钟上威 教授
陆生种子植物土壤适应性研究组
北京大学生命科学学院 教授，博士生导师
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E-mail：shangwei.zhong@pku.edu.cn
1、陆生种子植物对陆地土壤环境的适应性，以模式植物拟南芥为研究对象，集中研究植物幼苗在土壤中萌发生长，从土壤中破土而出并顺利存活的分子调控机制；
2、植物对机械压力的感知与信号传导通路。
1、植物幼苗对土壤环境的感知与适应。
开花种子植物能很好地适应复杂多变的陆地环境，其中一个重要原因是可以产生种子，埋藏在土壤中躲避不利环境。然而，由于土壤的深度及厚度不一样，萌发后的幼苗需要根据土壤条件灵活调整其生长发育。我们研究中发现幼苗在土里生长时，可以根据土壤条件的不同而产生相应量的乙烯。进一步研究发现乙烯是植物幼苗出土时介导幼苗感应土壤机械压力的中心媒介，并揭示了植物幼苗出土存活过程中的分子调控网络。该成果于2014年发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上。
随后，我们利用土壤定量实验体系进行了广泛的正向和反向遗传学筛选，获得了多个可能参与植物出土存活的候选功能基因，并对其展开功能研究。其中，我们发现cop1突变体对土壤深度十分敏感。深入研究揭示幼苗在出土过程中，随着土壤深度降低，土壤中光照逐渐增强。幼苗通过COP1感应土壤中光照的变化，调控下游EBF1和EBF2的蛋白水平，使得幼苗能根据土壤深度的变化相应调整其生长发育，顺利实现出土存活。该成果首次阐述了幼苗出土过程中感应土壤深度变化的分子机理，论文于2016年以Research Article长文在《当代生物学》 上发表。
2、土壤中种子萌发的调控机制研究。
植物种子需要能够精确感受外界环境变化，确保在环境恶劣时抑制萌发，而当环境适宜植物生长时迅速萌发，开启新的生命周期。我们发现一个进化中保守蛋白DET1在暗中显著抑制种子萌发。进一步研究表明DET1作用于HFR1和PIF1上游。DET1能直接降解核心正转录调控因子HFR1和稳定关键负转录调控因子PIF1，是光调控种子萌发的中心抑制子。该项研究揭示了光调控种子萌发的中心抑制子及转录因子上游调控机理，并首次深入而全面地阐述了光调控种子萌发的分子网络，为分子改良农作物种子萌发性状，提高种子发芽率提供了重要理论依据。论文于2015年发表在《美国科学学院院报》（PNAS）上。
3、出土幼苗形态发育转变的分子调控机理。
土壤中萌发的植物幼苗处于黑暗环境，需克服土壤机械压力向上生长出土。机械压力激活植物合成气体激素乙烯调控其在土壤中的生长发育。乙烯强烈抑制幼苗子叶打开，并使得幼苗在顶端形成弯钩，保护顶端分生组织免受机械损伤，促进幼苗顺利出土。当幼苗到达土壤表面破土而出时，环境发生剧烈变化，幼苗从黑暗迅速转入强光照射，且顶端不再承受土壤机械压力。幼苗子叶快速打开扩展，合成叶绿素，实现光合自养。但出土幼苗如何快速调整其形态发育适应环境剧变的分子机理尚未清楚。我们研究发现幼苗破土而出时，被强光照射激活的光受体phyB能与乙烯信号通路核心转录因子EIN3蛋白直接相互作用，且同时直接结合降解EIN3的F-box蛋白EBF1和EBF2。进一步研究发现phyB与EIN3及EBF1/EBF2的直接相互作用显著增强了EBF1/EBF2对EIN3的结合，激活SCFEBF1/EBF2E3泛素化连接酶快速降解EIN3蛋白。通过该蛋白质作用机制，光照迅速切断植物乙烯信号通路，解除乙烯对幼苗形态发育的调控，使得幼苗顶端弯钩和子叶打开扩展，实现出土后的形态发育快速转变，适应出土前后的环境剧变。该研究揭示了环境因子光直接调控植物内源激素信号通路的分子机理，为研究植物怎样适应环境变化这一基本生物学问题建立新颖分子模型。同时，该研究大大加深了我们对出土幼苗形态发育转变的认识，为农业生产上怎样提高农作物出土存活效率提供必要理论基础。论文在2016年以封面文章发表在《Developmental Cell》上。
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