瞿礼嘉 教授
拟南芥与水稻功能基因组研究
北京大学 生命科学学院 教授，博士生导师
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E-mail：qulj@pku.edu.cn
1、植物激素的甲基化修饰与植物叶片发育（包括向光性）之间的调控关系这一科学问题。
2、雌-雄配子体以及胚胎发生发育过程，特别是花粉管导向过程的分子调控机理，涉及受体类激酶、多肽信号及其介导的信号传导、蛋白质降解和/或内膜运输途径等；
3、拟南芥转录因子基因进行功能鉴定。
1.植物激素的甲基化以及生物学功能鉴定
植物激素对于植物发育的各个方面都起着重要的作用。我们在分子和亚细胞水平研究植物激素的甲基化修饰与植物叶片发育（包括向光性）之间的调控关系，进一步理解植物激素的活性调控的复杂性，解决“激素多种调控方式是否参与其多种生物学功能”这一科学问题。2014年，发现了拟南芥中一个MATE (multidrug and toxic compound extrusion)家族成员ADP1 (Altered Developmental Program 1)通过在分生组织处降低植物生长素的合成 (Li RX et al., PLoS Genetics, 2014) 以及在转录后水平上影响生长素运输蛋白 (Li JR et al., Plant Sig. Behav., 2014) 调控侧生器官发育，并维持拟南芥正常株型。
2.拟南芥雌雄互作以及胚胎建成的分子机理解析
我们对雌雄配子体以及胚胎发生发育过程，特别是花粉管导向过程的分子调控机理感兴趣，主要通过反向遗传学的方法研究有性生殖过程中的两类基因，一是受体类激酶、多肽信号及其介导的信号传导；二是RING类型的E3连接酶，及其介导的蛋白质降解和/或内膜运输途径。在过去的二十年中，许多小肽（包括富含半胱氨酸小肽CRPs和其他小肽non-CRPs）在植物的生殖过程中行使重要的功能，主要是在雌雄互作信息交流过程中充当信号分子 (Qu L-J et al., J. Exp. Bot., 2015)。我们系统地对受精前后的胚珠进行了高通量RNA-seq转录组学分析，发现拟南芥胚珠中的小肽在花粉管和胚珠的相互作用中发挥主导作用 (Huang QP et al., J. Integr. Plant Biol., 2015)，我们还鉴定到大量可能参与调控花粉管获能和双受精过程的组分，这为揭示植物生殖过程中雌雄信号交流的分子机制提供了线索。2013年，我们通过反向遗传学方法找到了两个类受体激酶LIP1和LIP2，证明LIP1和LIP2这两个类受体激酶部分参与了对一个已经鉴定的雌雄吸引信号AtLUREs的感受 (Liu JJ et al., Curr. Biol., 2013)。我们与清华大学柴继杰课题组合作，首先解析了小肽信号TDIF及其受体PXY/TDR复合物晶体结构，提出了一种CLE家族受体共有的、保守的识别模式，这一识别模式对于寻找新的CLE家族小肽的受体提供了结构生物学基础和新的研究思路 (Zhang HQ et al., Cell Res., 2016)。解决了识别机理之后，我们两个课题组又进一步探究“PXY受体是如何被TDIF小肽激活的”这一科学问题。通过解析PXY-TDIF-SERK2的晶体结构，结构表明，TDIF小肽充当“分子胶水”（molecular glue）的功能，介导受体PXY与共受体SERKs之间的相互作用，从而激活信号途径调控拟南芥的维管束发育 (Zhang HQ et al., Mol. Plant, 2016)。在RING类型的E3连接酶方面，我们发现拟南芥APC4可能通过生长素的稳态调控在雌配子体形成与胚胎发生过程中发挥重要作用 (Wang YB et al., Plant J., 2012)。鉴定出一类糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白Early Nodulin-like Proteins (ENODLs)在雌配子体对花粉管的接受及花粉管破裂释放精细胞过程中起到重要作用，这一类蛋白功能的鉴定为更深入地理解植物有性生殖过程中雌雄互作的分子机制增加了重要证据 (Hou YN et al., Curr. Biol., 2016)。还鉴定了一个液泡分选蛋白VPS41介导的晚期内吞途径对于植物的有性生殖过程、特别是雌-雄相互作用具有非常重要的作用，也为未来最终鉴定出控制花粉管-柱头相互作用的信号分子奠定了基础 (Hao LH et al., PNAS, 2016)。
3.拟南芥中转录因子的功能鉴定
在过去的几年中，我们系统地鉴定了一批拟南芥转录因子的功能 (Qu and Zhu, Curr. Opin. Plant Biol., 2006; Zhang XB et al., Plant J., 2007; Guo Y et al., Plant Cell, 2009)。2011年，我们建立了通过酵母单杂交和双杂交鉴定拟南芥转录因子功能的研究平台 (Ou B et al., Mol. Plant, 2011)，随后我们鉴定了一个转录抑制蛋白TIE1与TCPs和TPL/TPRs一起形成复合体，调控TCP转录因子的活性，从而调控叶片的发育 (Tao Q et al., Plant Cell, 2013)；我们鉴定了一个AP2/EREBP类的转录因子TRANSLUCENT GREEN (TG)的功能，TG很有可能通过调控水通道蛋白的表达参与维持植物体内水分平衡 (Zhu DL et al., Mol. Plant, 2014)。2015年早些时候，我们证明，一个拟南芥早期孢子形成以及配子体分化的主要调控基因SPOROCYTELESS / NOZZLE (SPL/NZZ)，其实是一个转录抑制蛋白，它招募共抑制蛋白TPL/TPR一起抑制CINCINNATA (CIN)类TCP转录因子的活性，从而控制胚珠的发育，澄清了一个业内十五年悬而未决的科学问题 (Wei BY et al., Cell Res., 2015)。我们还发现，拟南芥中介因子亚基Med16与另一个亚基MED25相互作用，调节植物对铁离子的吸收，增加了人们对于植物细胞中铁离子动态平衡的转录调控机制的理解 (Yang Y et al., Plant J., 2014)。通过与日本京都大学的青山卓史研究组合作，我们鉴定了拟南芥根毛发生的主要调控基因GLABRA2 (GL2)下游直接调控的五个转录因子基因，完善了通过GL2决定根毛发生的信号途径的调控网络 (Lin Q et al., Plant Cell, 2015)。对两个植物特有的RNA结合蛋白RZ-1B和RZ-1C进行了生物学功能鉴定，发现他们结合到开花控制基因FLC上抑制其转录，促进其剪切，影响成熟FLC mRNA的形成，从而影响开花时间，为深入理解植物中RNA结合蛋白调控生长发育的分子机制提供了全新的角度 (Wu Z et al., Plant Cell, 2016)。
4.植物中基因编辑新技术的开发
2013年，我们成功开发出应用于水稻的CRISPR/Cas9基因编辑技术，成为世界上最早开发出在植物中应用该项技术的四个实验室之一 (Miao J et al., Cell Res., 2013)。2014年，我们又成功将此技术双子叶模式植物拟南芥。
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钟声、张立、兰子君、宋子菡、刘丹丹、汪源、袁苏凡、李璐寒、李文昊、李其昀、路菡、宁妮娜、支帅骅、李雪飞、杨弘博宇、刘亚霄、全鑫、许晓雯
