最年轻院士Nature中国亮点文章

　　

生物通报道，中国科学院遗传与发育生物学研究所副院长，2001年当选院士的最年轻院士李家洋教授近期在Plant Cell发表文章，被新一期的Nature China列为Highlights。该文章解析了水稻在储存过程中大米褪色的因素。

 

估计大家都有这样的经历，大米在家中储存久了后会逐渐失去表面的光泽，这样的大米会被人们称为：陈米。陈米，外表失去美感，一般在市场上也卖不出好价钱，消费者更青睐新米。那么为什么会有这种现象的存在呢，这个现象背后的遗传机制又是怎样的呢？

 

李家洋院士发表在Plant Cell的一篇文章也许能解开这个疑惑。

 

据介绍，亚洲稻米（Asian rice）中的一个种属oryza sativa起源于野生的水稻，现在该种属可分为两种不同的亚型，其中一个是phenol reaction（PHR）亚型。Indica种属的谷粒在苯酚溶液中会变成棕色，谷粒长期储存后也会发生类似的变化，只是延续的时间比较长。相反，japonica种属的谷粒不会出现褪色的现象。这种情况也许是两种谷物在驯化过程中所产生的差异。

谷粒的苯酚反应（PHR）主要取决于一个单基因 Phr1，在本研究中，李家洋教授课题组克隆了一个Phr1基因，它编码一个多酚氧化酶（polyphenol oxidase）。Phr1基因与苯酚反应具有直接的联系，是控制苯酚反应的基因。如果在缺失Phr1的谷物中转入Phr1可修复苯酚反应。japonica种属是一类缺失Phr1的水稻品种，但是，Phr1却存在于所有的野生水稻和indica种属的水稻中。

 

研究小组用系统进化法分析得知，人工选择（人工驯化）是水稻的Phr1缺失与否的主要影响因素，人工驯化导致Phr1缺失的几率比自然条件下高3倍。因此，研究者认为褪色基因缺失是人工驯化所致。

 

李家洋 男，博士，2001年当选中国科学院院士、副院长，研究员，博士生导师

1982年初获安徽农学院学士学位，1984年获中国科学院遗传研究所硕士学位，1991年获美国布兰代斯大学博士学位，同年进入美国康乃尔大学汤普逊植物研究所从事博士后研究，1994年回中国科学院遗传研究所工作。获得1995年度“国家杰出青年基金”、1997年度中国科学院“****”。目前主持或参与多项国家自然科学基金、973等国家项目。

 

本研究组研究方向为高等植物生长发育与代谢的分子遗传学，主要包括生长素合成途径及其基因表达调控、植物激素对植物生长发育调控的信号转导途径、植物碳水化合物代谢。近年来，该研究组以重要粮食作物水稻和模式植物拟南芥为材料，重点探索高等植物株型形成的分子基础。 同时，结合水稻稻米品质分子调控机理的研究结果，致力于水稻产量和品质改良的分子设计。具体研究内容包括：

 

1．高等植物株型形成的分子机理研究

高等植物株型形成是一个基本的但却是十分复杂的生物学问题，涉及到植物特定器官的形成与发育、生长调节物质的合成与作用机理、基础代谢产物的合成与利用等方面。我们从上述三个方面进行深入而系统的研究以解析高等植物株型形成的调控系统。（1）通过对侧芽形成与伸长突变体的分子遗传学分析，重点阐明侧生分生组织形成的起始信号、侧芽形成的信号转导途径、生长调节物质对侧芽伸长生长的调控机理、侧芽休眠与生长的分子调控机理；（2）利用分子生物学方法研究植物生长素等植物激素的代谢和分子调控机理及其在植物株型形成中的作用；（3）利用实验室自主发展的植物表达文库转化法创制植物株型突变体，鉴定和克隆调控株型形成的基因，阐明基础代谢途径对株型形成的作用机理。

 

2. 水稻稻米品质的调控机理研究

利用关联分析、图位克隆以及转基因等方法对稻米品质的调控基因进行系统性研究。在此基础上，通过分子辅助育种对水稻品质进行改良。

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近期发表的主要论文

 

1.Wang Y and Li J (2008) Molecular basis of plant architecture. Annu Rev Plant Biol 59: 253-279.

 

2.Xu W, Huang J, Li B, Li J, and Wang Y (2008) Is kinase activity essential for biological functions of BRI1? Cell Res 18: 472-478.

 

3.Zhang R, Wang B, Ouyang J, Li J and Wang Y (2008) Arabidopsis Indole Synthase (INS), a Homolog of Tryptophan Synthase Alpha

(TSA1), is an enzyme involved in the Trp-independent metabolite biosynthesis pathway. J Integrative Plant Biology (In press) (Cover story).

 

4.Li P, Wang Y, Qian Q, Fu Z, Wang M, Zeng D, Li B, Wang X, and Li J ( (2007) LAZY1 controls rice shoot gravitropism through regulating

polar auxin transport. Cell Res 17: 402-410 (Cover story).

