽培品种的籽粒在酚溶液中很快变为褐色，而粳稻栽培种的籽粒在酚溶液中不会变色，这一性状称为酚反应，受单个核基因Phr1(Phenolreaction1)控制（图3）。
我们与合作者一起通过图位克隆的方法，分离了控制酚反应的基因Phr1，该基因编码一个多酚氧化酶。
进一步的分析表明，粳稻品种中的Phr1基因主要由于产生了18bp或29bp的缺失而丧失功能，而在几乎所有的籼稻和野生稻品种中Phr1不存在这些缺失从而具有正常的功能。
转基因研究结果证明，将籼稻中有功能的Phr1基因转到没有酚反应的粳稻品种中可以使转基因后代的籽粒产生酚反应或在储藏后产生褐化（图4）。
遗传进化分析发现，粳稻品种中Phr1功能的丧失经历了三次独立的突变；这些突变及其在粳稻品种中的迅速扩展与保留说明Phr1基因在进化上受到很强的人工选择。
由于酚反应性状与水稻耐储藏密切相关，因此Phr1基因在水稻耐储存性改良研究中具有很好的应用前景。
图
1.水稻sp1突变体表型。
Figure1.Phenotypesofsp1.(A)parisonbetweenthewildtypeandsp1-2afterheading.Bar=10cm.(B)Comparisonofpaniclesizesbetweenthewildtypeandsp1-2atthegrainfillingstage.Bar=1cm.(C)Comparisonofmaturegrainsbetweenthewildtypeandsp1-
2.Bar=2mm.(D)Thousand-grainweightofthewild-typeandsp1-2seeds.Standarddeviationswereobtainedfrom30measurements. 图
2.SP1基因的时空表达模式。
Figure2.ExpressionpatternofSP1asrevealedbytheGUSreportgene.SP1-GUSismostabundantinyoungpanicles(a-e),youngstamensandovules(f),youngpaleaandlemma(g).TheGUSactivitieswerehardlydetectableinoldpanicles(h),leaves(i),roots(j),andculms(k).(l,m)Longitudinal(l)andtransverse(m)sectionsofprimarypaniclebranches. 24 IdentificationandCharacterizationofGenesControllingPanicleSizeandGrainStorage Architectureofriceinflorescence,whichisdeterminedmainlybythenumberandlengthofprimaryandsecondaryinflorescencebranches,isofimportanceinbothagronomyanddevelopmentalbiology.Weidentifiedthericeshortpanicle1(sp1)mutant,whichisdefectiveinricepanicleelongationandthusleadstotheshortpaniclephenotype(Figure1).GenecloningandcharacterizationindicatethatSP1encodesaputativetransporterthatbelongstothePTRfamily.SP1containsaconservedPTR2domainconsistingof12transmembranedomainsandtheSP1-GFPfusionproteinislocalizedintheplasmamembrane.TheSP1geneishighlyexpressedinthephloemofthebranchesofyoungpanicles,whichisconsistentwiththepredictedfunctionofSP1andthesp1phenotype(Figure2). Asianricecultivarsoriginatedfromwildriceandcanbedividedintotwosubspeciesbyseveralcriteria,oneofwhichisthephenolreaction(PHR)phenotype.Grainsofindicacultivarsturnbrowninaphenolsolutionthateleratesasimilarprocessthatursduringprolongedstorage(Figure3).Bycontrast,thegrainsofjaponicadonotdiscolor.OurstudiesshowedthatthePHRiscontrolledthePhr1gene,whichencodesapolyphenoloxidase(Figure4).Phr1isdefectiveinalljaponicalinesbutfunctionalinnearlyallindicaandwildstrains.icanalysisshowedthatthedefectsinPhr1aroseindependentlythreetimes.Themultiplerecentoriginsandrapidspreadofphr1injaponicasuggesttheactionofpositiveselection. 图
3.亚洲水稻栽培品种籽粒颜色及酚反应后颜色比较。
(A)为未去壳稻米颜色比较；(B)为糙米颜色比较；（C）未去壳稻米酚反应颜色比较；（D）糙米酚反应颜色比较反应颜色。
Figure3.PHRofGrainsofAsianCultivatedRiceSubspecies.(A)Thenaturalcolorofhulls;(B)Thecolorofbrownrice;(C)ThePHRofhulls;(D)ThePHRofbrownrice. 图
4.Phr1转基因后代籽粒在储藏过程中的颜色变化。
(A-C)转基因后代与对照未去壳稻米经过1，6，12个月储藏后的颜色比较；(D-E)转基因后代与对照未去壳稻米经过1，6，12个月储藏后的颜色比较。
Figure4.DiscolorationofTransgenicGrainsduringStorage.(A)to(C)parisonofthehullcolorbetweenuntransformedNip(Nip)andtransgeniclinesofNiptransformedwiththefu
一．研究工作进展...................................................................................................................1
基因表达调控和植物生物技术（方荣祥课题组）.........................................................1植物－病原微生物的相互作用研究（何朝族课题组）.................................................7与植物重要农艺性状相关基因的结构和功能研究（夏桂先课题组）.......................10RNA沉默和植物抗病机制（郭惠珊课题组）.............................................................13水稻分化发育和抗病性的功能基因组研究（朱立煌课题组）...................................16大豆转录因子参与大豆非生物胁迫应答（陈受宜课题组）.......................................20水稻株型及稻米品质调控基因的克隆与功能研究（李家洋课题组）.......................24细胞分裂素信号转导和植物细胞的程序性死亡（左建儒课题组）...........................27植物比较基因组学研究（陈明生课题组）...................................................................30植物分子细胞遗传（程祝宽课题组）...........................................................................33
高等植物表观遗传学研究（曹晓风课题组）...............................................................37茉莉酸信号转导途径的化学遗传学解析（李传友课题组）.......................................41植物胁迫信号传导的分子机制（谢旗课题组）...........................................................44植物遗传工程研究（朱祯课题组）...............................................................................47
植物基因表达调控（储成才课题组）...........................................................................51
生物信息学和系统生物学（王秀杰课题组）...............................................................55
二．队伍建设和人才培养
.....................................................................................................58
三．开放交流与运行管理.....................................................................................................58 （一）开放交流...............................................................................................................58
（二）国内外学术活动...................................................................................................58
（三）实验室大型仪器平台...........................................................................................67
四．科研成果.........................................................................................................................68
（一）论文.......................................................................................................................68
（二）论著.......................................................................................................................74
（三）专利.......................................................................................................................75
（四）奖励.......................................................................................................................77
五．承担课题、国际合作
.....................................................................................................78
（一）承担国家或部门课题...........................................................................................78
（二）合作项目...............................................................................................................83 附录
.........................................................................................................................................84
（一）组织结构...............................................................................................................84
（二）实验室组成...........................................................................................................85
（三）实验室设立的开放课题.......................................................................................88
（四）2007年学术委员会纪要......................................................................................89
一．研究工作进展 基因表达调控和植物生物技术（方荣祥课题组） Regulation
ofGeneExpressionandPlantBiotechnology (ProfessorRongxiangFang) （一）研究进展
