You are here

科研领域

SBC在中国着力于植物生物技术的前期基础研究,研究项目主要围绕农业生产中急需解决的重大课题,如提高产量、增强抗性(抗病、虫、旱、寒等胁迫)以及提高植物对肥水的吸收及利用效率等。SBC具体开展的研究领域包括:

分子生物学

围绕植物的重要农艺性状,从分子水平上研究生命现象。如抗旱、增产、节水及氮高效利用等相关基因的发现、分离及功能研究。植物对外界环境的响应及适应过程是极其复杂的。植物接收外界环境信号,信号在细胞内各元件间进行传递(如IP3,Ca2+,ABA等),植物体内一系列转录因子参与调控,进而激活或抑制相关功能基因的表达,植物产生一系列生化生理反应,最终表现出一定的适应性或者受到伤害。大量的基因参与相关过程,形成了复杂的信号调控网络,其网络构成及作用机理远远没有研究清楚,因此这些基因的挖掘、克隆及功能研究还有很深的潜力。我们将利用生物信息工具对公共基因库的数据进行分析并建立自己的内部数据库;与世界范围内的科研机构合作进行正向及反向遗传学等研究挖掘新基因;从植物或微生物等多种资源中克隆基因;通过DNA测序解读基因中包含的遗传信息等,最终得到和农艺性状相关的目的基因。

生物化学及生理学

植物的生长受细胞内部基因及其信号传导途径的调控,同时又受外界环境的影响。在一定外界条件如干旱或病虫胁迫下,某些基因参与调节物质如脯氨酸、水杨酸的合成,进而产生一定的生理应答。我们将利用生物化学及生理学手段,通过相关蛋白质的分析和蛋白质相互作用的研究来了解植物的生长机理。

植物发育与生物学

植物从种子到结籽的生命周期中经历了复杂的基因表达或蛋白活性的开启及关闭,以及其在时间和空间上的调控。根作为植物从土壤中吸收水分及其他养分的重要器官,将吸收的大部分物质通过木质部运输到地上部,满足生命活动的需要,其吸收能力及调节能力对植物在各种外界环境下的生长至关重要。叶片作为光合作用的重要场所,其光合能力及渗透调节能力严重影响作物产量及其适应外界环境的能力。花是植物的生殖器官,开花授粉时间及花器官的形态建成对作物的产量影响很大。植物作为不能移动的生物,要在各种逆境胁迫或者肥水缺乏的情况下存活并保持高产,形成了各种协调及抵御机制,并存在“适者生存”的进化法则。我们将开展一系列的基础研究,从分子水平上了解在植物在基因表达或蛋白活性开启及关闭的调控机制,进一步了解植物根、叶、花等器官的发育机理,进而改善植物在边际土地上的生长,提高产量。

植物组织培养及遗传转化

植物组织培养及遗传转化是基因功能研究的重要工具,通过插入或过量表达目的基因,或者通过敲除或抑制目的基因,研究目的基因与植物表型变异的关系,从而建立表型或农艺性状的基因网络。具体工作包括植物组织被采集并形成胚性愈伤组织以用于植株再生,或者作为农杆菌遗传转化的材料,将构建有启动子和目的基因的载体转化愈伤进而再生形成转化植株,目的基因整合到植物细胞染色体中,通过抗性筛选得到含有目的基因的植株,并通过PCR、Southern Blotting 和Northern Blotting等手段最终确定转基因植株。

植物生物抗逆性研究及测试

植物病害、虫害及病毒是非常严重的农业问题。植物经过长期的进化,对病虫等形成了一系列防御机制。病原物侵染植物时,侵染部位通常会在几小时内由抗病蛋白介导形成局部细胞死亡,限制病原物的增殖与扩散,产生过敏反应 (HR) 。过敏反应几天或1周后,植物产生次级反应,使整株植物对广谱病原体产生非特异性的系统抗性,形成系统获得性抗性 (SAR) 。在植物与病原体互作的过程中,其分子识别、信号转导及病原体侵害对植物的生理影响的研究非常重要。分子生物学和植物生物技术为了解植物病原体互作提供了有力的工具,从而可进一步开发出第二代技术方案以解决生物抗逆性问题。

植物非生物抗逆性研究及测试

利用分子生物学和植物生物技术进行植物非生物抗逆性研究,增加植物对干旱、寒冷、炎热、盐碱及水涝等环境胁迫的抗性。在逆境胁迫下,植物形成了复杂的信号调节防御机制,以减缓胁迫对其构成的伤害。大量的基因参与逆境信号调节及适应性反应,有些基因的突变影响植物在冷及渗透胁迫下的生长,并不影响ABA的合成及其信号调节。但是,有些基因突变能同时影响植物在渗透、冷及ABA的响应。某些基因的高表达可以增强植物在逆境胁迫下的抗性,却影响植物的生长势及结实率,转基因植株矮小败育。基因的功能及作用机理各不相同,抑制或过量表达不同基因的转基因植株表型也千变万化。我们将对转基因植物进行一系列生理生化分析,将植株性状变异与基因作用机理联系起来,解析基因功能,并达到农作物抗旱、增产及节水等目的。

植物营养学研究与测试

在氮、磷缺乏的条件下,植物感受养分饥饿信号并向下游介导因子转导,激活土壤养分吸收的适应性反应,包括根系发育、转录因子的表达及能量代谢基因的变化等。金属离子铁主要在叶绿体中,参与叶绿素的形成。植物缺铁首先表现在新叶上,叶脉间失绿近乎白色。金属离子镁是叶绿素的中心原子,同时激活光合作用、糖酵解、三羧酸循环等过程的很多酶,其吸收利用对植物生长至关重要。缺镁植株首先在老叶失绿,从叶边缘向叶中心扩展。在此项研究中,我们将专注于氮、磷高效利用及金属离子(铁、镁)的吸收等,在温室和大田中测试筛选大量有不同遗传背景的植物材料,旨在发现对肥料需求量低但同时保持高产的高效植物种质资源。