 

5.Yu B, Lin Z, Li H, Li X, Li J, Wang Y, Zhang X, Zhu Z, Zhai W, Wang X, Xie D, and Sun C (2007) TAC1, a major quantitative trait locus

controlling tiller angle in rice. Plant J 52: 891-898.

 

6.Zhang X, Dai Y, Xiong Y, DeFraia C, Li J, Dong X, and Mou Z (2007) Overexpression of Arabidopsis MAP kinase kinase 7 leads to

activation of plant basal and systemic acquired resistance. Plant J 52: 1066-1079.

 

7.Wang Y, Chen M, and Li J (2007) Rice. In Biotechnology in Agriculture and Forestry, Vol. 59 Transgenic Crops IV (ed. By E.C Pua and M.R Davey), Springer-Verlag Berlin Heidelberg. Pp. 35-54.

 

8.Zeng D, Yan M, Wang Y, Liu X, Qian Q, and Li J (2007) Du1, encoding a novel Prp1 protein, regulates starch biosynthesis through

affecting the splicing of Wxb pre-mRNAs in rice (Oryza sativa L.) Plant Mol Biol 65: 501–509.

 

9.Dai Y, Wang H, Li B, Huang J, Liu X, Zhou Y, Mou Z, and Li J (2006) Increased Expression of MAPKK7 causes deficiency in polar auxin

transport and leads to plant architectural abnormality in Arabidopsis. Plant Cell 18: 308-320.

 

10.Wang X, Xu W, Ma L, Fu Z, Deng X, Li J, and Wang Y (2006) Requirement of KNAT1/BP for the development of abscission zones in

Arabidopsis thaliana. J Integrative Plant Biology 48: 15−26.

 

11.Wang Y and Li J (2006) Genes controlling plant architecture. Curr Opin Biotechnol 17: 123-129.

 

12.Xiong G, Hu X, Jiao Y, Yu Y, Chu C, Li J, Qian Q, and Wang Y (2006) LEAFY HEAD2, which encodes a putative RNA-binding protein,

regulates shoot development of rice. Cell Res 16: 267-276 (Cover story).

 

13.Ge C, Cui X, Wang Y, Hu Y, Fu Z, Zhang D, Cheng Z, and Li J (2006) BUD2, encoding an S-adenosylmethionine decarboxylase, is

required for Arabidopsis growth and development. Cell Res 16: 446-456 (Cover story).

 

14.王冰，李家洋，王永红(2006) 生长素调控植物株型形成的研究进展. 植物学通报23: 433-442.

 

15.Wang Y and Li J (2005) The plant architecture of rice (Oryza sativa L.).Plant Mol Biol 59: 75-84.

 

16.Wang Y, Xue Y, and Li J (2005) Towards molecular breeding and improvement of rice in China. Trends Plant Sci 10: 610-61.

 

17.Wang Y and Li J (2005) The plant architecture of rice (Oryza sativa). Plant Mol Biol 59:  75-84

 

18.Hu Y, Wang Y, Liu X, and Li J (2004) Arabidopsis RVA1 is down-regulated by brassinosteroid and may act as a negative regulator

during plant development. Cell Res 14: 8-15.

 

19.Li Y, Qian Q, Zhou Y, Yan M, Sun L, Zhang M, Fu Z, Wang Y, Han B, Pang X, Chen M, and Li J (2003) BRITTLE CULM 1, which encodes

a COBRA-like protein, affects the mechanical properties of rice plants. Plant Cell 15: 2020-2031 (Cover story).

 

20.Li X, Qian Q, Fu Z, Wang Y, Xiong G, Zeng D, Wang X, Liu X, Teng S, Hiroshi F, Yuan M, Luo D, Han B, and Li J (2003) Control of

tillering in rice. Nature 422: 618-621.

 

21.Mou Z, Wang X, Dai Y, Bao F, Han C, Ouyang J, Hu Y, Fu Z, and Li J (2002) Silencing of Phosphoethanolamine N-methyltransferase

results in temperature-sensitive male sterility and salt hypersensitivity in Arabidopsis. Plant Cell 14: 2031-2043.

 

22.Hu Y, Bao F, and Li J (2000) The promotive effect of brassinosteroids on cell division involves a distinct CycD3-induction pathway in

Arabidopsis. Plant J 24: 693-701.

 

23.Ouyang J, Shao X, and Li J (2000) Indole-3-glycerol phosphate, a branchpoint of indole-3-acetic acid biosynthesis from tryptophan

biosynthetic pathway in Arabidopsis thaliana. Plant J 24: 327-333.

 

24.Mou Z, He Y, Dai Y, Liu X, and Li J (2000) Deficiency in fatty acid synthase leads to premature cell death and dramatic alterations in

plant morphology. Plant Cell 12: 405-417.