1.决定黄瓜花叶病毒（CMV）2b抑制子活性的关键氨基酸基序 CMV山东株系（SD-CMV）属于毒性较强的CMVIB亚组，CMVQ株系（Q-CMV）属于毒性较弱的II亚组。
我们用GFP沉默的恢复实验表明SD-CMV具有比Q-CMV更强的抑制系统RNA沉默的能力。
进一步的实验表明SD-CMV的2b（SD2b）比Q-CMV的2b（Q2b）具有更强的抑制子活性。
比较SD2b和Q2b的氨基酸序列，发现二者之间存在三个差异较大的肽段，即N端的1-8位氨基酸（domain1），48-61位氨基酸（domain2）和62-71位氨基酸（domain3），domain3不存在于Q2b中。
为了解这些domain对SD2b与Q2b抑制子活性差异的贡献，我们通过domainswapping构建了一系列SD2b和Q2b的杂合体和缺失体。
通过分析这些2b变异体的抑制子活性，发现这3个domain对2b抑制子活性都有作用，其中domain3的作用最明显，说明domain3是决定SD2b抑制子活性的关键基序（图1）。
我们还进一步发现2b能抑制AGO4基因的转录，而domain3在抑制AGO4转录中也起到主要作用，说明2b还可能抑制转录水平的基因沉默。
研究结果发表于FEBSLetters（2008online）。
2．双组分信号转导系统反应调节因子NtrC参与野油菜黄单胞菌与宿主的信号通讯 群体感应（quorumsensing，QS）是指细菌根据特定可分泌的信号分子监测自身或周围环境中其它细菌数量变化的一种基因调控方式。
通过全基因组序列比对，在十字花科植物黑腐病重要的致病菌野油菜黄单胞菌（Xanthomonascampestrispathovarcampestris,）中发现了一个单拷贝的R/pip遗传位点，该位点由两个同向ORF组成，其中上游基因R编码的蛋白产物R与细菌群体感应转录因子LuxR同源，下游基因pip编码脯氨酸亚氨基肽酶(prolineiminopeptidase，PIP)。
在pip基因启动子区域中存在一个与LuxR特异结合位点luxbox同源性很高的20bp反向重复序列，命名为luxXcbox。
基因失活/互补实验表明R和pip基因对的致病性是必需的，交叉互补实验表明在致病信号传导途径中pip处于R的下游。
我们先前对R/pip遗传位点的表达调控研究显示，R通过luxXcbox激活下游pip基因的表达；pip启动子的表达水平受宿主植物诱导，R和luxXcbox对这种宿主诱导作用是必需的；植物抽提液可以稳定R蛋白，促进R与顺式元件luxXcbox结合。
为进一步了解宿主对R/pip位点表达的调控作用，我们通过构建R启动子-GUS报告系统筛选R基因的上游调控因子。
研究发现在丰富培养基中R启动子的表达受双组分信号转录系统反应调节因子NtrC的负调节；但在宿主植物体内，在NtrC突变体和
1 野生型中R的表达水平基本相同，超表达NtrC也不能降低R启动子的表达水平，推测在植物体中NtrC对R的负调节作用被解除。
NtrC属于双组分调控系统效应蛋白，它的活性受磷酸化作用的影响。
我们正进一步研究NtrC磷酸化对其抑制R启动子活性的影响。
综合以上结果，我们推测R/pip遗传位点基因的表达模式为（图2）：在宿主体内，某种植物因子与NtrC相互作用，解除了NtrC对R的负调节作用；R被激活后，稳定的R蛋白与pip启动子区luxXcbox结合，诱导致病因子pip的表达。
3．黄单胞菌新双组分信号转导系统VgrS/VgrR的调控机制及VgrS的结构特征 双组分信号转导系统（ponentsignaltransductionsystem,TCSTS）由组氨酸激酶和反应调节蛋白两部分组成，是细菌细胞感受外界刺激并调控下游基因的主要分子机制。
十字花科植物病原野油菜黄单胞菌（Xanthomonascampestrispv.campestris,）基因组共编码52个组氨酸激酶和54个反应调节蛋白（Qianetal.2008.MPMI.21:151-161）。
以往研究已发现HrpG和RpfC/RpfG系统参与了的致病过程。
通过功能基因组学分析，我们鉴定到两个调控致病因子表达的新的TCSTS，即VgrS/VgrR和MefS/MefR（Qianetal.2008.MPMI.21:1128-1138）。
其中，vgrR编码一个以螺旋-转角-螺旋结构域为信号输出区的转录因子，该基因失活后会造成多个表型发生改变，包括致病力下降、细菌在培养基及植物体内增殖速度下降、胞外多糖产量减少、胞外蛋白酶合成量显著下降和在SDS,热激及渗透胁迫下存活率上升等。
此外，其它研究表明该基因特异性地调控细菌III型分泌系统hrpC和hrpE操纵子的转录。
因此，VgrR有可能是一个细菌全局性调控因子，并且是到目前为止在中鉴定到的唯一一个既影响效应蛋白（effector）相关基因转录，又影响病原相关分子模式（胞外多糖）合成的调控因子。
在与寄主植物相互作用的过程中，该蛋白可能在抑制效应蛋白激发的免疫反应（ETI）和病原相关分子模式激发的免疫反应（PTI）中发挥了重要的调控作用(图3)。
除此而外，进化分析发现组氨酸激酶VgrS的氨基端信号识别区域（sensorregion）在水稻黄单胞菌（X.oryzaepv.oryzae,Xoo）中发生了极显著的加速进化，其进化速率是其它TCSTS平均进化速率的9.1倍，且在蛋白二级结构（预测）上已出现了明显的分化。
这表明VgrS在信号识别的类别和信号接受方式上可能产生了功能分化。
目前，我们已对VgrS/VgrR的基本表达模式进行了分析并已获得纯化的VgrS和VgrR可溶性蛋白，正在对该双组分信号转导系统的调控方式、调控元组成、与植物免疫反应的互作关系、VgrS结构变异与功能分化之间的相互联系等问题进行深入的探索。
1.AcriticaldomainoftheCucumbermosaicvirus(CMV)2bproteinforRNAsilencingsuppressoractivity CMVstrainShandong(SD-CMV)belongstoCMVsubgroupIBandstrain(Q-CMV)isamemberofsubgroupII,whichislessvirulentthanSD-CMV.WehaveshownthatSD-CMVwasmoreefficientthanQ-CMVininhibitingsystemicRNAsilencing,indicatingthedifferentialvirulenceofCMVstrainsiscorrelatedtotheirabilitytoinhibitlongrangesilencingsignaling.Wehavefurthershownthatthe2bproteinofSD-CMV(SD2b)hadastrongeractivitythanQ-CMV2b(Q2b)insuppressionoflocalRNAsilencing.Alignmentofaminoacid(aa)sequencesofSD2bandQ2brevealedthreevariedsequencedomains,i.e.theN-terminalaa1-8(domain1),aa48-61(domain2),andaa62-71(domain3)whichisexistentinSD2bbut
2 absentinQ2b.TolearnthefunctionofthethreedomainsintheobserveddifferenceinsuppressoractivitybetweenSD2bandQ2b,weconstructedaseriesofchimeric2bproteinsbyswappingthedomainsbetweenSD2bandQ2bandsome2bdeletionmutantslackofspecificdomains,andanalyzedthesuppressoractivityofthese2bvariants.Wefoundthatdomains1and2contributetosomedegreetothehighersuppressoractivityofSD2bandthatdomain3isamajordeterminantofthesuppressoractivityofSD2b(Fig.1).Furthermore,wefoundthatCMV2bcaninhibitthetranscriptionofanAGO4-likegeneofNicotianabenthamiana,anddomain3iscrucialforthedown-regulation,implyingthatCMV2bmayalsointerferewiththehosttranscriptionalgenesilencing. 图
1.SD2b和Q2b的氨基酸序列比较。
SD2b的domain3（用红色显示）是决定其抑制子活性的主要基序。
Figure1.parisonbetweenSD2bandQ2b.SD2bdomain3(inred)isamajordeterminantforitsRNAsilencingsuppressoractivity.
2.Ntrc,aresponseregulatorofponentsignaltransductionsystems,isinvolvedinthemunicationbetweenandthehostplant Quorumsensing(QS)referstothebacterialmunicationviaself-producedchemicalsignalmoleculeswhoseconcentrationcorrespondstothedensityofthebacterialpopulation.AnalysisoftheXanthomonascampestrispv.campestris()genomesequencerevealedthepresenceofanR/piplocus.TheupstreamgeneRisaluxRhomologue,whilepipcodesforaprolineiminopeptidase(PIP).Aluxbox-likeelement,namedluxXcbox,locatesinthepippromoterregion.WehavepreviouslyshowedthatdisruptionofeitherRorpipresultedinsignificantlyattenuatedvirulenceofonthehostcabbageplant.plementationexperimentsshowedthatpipsitsdownstreamofRinthepathogenesissignaltransductionpathway.MolecularanalysesshowedthatRtrans-activatedpipexpressionthroughbindingtothecis-elementluxXcbox.Furthermore,wehaveshownthatexpressionofthepippromoterwasmarkedlyinducedwhenthebacteriagrewinplanta,andRortheluxXcboxwasessentialfortheinplantainduction,suggestinganmunicationbetweenanditshostthroughtheR/piplocus. Tofindotherregulatoryfactorsinvolvedinthis-hostinteraction,weconstructedanRpromoter-gusAfusioninchromosometoscreenforthegenescontrollingtheexpressionofR.WefoundthatundermediumcultureconditionstheRpromoteractivitywasrepressedbyatranscriptionalactivatorNtrCfamilyprotein.However,sucharepressionwasabolishedwhenthebacteriagrewinplanta,suggestingsomeplantfactorsinterferewiththerepressorfunctionofNtrContheRpromoter.TheNtrCproteinisaresponseregulatorwhichisphosphorylatedbyahistidinekinaseuponsensingtoaspecificstimulus.WearestudyingtheinfluenceofthephophorylationstatusofNtrConitsrepressorfunction. Takentheabovedatatogether,weproposeaworkingmodelforexpressionregulationoftheR/piplocusforvirulence(Fig.2):inplanta,thepathogensensessomehostfactor(s)
3 toreleasethesuppressionofNtrContheRpromoter.aTheactivatedRsubsequently interactswiththeluxXcboxtoinducetheexpressionofpipforfacilitatinginfection. inmedium inplanta pathogenicity OMPeriplasmIMlasm NRR PPP ?
SS?
SS NRR ?
P ?
SPR luxXcbox luxXcbox 图
2.R/pip遗传位点调控模型。
当生长于培养基时，NtrC通过与R启动子的结合抑制R和pip的表达水平;侵染宿主植物后，某种植物因子与NtrC相互作用，解除了NtrC对R的负调节作用；从而激活致病基因的表达。
图中R表示R；P表示PIP；N表示NtrC；S表示可能的植物信号；OM和IM分别表示细菌细胞的外膜和内膜。
Figure2.AmodelforexpressionregulationoftheR/piplocus.Whenisgrowninmedium,bothpipandRareexpressedatlowlevels,astheRpromoteractivitywasrepressedbyatranscriptionalfactorNtrC.Afterenteringthehostplant,sensesspecificplantconditionsorsignals,andNtrCisremovedfromtheRpromoter.TheactivatedRortheR/plexthenbindstotheluxXcboxofthepippromotertoinducetranscriptionofthepipgene.R,R;
P,PIP;
N,NtrC;andS,thepossiblesignalsfromthehost.OMandIMrefertotheoutsideandinsidemembranerespectively.
