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湖南师大植物学科建设成效凸显[转载]  

2011-02-19 09:20:27|  分类: 天下博闻 |  标签: |举报 |字号 订阅

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     来源:湖南师范大学新闻网 作者:生命科学学院 时间:2010-12-21
    近日,生命科学学院学术委员会邀请植物学系教授李东屏博士在院多媒体报告厅就其最近发表于国际著名学术期刊《美国科学院院报》(PNAS)上的研究性论文“ANK6,a mitochondrial ankyrin repeat protein,is required for male-female gamete recognition in Arabidopsis thaliana”举行了专题报告会,报告了植物分子生物学研究团队在历经7年潜心研究之后,在基础研究中取得的重要研究成果。

      在2010年即将过去的时候,以生命科学学院植物分子生物学实验室硕士研究生于峰为第一作者,以生命科学学院李东屏教授、栾升教授为通讯作者的论文“ANK6,a mitochondrial ankyrin repeat protein,is required for male-female gamete recognition in Arabidopsis thaliana”发表在国际著名学术期刊《美国科学院院报》(http://www.pnas.org/content/early/2010/11/30/1015911107.full. pdf+html?sid=f3323e6b-7b74-48cc-bd27-37702db8e191,PNAS,earlyedition)上。该论文以模式植物拟南芥为研究材料,利用激光共聚焦结合荧光蛋白标志技术,研究了锚蛋白基因(ANK6)在受精过程中的作用。发现ANK6基因是调控植物精细胞与卵细胞、中央细胞相互识别和融合的关键成员,ANK6基因敲除后精细胞与卵细胞以及精细胞与中央细胞的识别出现障碍,双受精无法进行,不能形成胚和胚乳,故不能形成种子;研究还发现ANK6基因和在受精中起转录起始因子作用的SIG5相互作用,通过控制线粒体基因的表达来控制植物中雌雄配子体的识别。该研究结果对深入理解植物双受精的分子机制,促进提高植物结实率以及提高农作物产量的研究有重要意义。

       这是第一篇发表在PNAS上、第一作者和通讯作者均为我校科研人员的研究性论文;也是第一篇重要研究工作均在湖南师范大学完成、影响因子达到9.43的实验性研究论文。它标志着我校植物学科发展跃上了新的台阶。
     植物学科作为生命科学学院的传统学科,其发展始于1938年国立师范学院成立时,陈青莲教授是当时植物学教学与研究的青年教师。1953年,建立湖南师范学院生物系,留德归国博士、国家二级教授、著名植物学家董爽秋先生为首任系主任,并创建了植物学科。经过董爽秋教授、陈梅生教授、陈青莲教授、周广洽教授、张志光教授、彭寅斌教授、李丙贵教授等老一辈植物学家数十年艰苦创业、勤奋耕耘下,建立了湖南省第一个在国内外有一定影响的植物标本馆,实现了植物学科从无到有,从小到大,并成为与动物学科并驾齐驱的优势学科。上世纪80年代以来,植物学科在以周广洽教授为学术带头人的杂交水稻应用基础理论研究、以张志光教授为学术带头人的应用真菌研究、以李丙贵教授和刘克明教授为学术带头人的植物分类学研究等领域都取得了骄人的成绩,先后承担了“九五”、“十五”国家重大科技攻关项目、国家“863计划”项目、国家自然科学基金项目、湖南省重大科技专项等科研项目数十项,并先后多次获得国家科技进步二等奖(合作单位)、国家发明三等奖、湖南省科技进步一等奖、湖南省科技进步湖南省科技进步二等奖等奖励。植物学科于1982年开始培养硕士研究生,1985年以张志光教授领衔的学术团队获得植物学硕士学位授予权;1994年开始与湖南农业大学联合培养博士研究生;2003年以陈良碧教授领衔的学术团队获得植物学博士学位授予权。1999年,学校批准在植物学科设立特聘教授岗,2003年美国加州大学伯克利分校最年青的国际著名植物分子生物学教授栾升博士受聘为本学科潇湘学者,并在原杂交水稻研究室的基础上建立了植物分子与发育生物学研究室,留学归国的李东屏博士任栾升特聘教授的研究助手。

 随着栾升特聘教授的加入,经过七年的不懈努力,本学科不仅建成了具有国际水准的研究技术平台,使研究领域和研究手段实现了与国际前沿接轨,并已形成了应用与基础研究有机结合的良好态势。在基础理论研究方面,栾升教授与陈良碧教授、李东屏教授一起带领其团队成员以拟南芥和水稻为研究材料,在植物双受精、镁离子转运、ABA抗逆等方面取得一些重要进展;近5年来,发表SCI研究论文11篇,其中有关“AtMGT9”基因的功能研究2009年发表在CellResearch(影响因子8.16);有关“ANK6”基因的功能研究2010年发表在PNAS。同时在应用研究方面,该学科也取得了突破:陈良碧教授的研究团队培育的两个水稻新品种已经实现了转让,获转让费共计85万元,并产生了重大社会经济效益,植物学科长期积淀的学科优势已经得以凸显和释放,且呈现出了良好的发展态势。

我校植物学科建设成效凸显[转载] - 水起风声 - 漫步云端,我心飞翔
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附件:ANK6基因:植物双受精导航仪
在国家自然科学基金及湖南省自然科学基金的资助下,湖南师范大学生命科学学院植物分子与发育生物学研究室栾升、李东屏、于峰等在研究中发现,在被子植物双受精过程中,锚蛋白基因(ANK6)是调控植物精细胞与卵细胞、中央细胞相互识别的关键成员,ANK6还会与SIG5因子相互作用,控制植物中雌雄配子体的识别。该研究结果对深入理解植物双受精的分子机制,促进提高植物结实率以及提高农作物产量的研究具有重要意义。

