上海交大教授Plant Cell发三篇文章

　　

生物通报道：来自上海交通大学生命科学技术学院植物分子生物学与生物安全实验室的研究人员在2010年连续发表三篇文章，系统阐述了花药发育和花粉形成的关键基因及其网络调控机制，产生了较大的国际影响力。这些研究成果公布在植物科学领域顶级期刊《The Plant Cell》杂志上。

领导这一研究的是上海交通大学张大兵教授，其早年毕业于中国科学院上海植物生理生态所，主要研究方向包括：植物生殖发育生物学；小分子RNA和生物和食品安全检测和相关数据库。

花药发育和花粉形成是植物完成世代交替的重要环节，认识植物花药发育和花粉形成的分子机理，对于提高人们对植物基本生命现象的认识以及作物杂交育种提高农业产量具有重要意义。

张大兵教授领导的研究小组通过遗传学、生物化学、细胞生物学等手段，张大兵教授团队揭示了控制水稻花药外表面结构（角质）和花粉外壁形成的关键基因CYP704B2；并提出植物花药表面角质层和花粉外壁的孢粉素成份的合成可能存在共同的生化途径。

研究人员分离鉴定到一个控制水稻叶片中糖到花器官（包括花药）分配的关键转录因子CSA(Carbon Starved Anther)，该转录因子可以直接控制花药中单糖转移酶的表达，从而实现对糖分子从源到库分配的调节，这项工作为进一步阐明糖分子在植物体内分配机制提供了重要依据，《The Plant Cell》编辑和审稿人对此工作给予高度评价。

2006年张大兵教授团队分离鉴定到一个控制水稻花药绒粘层细胞程序性死亡（programmed cell death）关键调节因子 Tapetum Degeneration Retardation （TDR）(Plant Cell. 2006 November; 18(11): 2999-3014)。

最近他们团队和英国诺丁汉大学Wilson博士实验室合作，通过基因芯片、染色质免疫沉淀、遗传分析等方法证明了AMS可以调节多个基因的表达，特别是寻找到了13个受AMS直接调控的基因，这些基因主要参与脂类的运输、脂肪酸的合成和代谢、甲基化的修饰以及果胶类的合成等重要的生物学过程。此外，还通过酵母双杂交等实验寻找到AMS在蛋白水平上与2个互作蛋白。该研究成果从基因组水平上揭示了AMS在花药和小孢子的发育过程的作用机制，为全面认识花粉发育的生物学过程奠定了基础。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Cytochrome P450 Family Member CYP704B2 Catalyzes the -Hydroxylation of Fatty Acids and Is Required for Anther Cutin Biosynthesis and Pollen Exine Formation in Rice

The anther cuticle and microspore exine act as protective barriers for the male gametophyte and pollen grain, but relatively little is known about the mechanisms underlying the biosynthesis of the monomers of which they are composed. We report here the isolation and characterization of a rice (Oryza sativa) male sterile mutant, cyp704B2, which exhibits a swollen sporophytic tapetal layer, aborted pollen grains without detectable exine, and undeveloped anther cuticle. In addition, chemical composition analysis indicated that cutin monomers were hardly detectable in the cyp704B2 anthers. These defects are caused by a mutation in a cytochrome P450 family gene, CYP704B2. The CYP704B2 transcript is specifically detected in the tapetum and the microspore from stage 8 of anther development to stage 10. Heterologous expression of CYP704B2 in yeast demonstrated that CYP704B2 catalyzes the production of -hydroxylated fatty acids with 16 and 18 carbon chains. Our results provide insights into the biosynthesis of the two biopolymers sporopollenin and cutin. Specifically, our study indicates that the -hydroxylation pathway of fatty acids relying on this ancient CYP704B family, conserved from moss to angiosperms, is essential for the formation of both cuticle and exine during plant male reproductive and spore development.

作者简介：

张大兵教授
博士,上海交通大学教授,博士生导师。
联系方式: [e-mail]
电话:86-21-34205073
主页:http://zhanglab.sjtu.edu.cn

工作、学习经历：1998年中国科学院上海植物生理生态所植物分子遗传专业获博士学位。2005年-现在，上海交通大学生命科学技术学院植物分子生物学与生物安全实验室负责人。国家农业转基因生物标准化委员会委员；第二届国家农业生物安全委员会委员；中国植物学会第十三届理事会植物生理及分子生物学专业委员会委员；《Journal of Integrative Plant Biology》《Journal of Plant Physiology》常务编委。


主要研究方向：
1、植物生殖发育生物学：利用正反向遗传学、生物化学、生物信息学、基因组学、蛋白组学、生理学、结构生物学等手段研究模式植物水稻、拟南芥花器官、花粉等发生和形态建成（图1）的分子机理，研究这些器官形成过程中细胞程序性死亡、脂肪和糖代谢、信号传导等控制机制。
2、小分子RNA：研究控制植物发育重要的miRNA表达调控机制(图2)。
3、生物和食品安全检测和相关数据库：利用荧光实时定量PCR、生物传感、基因芯片、重组抗体、分子印迹等技术检测食品中转基因、农兽药残留检测新技术新方法，并进行标准化和应用研究；同时开展生物安全数据库研究（http://gmdd.shgmo.org）。

奖励和荣誉：曾获上海市科技启明星（2001年）、上海市曙光学者（2004年）、教育部新世纪优秀人才（2004年）、2007年获国家杰出青年科学基金和上海市优秀学科带头人等称号。2004和2005年分别获得省部级科技进步一等奖，分别为第一和第二完成人。

发表的主要论文（*通讯作者）： 围绕花器官发育和生物安全检测等方面在Plant Cell、Plant Physiology、Nucleic Acids Research等刊物发表论文40多篇。