3.RegulatorymechanismofthenovelponentsignaltransductionsystemVgrS/VgrRofXanthomonas Theponentsignaltransductionsystems(TCSTSs),consistingofahistidinekinasesensor(HK)andaresponseregulator(RR),arethedominantmolecularmechanismsbywhichprokaryotessenseandrespondtoenvironmentalstimuli.TheGram-negativebacteriumXanthomonascampestrispv.campestris(),whichisthecausalagentofblackrotdiseaseofcruciferousplants,encodes52histidinekinasesand54responseregulators(Qianetal.2008.MPMI.21:151-161).Amongthem,HrpGandRpfC/RpfGhavebeenfoundpreviouslytoplayregulatoryrolesduringdiseasepathogenesis.Recently,byfunctionalgenomicanalysisweidentifiedtwonovelTCSTS,VgrS/VgrRandMefS/MefR,whichareinvolvedinvirulenceof（Qianetal.2008.MPMI.21:1128-1138）.vgrRencodesaputativetranscriptionfactorwithaC-terminalhelix-turn-helixdomainasitssignaloutputregion.DisruptionofvgrRresultedinmultiplephenotypicchanges,includingsignificantattenuationinvirulence,decreaseinbacterialgrowthinmediaorinplanta,decreaseinbiosynthesisofextracellularharides(EPS)andextracellularproteases,andincreasedsurvivalunderseveralstressessuchasSDSexposure,heatshockandosmolarity.Furthermore,otherstudyhasshowedthatvgrRspeciallyregulatesthetranscriptionofhrpCandhrpEoperons,whichencodemachineryofbacterialtypeIIIsecretionsystem.AlltheseresultsindicatedthatVgrS/VgrRisaglobalregulator.ThisTCSTSmustbeakeyregulatorsinceitnotonlycontrolstheexpressionofeffectorsthatcansuppresstheeffector-triggeredimmunity(ETI)ofhostplant,butalsoregulatesthebiosynthesisofpathogen-associatedmolecularpattern(PAMP)thatcaninduceorsuppressthePAMP-triggeredimmunity(PTI,Fig.3).Inaddition,evolutionaryanalysisprovidedstrongevidencethatevolutionoftheN-termianlsensorregionofVgrSofX.oryzaepv.
4 oryzae(Xoo)eleratedsignificantly,with9.1timesfasterthantheaverageevolutionaryrateofTCSTSgenes.ThepredictedsecondarystructureoftheVgrSXoosensorregionalsodifferssubstantiallyfromtheorthologsofotherXanthomonasspp.,suggestingthatthemechanismofsignalperceptionofVgrSXooisquitedifferent.CurrentlywehavemadeprogressinanalyzingtheoperonstructureandproteinexpressionofVgrS/VgrR.Theresultsofthisstudywillgiveinsightintoregulationofvirulencefactorsandsignalperceptionof. 图
3.致病相关双组分信号转导系统的调控网络。
Figure3.Networkofponentsignaltransductionsystemsinregulatingtheexpressionofvirulencefactors.ETI:effector-triggeredimmunity;PTI:PAMP-triggeredimmunity;EPS:extracellularharides;PDA:phosphodiesterase;T3SS:typeIIIsecretionsystem. （二）研究成果 论文：
1.Ye,
J.,Qu,
J.,Zhang,
J.F.,Geng,
Y.F.,andFang,
R.X.(2008).AcriticaldomainoftheCucumbermosaicvirus2bproteinforRNAsilencingsuppressoractivity.FEBSLetters(online)/10.1016/j.febslet.2008.11.031.
2.Xu,
Y.,Ye,
J.,Liu,
H.J.,Cheng,
E.J.,Yang,
Y.,Wang,
W.X.,Zhao,
M.C.,Zhou,
D.J.,Liu,
D.S.,andFang,
R.X.(2008).DNA-templatedCMVviralcapsidproteinsassembleintonanotubes.ChemicalCommunications
(1):49-51.
3.Li,
Y.M.,Zhang,
Z.K.,Jia,
Y.T.,Shen,
Y.M.,He,
H.P.,Fang,
R.X.,Chen,
X.Y.andHao,
X.J.(2008).3-acetonyl-3-hydroxyoxindole:anewinducerofsystemicacquiredresistanceinplants.PlantBiotechnologyJournal6:301-308.
4.Qian,
W.,Han,
Z.J.,andHe,
C.Z.(2008).Two-ComponentSignalTransductionSystemsofXanthomonasspp.:ALessonfromGenomics.MolecularPlant-MicrobeInteractions21:151-161.
5.Qian,
W.,Han,
Z.J.,Tao,
J.,andHe,
C.Z.(2008).Genome-ScaleMutagenesisandPhenotypicCharacterizationofTwo-ComponentSignalTransductionSystemsinXanthomonascampestrispv.campestrisATCC33913.MolecularPlant-MicrobeInteractions21:1128-1138.
6.杨鹍,傅亚萍,张玉满,颜永胜,赵志强,方荣祥,孙宗修,陈晓英(2008).水稻
5 OsPLD3和OsPLD4基因及其启动子.生物工程学报.24:368-375.7.赵志强,傅亚萍,杨鹍,张玉满,颜永胜,方荣祥,孙宗修,陈晓英(2008).水稻小
G 蛋白OsPra2基因的克隆及功能分析.生物工程学报.24:2027-2033. 论著： Jackson,
A.O.,Dietzgen,
R.G.,Fang,
R.X.,Goodin,
M.M.,Hogenhout,
S.A.,Deng,M.andBragg,
J.N.(2008).PlantRhabdoviruses.EncyclopediaofVirology,ThirdEdition.4:187-196. 专利： 于翠梅；陈晓英；方荣祥，一种胡萝卜液泡转化酶Ⅱ基因启动子及其应用，专利号ZL200610065167.1，授权日2008年5月7日。
（三）研究队伍固定人员： 方荣祥，钱韦，陈晓英，贾燕涛，张玉满 研究生： 赵志强，章俊丽，宋晓光，霍岩，王芳芳，苏鸓，耿云峰，杨艳梅，王莉，颜永胜，梁宏，SadiaHamera，郭红艳，李沫
6 植物－病原微生物的相互作用研究（何朝族课题组） MolecularicsofPlant-PathogenInteractions (ProfessorChaozuHe) （一）研究进展
1.野油菜黄单胞菌双组分信号转导基因的功能鉴定 野油菜黄单胞菌是十字花科植物黑腐病，也是研究植物-细菌相互作用的模式生物。
该细菌的基因组编码大量的双组分信号转导系统。
双组分信号转导系统由组氨酸激酶（histidinekinase,HK）和响应调节子（responseregulators,RR)组成，细菌利用该系统监测和应答环境因素变化。
为了研究野油菜黄单胞菌这些双组分信号系统基因的功能，我们利用基因敲除方法成功获得野油菜黄单胞菌ATCC33913菌株54个响应调节蛋白中的51个基因，并对这些突变体的表型如环境胁迫、胞外酶分泌等进行了检测。
寄主植物接种试验发现2个新的响应调节蛋白基因（XCC1958和XCC3107）与该细菌的致病性有关。
进一步的遗传互补和表型分析表明，XCC3107突变影响该细菌生长和胞外蛋白酶分泌。
该基因被命名为vgrR(virulenceandgrowthregulator)。
对这些响应调节蛋白基因的突变体的表型鉴定，将有助于我们构建该细菌对环境和寄主信号的感应和转导网络。
2.野油菜黄单胞菌响应调节子XCC1958的功能分析 胞外多糖、胞外酶和菌膜是野油菜黄单胞菌的主要致病因子，这些致病因子是细菌对外部环境的应答。
双组分信号转导系统通过对外部环境信号的感应，调控细菌的基因表达，从而调控这些致病因子的产生。
野油菜黄单胞菌响应调节子基因XCC1958编码的蛋白含有3个结构域，分别是GGDEF、EAL和REC，其中REC结构域是胞菌响应调节子共有的功能域，GGDEF和EAL已知参与细菌信号分子C-di-GMP的代谢。
体外酶活检测表明，XCC1958蛋白具有合成C-di-GMP的功能，但不具备水解C-di-GMP的作用。
遗传试验结果表明，该基因缺失导致野油菜黄单胞菌对寄主植物致病性、胞外多糖、胞外酶和菌膜下降，同时细菌的运动性降低，表明该基因与这些致病因子的产生相关。
我们将进一步研究该基因对上述致病因子调控的分子机理。
1.Genome-ScaleMutagenesisandPhenotypicCharacterizationofTwo-ComponentSignalTransductionSystemsinXanthomonascampestrispv.campestris Thegram-negativebacteriumXanthomonascampestrispv.campestris()isthecausalagentofblackrotdiseaseofcruciferousplants.Itsgenomeencodesalargerepertoireofponentsignaltransductionsystems(TCSTSs),whichconsistofhistidinekinasesandresponseregulators(RR)tomonitorandrespondtoenvironmentalstimuli.ToinvestigatethebiologicalfunctionsoftheseTCSTSgenes,weaimedtoinactivateall54RRgenesinATCC33913,andessfullygenerated51viablemutantsusingtheinsertioninactivation
7 method.Hostplantinoculationidentifiedtwonovelresponseregulatorgenes(XCC1958andXCC3107)thatareinvolvedinvirulenceofthisstrain.plementationdemonstratedthatXCC3107,designatedasvgrR(virulenceandgrowthregulator),alsoaffectsbacterialgrowthandactivityofextracellularproteases.Inaddition,weassessedthesurvivalofthesemutantsundervariousstresses,includingosmoticstress,highsodiumconcentration,heatshock,andsodiumdodecylsulfateexposure,andidentifiedanumberofgenesthatmaybeinvolvedinthegeneralstressresponseof.MutagenesisandphenotypiccharacterizationofRRgenesinthisstudywillfacilitatefuturestudiesonworksinthisimportantathogenicbacterium.ThisworkhasbeenpublishedinMolecularPlant-MicrobeInteractions(Qianetal,21:1128-1138).