  弄清植物双受精的分子机制,对提高植物结实率及提高农作物产量都有重要意义。近日,湖南师范大学生命科学学院植物分子与发育生物学研究室栾升等人在此领域取得新进展,相关研究结果发表在《美国科学院院报》(PNAS)上。

  奇妙的被子植物双受精过程

  “双受精是被子植物所特有的生殖现象。”湖南师范大学生科院植物分子与发育生物学研究室教授陈良碧解释说:“双受精过程通常被划分为花粉管引导、花粉管接受和精卵识别3个阶段。当植物开花后,雄蕊产生的花粉粒落到雌蕊的柱头上,花粉萌发产生花粉管,花粉管内两个精子细胞随着花粉管在花柱道内的延伸而最终到达子房,通过胚珠的珠孔进入胚囊,在一个正降解的助细胞中花粉管停止生长,并释放出两个精子细胞,一个精子细胞与卵细胞融合形成合子,合子发育成胚;另一个精子细胞与中央细胞的极核融合发育成胚乳,胚、胚乳和珠被发育成种子。这一过程称为双受精。”

       “双受精在传递亲本遗传物质,加强后代个体活力和适应性等方面具有重要的意义。精、卵融合就把父、母本具有差异的遗传物质组合在一起,形成具有双重遗传性的合子。由于配子间的相互同化,形成的后代,就有可能形成一些新的变异。由受精的极核发展成的胚乳是三倍体的,同样兼有父、母本的遗传特性,作为新生一代胚期的养料,可以为巩固和发展这一特点提供物质条件,更利于种子发育成幼苗。”陈良碧说。

  虽然早在1898年,科学家们就发现了植物双受精现象;此后,又有很多学者对受精过程中细胞结构与功能的关系、生理生化的变化等进行了详细的研究。但是,科学界对于双受精分子调控机制的研究进展仍然相对有限,特别是对于精细胞与卵细胞、中央细胞的识别和融合过程的分子机制还知之甚少。

  最近几年来,科学家们在双受精过程相关基因及信号分子的鉴定方面取得了一些进展。双受精过程相关基因及信号分子研究也是湖南师范大学生命科学学院植物分子与发育生物学研究室的工作重点之一。

  七年研究终获突破

  在研究中,该课题组选用的仍是在植物科学,包括遗传学和植物发育研究中常用的模式生物——拟南芥。“虽然拟南芥具有基因组小、易于培养,生长周期短、遗传转化容易等优点,但是在双受精研究中,它并不是最好的研究对象。”李东屏说,“拟南芥雌雄配子体个体小,且雌配子体被厚厚的珠被所包裹,很难进行分离和操作,这让实验操作变得非常繁琐和困难。”

      在特聘教授栾升的指导下,李东屏带领硕士生于峰等在实验室展开了一遍遍复杂的筛选和鉴定工作。其后,他们又与首都师范大学教授李乐攻合作,利用激光共聚焦结合荧光蛋白标志技术、激光共聚焦扫描技术(CLSM)、植物细胞双分子荧光互补技术(BiFC)等新技术,对ANK6在受精过程中的作用进行了持续7年之久的深入研究。

  研究发现,ANK6基因是调控植物精细胞与卵细胞、中央细胞相互识别的关键成员,敲除了ANK6基因后精细胞与卵细胞以及精细胞与中央细胞的识别出现障碍,双受精无法进行,不能形成胚和胚乳,因此不能形成种子。研究还发现,ANK6蛋白和一个原本在叶绿体中起作用,但生殖生长时在线粒体中起转录起始因子作用的SIG5相互作用,通过控制线粒体基因的表达来控制植物中雌雄配子体的识别。这一重要研究结果已于近日在《美国科学院院报》(PNAS)上在线发表。

  李东屏说:“ANK6是精、卵细胞中都高表达的蛋白,单独精细胞突变或单独卵细胞突变对受精没有影响,只有精细胞和卵细胞都为突变体时,它们的识别才会出现障碍。故推测该蛋白的功能很可能是影响某一可移动的信号分子的产生。因此,进一步开展受ANK6-SIG5调节的下游靶分子的鉴定研究对于认识植物双受精过程中雌雄配子识别的分子机制有重要意义。”

  陈良碧指出,该研究结果的意义在于,从理论上加深了对植物双受精的分子机制认识。在应用前景上,有望提高农作物受精率,提高植物结实率,进而提高农作物产量的重要途径。植物双受精分子机制的深入解析,对生物学性状好、但结实率不高的水稻等农作物品种的遗传改良具有重要的参考价值。

      事实上,湖南师范大学植物分子与发育生物学研究室一直在基础研究和应用研究的相互促进、协同发展方面具有良好传统。栾升2003年受聘湖南师范大学潇湘学者以来,与陈良碧、李东屏一起带领其团队成员以拟南芥和水稻为研究材料,在植物双受精、镁离子转运、ABA抗逆等基础理论研究方面取得一些重要进展。他们一方面把在拟南芥基础理论方面的研究成果向水稻应用方面转化,同时坚持把水稻基因功能研究方面的结果在拟南芥中验证。该团队与国家杂交水稻中心等合作,在杂交水稻不育系的培育、杂交水稻育种等方面也取得了突出成果。

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