2.CharacterizationofaResponseRegulatorXCC1958 Theabilityoftoincitediseaseinplantsdependsuponanumberoffactors,suchasextracellularharides(EPS),extracellularenzymesandbiofilm.Thesynthesisofthesevirulence-relatedfactorsisstrictlyinresponsetoextra-and/orinter-cellularcues.TCSTSscanrespondtoawiderangeofthesestimuliandtriggeradaptivechangesbyreprogramminggeneexpression.TheXCC1958ispredictedtoencodearesponseregulatorwiththreedomains:aGGDEFdomain,anEALdomainandareceiver(REC)domain,whichmonlyfoundinproteinsassociatedwithbacterialsignaltransduction.GGDEFandEALdomainsareinvolvedinmetabolismofcyclicdiguanylate(c-di-GMP),anovelintracellularbacterialsignalingmolecule.InvitroenzymaticassaysshowedthatXCC1958catalyzesthesynthesisofc-di-GMPbutnotinitshydrolysis.DeletionofXCC1958generesultedindecreaseofvirulence,EPSproduction,biofilmformationandmotility.OurresultssuggestthatXCC1958playsaroleinEPSbiosynthesis,biofilmformation,motilityandvirulenceof.FurtherstudywillbefocusedonhowXCC1958regulatescellactivityof. （二）研究成果 论文：
1.Qian,
W.,Han,
Z.J.,andHe,
C.Z.(2008).Two-ComponentSignalTransductionSystemsofXanthomonasspp.:ALessonfromGenomics.MolecularPlant-MicrobeInteractions21:151-161.
2.Qian,
W.,Han,
Z.J.,Tao,
J.,andHe,
C.Z.(2008).Genome-ScaleMutagenesisandPhenotypicCharacterizationofTwo-ComponentSignalTransductionSystemsinXanthomonascampestrispv.campestrisATCC33913.MolecularPlant-MicrobeInteractions21:1128-1138.
3.Wang,
L.F.,Rong,
W.,andHe,
C.Z.(2008).TwoXanthomonasextracellularpolygalacturonases,PghAxcandPghBxc,areregulatedbyTypeIIIsecretionregulatorsHrpXandHrpGandarerequiredforvirulence.MolecularPlant-MicrobeInteractions21:555-563.
8 4.Yu,
D.M.,Ranathunge,
K.,Huang,
H.S.,Pei,
Z.Y.,Franke,
R.,Schreiber,
L.,andHe,
C.Z.(2008).WaxCrystal-SparseLeaf1encodesaβ–ketoacylCoAsynthaseinvolvedinbiosynthesisofcuticularwaxesonriceleaf.Planta228:675–685.
5.Ge,
C.,andHe,
C.Z.(2008).RegulationoftheTypeIIsecretionstructuralgenexpsEinXanthomonascampestrispathovarcampestrisbytheglobaltranscriptionregulatorClp.CurrentMicrobiology56:122-127.
6.Bhatti,
K.H.,Xu,
C.X.,Wu,
J.H.,andHe,
C.Z.(2008).OverexpressionofriceOsLOL2geneconfersdiseaseresistanceinotoPseudomonassyringaepv.tabaci.ProgressinNaturalScience18:807-812. 专利： 何朝族；王丽娟；裴忠有，一个负调控植物程序性细胞死亡促进转基因植物愈伤组织生长分化的水稻锌指蛋白基因，专利号ZL03125167.6，授权日2008年4月23日。
（三）研究队伍 固定人员： 何朝族，吴家和，庞金环 博士后： 朱传凤 研究生： 李桂华，于冬梅，周壮志，陶均，KhizarHayatHatti，李春霞，戎伟，谭雷涛，朱传凤
9 与植物重要农艺性状相关基因的结构和功能研究（夏桂先课题组） IdentificationandCharacterizationofthePlantGenesControllingImportantAgronomicTraits (ProfessorGuixianXia) （一）研究进展
1.棉纤维发育相关钙依赖蛋白激酶基因GhCPK1的克隆及功能鉴定 从棉花中克隆了一个钙依赖蛋白激酶基因，命名为GhCPK1，该基因在棉纤维细胞中优势表达。
分离了GhCPK1基因的启动子序列,用其构建GUS报告基因表达载体后转化拟南芥，发现GUS主要在转基因植株的叶片、花萼及根的表皮毛和根的伸长区和分化区表达。
亚细胞定位分析发现GhCPK1蛋白主要分布在细胞膜上。
GhCPK1重组蛋白表现出依赖Ca2+的胶内自磷酸化活性和组氨酸底物磷酸化活性，表明GhCPK1基因的编码产物是一个有活性的CDPK。
这些结果表明GhCPK1蛋白可能是纤维伸长的信号传导网络中的重要组分,参与调控单细胞棉纤维的伸长。
2.棉纤维特异表达七次跨膜受体的研究 利用抑制性消减杂交（suppressionsubtractivehybridization，SSH）和cDNA末端快速扩增(rapidamplificationofcDNAends，RACE)方法从棉花中分离得到两个七次跨膜受体蛋白基因（命名为Gh7TMpR1和Gh7TMpR2）。
Southern杂交和ApaL1限制性内切酶多态性分析表明Gh7TMpR1来源于A亚基因组而Gh7TMpR2来源于D亚基因组。
Northern杂交分析显示Gh7TMpR1和Gh7TMpR2在棉纤维伸长期特异表达。
亚细胞定位研究发现该蛋白主要定位于细胞膜结构，且呈点状分布。
在裂殖酵母中异位表达Gh7TMpR1显著影响酵母细胞的极性生长。
这些实验结果暗示Gh7TMpR1可能作为一个膜受体在纤维伸长期的信号传导途径中起重要作用。
3．棉花微丝解聚因子GhADF1的功能分析 棉花纤维是由胚珠表皮细胞延伸而成的单细胞。
细胞骨架的动态变化被认为在棉纤维的生长发育过程中起至关重要的作用。
从陆地棉中克隆了GhADF1，利用转基因方法对GhADF1的细胞内功能进行了分析。
棉纤维品质测定表明转反义GhADF1植株的棉纤维的长度和强度都有不同程度的增加。
转基因棉纤维细胞中GhADF1基因的表达受到抑制，导致聚合态微丝含量升高、次生壁增厚(图1)以及晶体纤维素含量增加。
这些实验结果表明GhADF1基因可能在棉花纤维细胞生长和次生壁生物合成两个过程中，通过调控微丝骨架的结构来对纤维细胞的次生壁合成产生影响，从而在纤维发育和强度品质形成中发挥重要作用。
GhADF1可作为候选基因用于棉纤维品质的基因工程改良。
10
A 图1转反义GhADF1棉花纤维的微丝结构及细胞壁厚度变化
A A：棉花纤维微丝骨架的激光共聚焦图片。
左为野生型纤维；右为转基因纤维。
标尺为20μm。
B B：成熟棉花纤维细胞横切图。
左为野生型纤维；右为转基因纤维。
标尺为
B 10μm。
1.Cloningandcharacterizationofacalciumdependentproteinkinasegeneassociatedwithcottonfiberdevelopment ThegeneGhCPK1encodingacalciumdependentproteinkinasewasidentifiedfromcotton.TranscriptsofGhCPK1umulatedprimarilyintheelongatingfiber,andArabidopsisplantstransformedwithGhCPK1promoter-GUSconstructexhibitedGUSactivitymainlyinthedevelopingtrichomes,roots,youngleavesandsepals.Inthebombardedonionepidermalcells,GhCPK1-GFPfusionproteinsshowedasubcellulardistributionintheplasmamembrane.InvitroassaysindicatedthatGhCPK1wasafunctionalcalcium-dependentkinaseabletoundergohosphorylationandphosphorylationoftheknownsubstratehistoneIII-
S.Together,theseresultssuggestthatGhCPK1mayplayaroleinthecalciumsignalingeventsassociatedwithfiberelongation.
2.Studiesontwoputativeseven-transmembranereceptorgenesfromcotton Twofull-lengthcDNAsencodingputativeseven-transmembranereceptors(designatedGh7TMpR1andGh7TMpR2)wereclonedfromcottonplantsusingrapidamplificationofcDNAends(RACE)-PCRmethod.SouthernblotandanApaL1restrictionsitepolymorphismanalysesrevealedthatGh7TMpR1wasderivedfromtheancestralAdiploidgenome,whileGh7TMpR2wasfromtheDsubgenome.NorthernblothybridizationindicatedthatbothGh7TMpR1andGh7TMpR2wereexpressedpreferentiallyintheelongationphaseoffiberdevelopment.MajorityoftheGh7TMpR1proteinswerelocatedwithinthemembranestructureanddisplayedapunctuatepatternofdistribution.OverexpressionofGh7TMpR1infissionyeastdisruptedthepolargrowthandcausedtheformationofroundedcells.TheseresultssuggestthatGhT7MpR1mayplayacriticalroleincottonfiberdevelopment,perhapsasasignalingreceptorthatisinvolvedincontrollingfiberelongation.
3.Functionalcharacterizationofacottonactindepolymerizingfactor Cottonfibreisasingle,elongatedepidermalcelloftheseedcoat.Growingevidenceimpliesthatcytoskeletonplaysimportantrolesincottonfibredevelopment.Wehavecharacterizedthefunctionofamemberoftheactindepolymerizingfactor(ADF)familyinGossypiumhirsutumbydown-regulationofthegene(designatedasGhADF1)expressioninthetransgeniccottonplants.WeobservedthatboththefibrelengthandstrengthoftheGhADF1-underexpressingplantsincreasedparedtothewild-typefibre,andtransgenicfibrescontainedmoreabundantF-actinfilamentsinthecorticalregionofthecells.Moreover,thesecondarycellwallofthetransgenicfibreappearedthickerandthecellulosecontentwas 11 higherthanthatofthecontrolfibre.Ourresultssuggestanizationofactincytoskeletonregulatedbyactin-associatedproteinssuchasGhADF1playsacriticalroleintheprocessesofelongationandsecondarycellwallformationduringfibredevelopment.Additionally,ourstudyprovidedacandidateintrinsicgenefortheimprovementoffibretraitsviaicengineering. （二）研究成果 论文：
1.Wang,
F.,Zhong,
N.,Gao,
P.,Wang,
G.,Wang,
H.,andXia,
G.(2008).SsTypA1,achloroplast-specificTypA/BipA-typeGTPasefromthehalophyticplantSuaedasalsa,playsaroleinoxidativestresstolerance.PlantCellandEnvironment31:982-94.
2.Huang,
Q.,Wang,
H.,Gao,
P.,Wang,
G.,andXia,
G.(2008).Cloningandcharacterizationofacalciumdependentproteinkinasegeneassociatedwithcottonfiberdevelopment.PlantCellRep.27:1869-75.
3.Gao,
P.,Zhao,
P.,Wang,
J.,Wang,
H.,Du,
X.,Wang,
G.,andXia,
G.(2008).Co-expressionandpreferentialinteractionbetweentwocalcineurinB-LikeproteinsandaCBL-interactingproteinkinasefromcotton.PlantPhysiologyandBiochemistry46:935-40.
4.Gao,
P.,Zhao,
P.,Wang,
J.,Wang,
H.,andXia,
G.(2008).Cloningandcharacterizationoftwoputativeseven-transmembranereceptorgenesfromcotton.ProgressinNaturalScience18:1225-1231. （三）研究队伍 固定人员： 夏桂先，王桂玲，仲乃琴，王海云，高鹏 研究生： 赵丕明，王昉，王娟，武晓敏，韩利波，王丽丽 12 RNA沉默和植物抗病机制（郭惠珊课题组） RNASilencingandDissectionofDiseaseResistanceinPlant (ProfessorHui-ShanGuo) （一）研究进展
1．病毒基因组有效小RNA靶点遴选的抗病毒研究 植物RNA沉默系统是一种在真核生物中广泛存在的保守机制，其作用方式是经一系列复杂的合成途径产生小分子RNA并以位点特异的剪切方式造成与之序列互补的靶标RNA的降解。
这些小RNA长度多在21~24nt，主要包括microRNA（miRNA）和siRNA（smallinterferingRNA）两种。
模拟较短的miRNA单链发夹结构前体表达的人工miRNA（artificialmiRNA，amiRNA）在植物中可以高效特异诱导内源基因沉默，最近的研究表明，amiRNA作为一种有效的基因沉默工具在植物抗病毒研究中也有很好的应用潜力。
但是对于某一特定mRNA靶标来说，并非所有与之互补的siRNA都同样有效，靶标RNA的高级结构影响siRNA-RISC复合物的可进入性。
由于缺乏能准确预测长链RNA高级结构的可靠工具，因此很难预测病毒基因组RNA在自然侵染过程中在植物体内的准确折叠结构。
我们利用瞬时表达方式探索黄瓜花叶病毒（CMV）3’UTR区域与植物RNA沉默途径相互作用，发现在植物体内瞬时表达的CMV亚基因组能被RNA沉默途径所识别并造成位点特异的剪切。
通过对比在CMV侵染野生型拟南芥及dcl2/3/4突变体中检测到的3’UTR区域的自然剪切热点，结合我们在CMV亚基因组瞬时表达实验中得到的切点，获得一些潜在的siRNA-RISC介导的剪切热点，并以这些切点及其它对照位点为靶点设计amiRNA。
转基因植物（拟南芥和烟草）的CMV攻毒实验结果表明，靶向3’UTR3’末端类似tRNA高级结构（TLS）区域的amiRNA其转基因植物对CMV侵染敏感，显示TLS区域可能限制了amiRNA靶位点的可进入性，从而阻断了amiRNA-RISC对病毒RNA靶标的剪切。
虽然3’UTR5’末端高级结构较少，但对靶标RNA的识别也影响amiRNA的活性，靶向此区域的amiRNA其转基因植物表现出不同的抗性。
无论是转基因拟南芥还是烟草，靶向预测的siRNA-RISC可进入剪切热点的amiRNA转基因植物都能获得高效特异的抗性。
我们的研究结果表明，通过这种实验方法在病毒基因组上寻找siRNA-RISC有效进入的剪切热点，是利用amiRNA获得高效病毒抗性的一种既经济又有效的生物工程策略。
(JournalofVirology2008.82,11084-11095)。
2．油菜小RNA的克隆和鉴定 对在油菜中克隆到的小RNA的生物信息学研究和比对拟南芥的数据库，发现了油菜中的9个保守的microRNA家族，其中一些microRNA的表达与拟南芥相比具有不同的组织表达特异性，表明了保守microRNA的调控在不同植物中也可能存在特异性。
同时我们还发现了一类油菜中特有的能够被TuMV特异诱导表达的新的microRNA,序列分析发现，这类microRNA的前体与其靶标基因TIR-NBS-LRR类抗病基因具有高度的序列同源性，根据最新的miRNA进化理论，我们推测这类microRNA可能是由TIR-NBS-LRR类 13 抗病基因通过反向重复事件新进化出来的，进而对其靶标基因进行调节。
其中miR1885只被TuMV特异诱导，不受其他能感染油菜的病毒和真菌的诱导，该结果表明该miRNA对抗性基因TIR-NBS-LRR的调控在应答TuMV的侵染上有一定的作用。
(FEBSletter2008.582,2445-2452)。
1.ArtificialmicroRNAshighlyessibletotargetsconferefficientvirusresistanceinplants Short-hairpinRNAsbasedonmiRNAprecursorstoexpresstheartificialmiRNAs(amiRNAs)canspecificallyinducegenesilencingandconfervirusresistanceinplants.TheefficacyofRNAsilencingdependsnotonlyonthenatureofamiRNAsbutalsoonthelocalstructuresofthetargetmRNAs.However,thelackoftoolstouratelyandreliablypredictsecondarystructureswithinlongRNAsmakesitveryhardtopredictthesecondarystructuresofaviralgenomeRNAinthenaturalinfectionconditionsinvivo.Inthisstudy,weusedanexperimentalapproachtodissecthowtheendogenoussilencingmachineryactsonthe3’UTRoftheCucumbermosaicvirus(CMV)genome.Transientlyexpressed3’UTRRNAsweredegradedbysites-specificcleavage.paringthenaturalcleavagehotspotswithinthe3’UTRoftheCMV-infectedwildtypeArabidopsiswiththoseofthetripledcl2/3/4mutant,weacquiredtruesiRISC-mediatedcleavagesitestodesignvalidamiRNAs.WeshowedthatthetRNA-likestructure(TLS)withinthe3’UTRimpededtargetsiteessandrestrictedamiRNAs-RISC-mediatedcleavageofthetargetviralRNA.Moreover,targetrecognitioninthelessstructuredareaalsoinfluencedsiRISCcatalysis,therebyconferringdifferentdegreesofresistancetoCMVinfection.TransgenicplantsexpressingthedesignedamiRNAsthattargettheputativeRISCessibletargetsitesconferredhighresistancetotheCMVchallengefrombothCMVsubgroupstrains.OurworksuggeststhattheexperimentalapproachiscredibleforstudyingthecourseofRISCtargetrecognitiontoengineereffectivegenesilencingandvirusresistanceinplantsbyamiRNAs.(JournalofVirology2008.82,11084-11095).
2.CharacterizationofconservedandnovelmicroRNAsandtheirtargets,includingaTuMV-inducedTIR-NBS-LRRclassRgene-derivednovelmiRNAinBrassica NineconservedmiRNAfamiliesandthreepotentialnovelmiRNAsinBrassica.rapawereidentifiedfromasmallRNAlibrary.TheexpressionpatternsofsomeconservedmiRNAshaddifferenttissue-specificityinBrassicaandArabidopsis.OneofthethreepotentialmiRNA,namedbra-miR1885,wasverifiedasatruefunctionalmiRNA.ItcouldbeinducedspecificallybyTurnipmosaicvirus(TuMV)infection,andtargetTIR-NBS-LRRclassdiseaseresistant 14 transcriptsforcleavage.BasedonthehypothesisfordenovogenerationofnewmiRNAgenesandthesequencesimilaritybetweenbra-MIR1885precursorlociandtargettranscriptsequences,wesuggestthatbra-MIR1885isanewmiRNAgenethatoriginatedthroughinvertedduplicationeventsfromTIR-NBS-LRRclassdiseaseresistantprotein-codinggenesequences,whichbecamebra-miR1885targets.(FEBSletter2008.582,2445-2452). （二）研究成果 论文：
1.Duan,
C.,Wang,
C.,Fang,
R.,andGuo,
H.(2008).ArtificialmicroRNAshighlyessibletotargetsconferefficientvirusresistanceinplants.JournalofVirology82:11084-11095.
2.He,
X.,Fang,
Y.,Feng,
L.,andGuo,
H.(2008).CharacterizationofconservedandnovelmicroRNAsandtheirtargets,includingaTuMV-inducedTIR-NBS-LRRclassRgene-derivednovelmiRNAinBrassica.FEBSLetters582:2445-2452.
3.Duan,
C.,Wang,
C.,andGuo,
H.(2008).DelayedresistancetoCucumberMosaicVirusmediatedby3’UTRderivedhairpinRNA.ChineseScienceBulletin53:3301-3310. （三）研究队伍 固定人员： 郭惠珊，董丽，房媛媛，段成国 研究生： 李焱，赵云龙，应晓宝，段成国，杜全生，周邦军，何祥凤，冯镭，朱慧，徐宁，房媛媛 15 水稻分化发育和抗病性的功能基因组研究（朱立煌课题组） FunctionalGenomicStudiesinDifferentiationandDiseaseResistanceinRice (ProfessorLihuangZhu) （一）研究进展
1.水稻一个正反义转录本对表达模式的研究 近年来研究发现反义转录本在动植物界广泛存在，而对其表达模式及调控机制的研究相对较少，在水稻中尤为如此。
我们在分析水稻全基因组芯片中鉴定出一个顺式正反义转录本对，并对其表达模式和调控机制进行了研究。
正义转录本，OsDof12，位于水稻第3染色体，含有一个内含子和两个外显子，最长开放阅读框编码一个440个氨基酸的Dof蛋白。
反义转录本，OsDof12os，不具有内含子，最长开放阅读框编码一个104个氨基酸的未知功能的蛋白。
反义转录本不仅与正义转录本的外显子重叠，而且与其内含子重叠。
OsDof12正反义转录本表达模式分析表明：两者共表达且无组织特异性；在水稻不同发育时期，OsDof12正反义转录本呈反向表达模式；在干旱处理条件下，两者表达都受诱导且具有相同趋势；在暗处理条件下，两者表达受抑制且趋势相同；在两个基因启动子连接GUS的转基因植株中，GUS与两个基因的表达模式相同。
分析两个基因启动子区发现两个基因启动子区各有74类顺式元件，其中53类相同。
综合以上研究结果，我们认为OsDof12正反义转录本呈现的表达模式归因于两者启动子区。
2.OsDof12转录因子功能研究 Dof蛋白是植物中一类特有的转录因子家族，其参与植物的各种生物学过程。
在水稻中，通过基因组分析已鉴定出30个不同的Dof基因。
我们对其中的一个成员（OsDof12）进行了功能研究。
OsDof12含有Dof结构域，亚细胞定位于细胞核，且具有体外转录激活能力。
OsDof12表达无组织特异性，在水稻不同发育时期表达存在变化。
此外，OsDof12表达受干旱诱导，被暗处理抑制。
OsDof12过表达转基因株系在长日照条件下出现早花表型，该表型与OsDof12水平一致。
在短日照条件下，OsDof12过表达转基因植株则无明显早花表型。
在OsDof12过表达转基因植株中分析其它开花调控因子发现：在长日照条件下，与转基因对照相比，OsDof12过表达转基因植株中Hd3a和OsMADS14的表达显著升高；在短日条件下，OsDof12过表达转基因植株中Hd3a和OsMADS14的表达则没有明显变化。
在长日照和短日照条件下，OsDof12过表达转基因植株的表型与Hd3a和OsMADS14的表达一致，我们推测OsDof12是通过调控Hd3a和OsMADS14的表达来控制水稻开花时间。
16 图
1.ProOsDof12-GUS和ProOsDof12os-GUS转基因植株中GUS染色图。
其中
A,C,
E,和G分别为ProOsDof12-GUS转基因株系抽穗期叶、茎、穗和根中GUS染色图；
B,D,F和H分别为ProOsDof12os-GUS转基因株系抽穗期叶、茎、穗和根中GUS染色图。
Figure1.ExpressionpatternsofGUSinProOsDof12-GUSandProOsDof12os-GUStransgeniclines.A,
C,E,andGarerespectiveexpressionpatternsofGUSinleaves,stems,paniclesandrootsofProOsDof12-GUStransgeniclinesatheadingstage.B,
D,FandHarerespectiveexpressionpatternsofGUSinleaves,stems,paniclesandrootsofProOsDof12os-GUStransgeniclinesatheadingstage.
1.SenseandAntisenseOsDof12TranscriptsinRice Antisensetranscriptionisawidespreadphenomenoninplantsandmammals,whereaslittleisknownabouttheexpressionpatternsandregulatingmechanismsofantisensetranscription,especiallyinrice.OurpreviousdataonricegeneexpressionanalysisbymicroarrayindicatedthatthesenseandantisensetranscriptsattheOsDof12locuswereco-expressedinleaves.Incurrentstudy,weanalyzedtheexpressionpatternsindetailandlookedforthepossiblemechanismrelatedtotheirexpressionpatterns. OsDof12,beingasinglecopygenelocatedonricechromosome3,encodesapredictedDofproteinof440aminoacidswithoneintronof945bp.Theantisensetranscript,OsDofl2os,overlapswithboththeexonicandintronicregionsofOsDof12andencodesafunctionallyunknownproteinof104aminoacidswithnointron.Thesense-antisenseOsDof12transcriptswereco-expressedwithinthesametissues,andtheirexpressionswerenottissue-specificingeneral.Atdifferentdevelopmentalstagesinrice,theOsDof12andOsDof12ostranscriptsexhibitedreciprocalexpressionpatterns.Interestingly,theexpressionofbothgeneswassignificantlyinducedunderdroughttreatment,andinhibitedbydarktreatment.IntheProOsDof12-GUSandProOsDof12os-GUStransgenicriceplants,theexpressionprofilesofGUSwereconsistentwiththoseoftheOsDof12andOsDof12ostranscripts,respectively.Inaddition,theanalysisofcis-regulatoryelementsindicatedthateitherofthetwopromoterscontain74classesofcis-regulatoryelementspredicted,ofwhich53weresharedbythetwopromoterregions. BasedontheexpressionprofilesofOsDof12andOsDof12os,theexpressionpatternsofGUSintheProOsDof12-GUSandProOsDof12os-GUStransgenicriceplantsandthemoncis-regulatoryelementssharedbythetwopromoters,wesuggestthattheco-expressionpatternsofOsDof12andOsDof12osmightbeattributedtothemonnatureofthetwopromoters.
2.FunctionalcharacterizationofriceOsDof12 Dof(DNA-bindingwithonefinger)proteinsarealargefamilyoftranscriptionfactorsinvolvedinavarietyofbiologicalprocessesinplants.Inrice,thirtydifferentDofgeneshavebeenidentifiedthroughgenomeanalysis.Herewereportthefunctionalcharacteristicsofarice 17 Dofgene,OsDof12,whichencodesapredictedDofprotein.ThenuclearlocalizationofproteinOsDof12wasshownbythetransientexpressionassayoftheOsDof12-GFPfusionproteininonionepidermalcells.Trans-activationassaysindicatedthatOsDof12hadtranscriptionalactivity.RNAexpressionanalysesshowedthattheexpressionofOsDof12wasnottissue-specificingeneralandfluctuatedatdifferentdevelopmentstagesinrice.Inaddition,OsDof12wasstronglyinducedbydroughttreatmentandinhibitedbydarktreatment.ThetransgenicriceoverexpressingOsDof12couldpromoteearlyfloweringunderlong-day(LD)conditions,whereasnosucheffectwasobservedonthetransgenicplantsgrownundershort-day(SD)conditions.AnalyzingtheknownregulatorgenesforricefloweringtimerevealedthattheexpressionsofHd3aandOsMADS14wasup-regulatedinthetransgenicriceoverexpressingOsDof12grownunderLDconditionswhilenotunderSDones,suggestingthatOsDof12mightregulatefloweringtimebycontrollingtheexpressionsofHd3aandOsMADS14inrice. 图
2.OsDof12过表达转基因株系的早花表型及OsDof12表达分析。
a为OsDof12过表达转基因株系和对照株系表型，箭头表示抽出的小穗。
b为OsDof12过表达转基因株系和对照株系表型中OsDof12表达分析，OD为OsDof12过表达转基因株系，CK为对照株系，Actin为内参。
Figure2.ThephenotypesoftransgeniclinesoverexpressingOsDof12andexpressionanalysesofOsDof12.aThephenotypesofActin::OsDof12transgenicplants(OD)andthecontrolplantstransformedemptyvector(CK)underLDconditions.Arrowsindicatepaniclesemergingatheadingstage.bExpressionanalysesofOsDof12inActin::OsDof12transgenicLines(OD)andthecontrolplantstransformedemptyvector(CK).ActinwasusedfornormalizationofcDNAquantity. （二）研究成果 论文：
1.Yin,
L.Lan,
Y.,andZhu,
L.(2008).Analysisoftheproteinexpressionprofilingduringricecallusdifferentiationunderdifferentplanthormoneconditions.PlantMol.Biol.68:597-617
2.Li,
D.,Yang,
C.,Li,
X.,Ji,
G.,andZhu,
L.(2008).SenseandAntisenseOsDof12TranscriptsinRice.BMCMolecularBiologydoi:10.1186/1471-2199-9-80.
3.Xiang,
T.,Zong,
N.,Zou,
Y.,Wu,
Y.,Zhang,
J.,Xing,
W.,Li,
Y.,Tang,X,.Zhu,
L.,Chai,
J.,andZhou,
J.(2008).PseudomonassyringaeeffectorAvrPtoblocksinnateimmunitybytargetingreceptorkinases.CurrentBiology18:74-80.
4.Yuan,
X.,Pan,
J.,Cai,
R.,Guan,
Y.,Liu,
L.,Zhang,
W.,Li,
Z.,He,
H.,Zhang,
C.,Si,
L.,andZhu,L.icmappingandQTLanalysisoffruitandflowerrelatedtraitsincucumber(CucumissativusL.)usingbinantinbredlines.Euphytica164:473-491.
5.Yuan,
X.,Li,
X.,Pan,
J.,Wang,
G.,Jiang,
S.,Li,
X.,Deng,
S.,He,
H.,Si,
M.,Lai,
L.,Wu,
A.,Zhu,
L.,andCai,
R.(2008).iclinkagemapconstructionandlocationof 18 QTLsforfruit-relatedtraitsincucumber.PlantBreeding127:180-188.6.Liu,
L.,Yuan,
X.,Cai,
R.,Pan,
J.,He,
H.,Yuan,
L.,Guan,
Y.,andZhu,
L.(2008) QuantitativeTraitLociforResistancetoPowderyMildewinCucumberunderSeedlingSprayInoculationandLeafDiscInfection.J.athology156:691-697.7.Wan,
L.,Li,
D.,Zhang,
D.,Liu,
X.,Fu,
W.J.,Zhu,
L.,Deng,
M.,Sun,
F.,andQian,
M.Conservationandimplicationsofeukaryotetranscriptionalregulatoryregionsacrossmultiplesoecies.BMCGenomics9:623doi:10.1186/1471-2164-9-623. 专利： 朱立煌；李德军；杨春花；李晓兵；甘强；赵显峰，水稻抽穗期相关基因OsDof12及其编码的蛋白与应用，申请号200810118445.4，申请日2008年8月22日（申请）。
（三）研究队伍固定人员： 朱立煌，李晓兵，李德军 研究生： 唐金富，韦丽荣，陶媛，张淑英，甘强，陶勇，王静，杨春花，李大勇，暨国彪，金芸，刘雪 19 大豆转录因子参与大豆非生物胁迫应答（陈受宜课题组） TheSoybeanDof-typeTranscriptionFactorGenes,GmDof4andGmDof11,EnhanceLipidContentintheSeedsofTransgenicArabidopsisPlant(ProfessorShouyiChen) （一）研究进展 参与非生物胁迫应答的大豆转录因子WRKY、bZIP和MYB家族 我们对数据库中32万个大豆EST进行生物信息学分析，聚类获得WRKY、MYB和bZIP3个家族，在含64、156和131个成员的GmWRKY、GmMYB和GmbZIP家族中分别有25、43和55个成员至少对一种非生物胁迫包括高盐、干旱和低温有应答反应，对7个GmWRKY、6个GmMYB和6个GmbZIP基因的研究发现，GmWRKY6、GmWRKY21、GmMYB76、GmMYB92、GmbZIP46和GmbZIP76在酵母系统中有转录激活活性。
所有检测的转录因子均定位于细胞核中，并且能结合特定的DNA元件，表明它们是具有活性的。
进一步实验显示GmWRKY54上调DREB2ARD29B和STZ/Zat10的表达,已知DREB2A调控RD29B表达，而DREB2A的过量表达提高了植株的耐旱/盐性，因此转GmWRKY54植株可能通过调控DREB2A提高了耐旱/盐性.而过量表达GmWRKY21仅提高了转基因植株的耐低温。
GmMYB76,92,177及GmbZIP44，62和786个基因的过量表达提高了耐低温和耐盐性，与耐旱性无关。
GmMYBs转基因植株对ABA的敏感性低于野生型。
以往的研究表明与耐非生物胁迫相关的A组bZIP参与倚赖ABA途径，上述3个GmZIPs可能通过上调ABI1和ABI2表达，作为ABA信号途径的负调控提高了转基因植株的耐旱及耐低温。
虽然所选择的基因的表达均受高盐、干旱和低温的诱导，但是转基因实验表明，其中 一些基因的过量表达与耐逆性不相关，因此它们可能是胁迫伤害的结果。
Col-054-19GmWRKY54 AtTubulin
A 54-24 Col-054-19 54-24 CK Drought Col-0MS 150mMNaCl 54-19 54-24 180mMNaCl
B 100806040200 Col-
0 54-19 54-24 SurvivalRate(%)SurvivalRate(%) 100********80 60 40 20
0 0 150 180 NaCl(mM)
C DREB2ARD29BSTZ 18SrRNA Col-
0 54-19 54-24
D E
F 图
1.与野生型比较GmWRKY54转基因植株提高了耐旱/盐性。
B，C，
D，E为植株分别经盐胁迫和干旱3周后恢复16天的生长及存活率统计。
Figure1.Salt/droughttoleranceofGmWRKY54overexpressionplants.B,Dtreatedwithsaltandwithheldwaterfor18drespectively;
C,Eafterrecovery16dandre-watering3drespectively.Survivalratesparedbetweenwildtypeandtransgenicplants. 20 SoybeanWRKY，bZIPandMYBgenesconferabioticstresstolerance Total64,156and131GmWRKY、GmMYBandGmbZIPgeneswereobtainedrespectively bysearchingagainstthe56147soybeanunigenesidentifiedinourpreviousstudy.Amongthem 25,43and55genesfromthesefamilieswererespondedtoatleastoneoftheabiotic treatments.SevenGmWRKYs,6GmMYBsand6GmbZIPswerechesonforfurther analysis.AmongthemGmWRKY6、GmWRKY21、GmMYB76、GmMYB92、GmbZIP4and GmbZIP76werefoundtohavetransactivationactivityintheyeastsystem.Thesubcellular localizationstudiesindicatethatalltranscriptionfaterstestedarenuclearproteinsandyeastone hybridassayrevealedthatallofthemcouldbindtospecificcis-elements.Transgenicplant overexpressingGmWRKY54conferredsaltanddroughttolerancethanthatofcontrols, possiblythroughttheregulationDREB2AandSTZ/Zat10.GmWRKY21transgenicplantsweretoleranttolowtemperturetreatment.Sixgenes,GmMYB76,92,177andGmbZIP44，62and78, overexpressedplantsshowedhighertolerancetodroughtandfreezingstresses,thesetransgenic plantsexhibitedreducedsensitivitytoABAtreatmentparedwithcolplants. GmbZIP44，GmbZIP62andGmbZIP78mayfunctioninABAsignalingthroughtupregulation ofABI1andABI2andplayrolesinstresstolerancethroughtregulationofvarious stress-resposivegenes.Itsuggestedthatthese3genesarenegativeregulatorsinABAsignaling andfunctioninsalinityandfreezingtolerances. A 100 B5
4 col0 44-10 44-28 62-
5 62-10 78-
2 78-
8 78-10 Relativeexpression Germination(%) 80 **
3 2 **60
1 ****01
2 3
4 *******ABF3 ABF4 ABI1 **40C10 col044-10 44-28 ABI2 62-562-10 78-
2 20
8 78-878-10 Relativeexpression 6 0
4 Col-044-1044-2862-562-1078-278-8Col-044-1044-2862-562-1078-278-8Col-044-1044-2862-562-1078-278-8Col-044-1044-2862-562-1078-278-8Col-044-1044-2862-562-1078-2 78-
8 0 0.25 0.5 0.75
1 ABA(µM)
2 0COR47DREB2AERF5KIN1COR15ACOR78P5CS1 Figure2.ABAsensitivityoftransgenicplantsoverexpressingtheGmbZIP44，GmbZIP62andGmbZIP78.A,GerminationoftransgenicseedsundervariousABAconcentrations.B,C,expressionofABA-andstressresposivegenesinGmbZIPtransgenicplantsrespectively. （二）研究成果 论文：
1.Liao,
Y.,Zou,
H.,Wang,
H.,Zhang,
W.,Ma,
B.,Zhang,
J.,andChen,
S.(2008).SoybeanGmMYB76,GmMYB92andGmMYB177genesconferstresstoleranceintransgenicArabidopsisplants.CellResearch18:1047-1060. 21
2.Liao,
Y.,Tian,
A.,Zou,
H.,Zhang,
J.,andChen,
S.(2008).SoybeanGmbZIP44,GmbZIP62andGmbZIP78genesfunctionasnegativeregulatorofABAsignalingandconfersaltandfreezingtoleranceintransgenicplants.Planta228:225-240
3.Zhou,
Q.,Tian,
A.,Zou,
H.,Xie,
Z.,Lei,
G.,Huang,
J.,Wang,
C.,Wang,
H.,Zhang,
J.,andChenS.(2008).SoybeanWRKY-typetranscriptionfactorgenes,GmWRKY13,GmWRKY21,andGmWRKY54,conferdifferentialtolerancetoabioticstressesintransgenicArabidopsisplants.PlantBiotechnologyJournal6:486-503
4.Liu,
J.,Ha,
D.,Xie,
Z.,Wang,
C.,Zhang,
W.,Zhang,
J.,andChen,
S.(2008).icexpressionofsoybeanGmKNT1inArabidopsisresultsinalteredleafmorphologyandfloweridentity.JournaloficsandGenomics35:441-449.
5.Cao,
Y.,Li,
Z.,Chen,
T.,Zhang,
Z.,Zhang,
J.,andChen,
S.(2008).OverexpressionofosmallGproteinNtRop1causessaltsensitivityandhydrogenperoxideproductionintransgenicplants.ScienceinChina,CSeries,51
(5):383-390.
6.Wang,
C.,Wang,
H.,Zhang,
J.,andChenS.(2008).Aseed-specificAP2-domaintranscriptionfactorfromsoybeanpaysacertainroleinregulationofseedgermination.ScienceinChina,C51
(4):10-10.
7.Li,
Z.,Cao,
Y.,Zhang,
J.,andChenS.(2008).CharacterizationofArabidopsiscalreticulinmutantsinresponsetocalciumandsalinitystresses.ProgressinNaturalScience18:1219-1224.
8.Wang,
C.,Wu,
X.,JiaF.,ZhangJ.,andChen,
S.(2008).icvariationsofglycininsubunitgenesamongcultivatiedandwildtypesoybeanspecies.ProgressinNaturalScience18:33-41. 专利：
1.陈受宜；张劲松；田爱国；何锶洁；杜保兴，一种大豆WRKY类转录因子GmWRKY6及其编码基因与应用，专利号ZL200510005206.4，授权日2008年6月18日。
2.陈受宜；张劲松；王会文；田爱国；何锶洁；杜保兴，一个与油脂代谢调控相关的转录因子GmDofC，专利号ZL200610058764.1，授权日2008年8月13日。
3.何锶洁；张劲松；刘鹏；陈受宜，植物耐逆性相关蛋白GmSIK2及其编码基因与应用，申请号200810118826.2，申请日2008年8月25日（申请）。
（三）研究队伍 固定人员： 陈受宜，张万科，林晴 22 研究生： 郝宇钧，曹阳荣，欧阳寿强，陈涛，刘鹏，张波，张玉国，邹洪峰，韦伟 23 水稻株型及稻米品质调控基因的克隆与功能研究（李家洋课题组） Identification
andCharacterizationofGenesControllingRicePlantArchitectureandGrainQuality (ProfessorJiayangLi) （一）研究进展 水稻穗大小及稻米储藏调控基因的克隆与功能研究 水稻穗部性状是与产量直接相关的重要农艺性状，但目前人们对其调控机制了解得还十分有限。
我们实验室分离了一个小穗突变体，命名为smallpanicle1(sp1)（图1）。
该突变体由于穗枝梗伸长特别是位于穗下部的小穗枝梗生长发育有缺陷造成穗子变小。
基因克隆结果表明，SP1编码一个转运蛋白，特异地在幼穗的韧皮部表达（图2）。
亚洲栽培水稻起源于野生稻，分为籼稻和粳稻两个亚种，酚反应是区分这两个亚种的重要指标之
一。
籼稻栽培品种的籽粒在酚溶液中很快变为褐色，而粳稻栽培种的籽粒在酚溶液中不会变色，这一性状称为酚反应，受单个核基因Phr1(Phenolreaction1)控制（图3）。
我们与合作者一起通过图位克隆的方法，分离了控制酚反应的基因Phr1，该基因编码一个多酚氧化酶。
进一步的分析表明，粳稻品种中的Phr1基因主要由于产生了18bp或29bp的缺失而丧失功能，而在几乎所有的籼稻和野生稻品种中Phr1不存在这些缺失从而具有正常的功能。
转基因研究结果证明，将籼稻中有功能的Phr1基因转到没有酚反应的粳稻品种中可以使转基因后代的籽粒产生酚反应或在储藏后产生褐化（图4）。
遗传进化分析发现，粳稻品种中Phr1功能的丧失经历了三次独立的突变；这些突变及其在粳稻品种中的迅速扩展与保留说明Phr1基因在进化上受到很强的人工选择。
由于酚反应性状与水稻耐储藏密切相关，因此Phr1基因在水稻耐储存性改良研究中具有很好的应用前景。
图
1.水稻sp1突变体表型。
Figure1.Phenotypesofsp1.(A)parisonbetweenthewildtypeandsp1-2afterheading.Bar=10cm.(B)Comparisonofpaniclesizesbetweenthewildtypeandsp1-2atthegrainfillingstage.Bar=1cm.(C)Comparisonofmaturegrainsbetweenthewildtypeandsp1-
2.Bar=2mm.(D)Thousand-grainweightofthewild-typeandsp1-2seeds.Standarddeviationswereobtainedfrom30measurements. 图
2.SP1基因的时空表达模式。
Figure2.ExpressionpatternofSP1asrevealedbytheGUSreportgene.SP1-GUSismostabundantinyoungpanicles(a-e),youngstamensandovules(f),youngpaleaandlemma(g).TheGUSactivitieswerehardlydetectableinoldpanicles(h),leaves(i),roots(j),andculms(k).(l,m)Longitudinal(l)andtransverse(m)sectionsofprimarypaniclebranches. 24 IdentificationandCharacterizationofGenesControllingPanicleSizeandGrainStorage Architectureofriceinflorescence,whichisdeterminedmainlybythenumberandlengthofprimaryandsecondaryinflorescencebranches,isofimportanceinbothagronomyanddevelopmentalbiology.Weidentifiedthericeshortpanicle1(sp1)mutant,whichisdefectiveinricepanicleelongationandthusleadstotheshortpaniclephenotype(Figure1).GenecloningandcharacterizationindicatethatSP1encodesaputativetransporterthatbelongstothePTRfamily.SP1containsaconservedPTR2domainconsistingof12transmembranedomainsandtheSP1-GFPfusionproteinislocalizedintheplasmamembrane.TheSP1geneishighlyexpressedinthephloemofthebranchesofyoungpanicles,whichisconsistentwiththepredictedfunctionofSP1andthesp1phenotype(Figure2). Asianricecultivarsoriginatedfromwildriceandcanbedividedintotwosubspeciesbyseveralcriteria,oneofwhichisthephenolreaction(PHR)phenotype.Grainsofindicacultivarsturnbrowninaphenolsolutionthateleratesasimilarprocessthatursduringprolongedstorage(Figure3).Bycontrast,thegrainsofjaponicadonotdiscolor.OurstudiesshowedthatthePHRiscontrolledthePhr1gene,whichencodesapolyphenoloxidase(Figure4).Phr1isdefectiveinalljaponicalinesbutfunctionalinnearlyallindicaandwildstrains.icanalysisshowedthatthedefectsinPhr1aroseindependentlythreetimes.Themultiplerecentoriginsandrapidspreadofphr1injaponicasuggesttheactionofpositiveselection. 图
3.亚洲水稻栽培品种籽粒颜色及酚反应后颜色比较。
(A)为未去壳稻米颜色比较；(B)为糙米颜色比较；（C）未去壳稻米酚反应颜色比较；（D）糙米酚反应颜色比较反应颜色。
Figure3.PHRofGrainsofAsianCultivatedRiceSubspecies.(A)Thenaturalcolorofhulls;(B)Thecolorofbrownrice;(C)ThePHRofhulls;(D)ThePHRofbrownrice. 图
4.Phr1转基因后代籽粒在储藏过程中的颜色变化。
(A-C)转基因后代与对照未去壳稻米经过1，6，12个月储藏后的颜色比较；(D-E)转基因后代与对照未去壳稻米经过1，6，12个月储藏后的颜色比较。
Figure4.DiscolorationofTransgenicGrainsduringStorage.(A)to(C)parisonofthehullcolorbetweenuntransformedNip(Nip)andtransgeniclinesofNiptransformedwiththefu
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