项目名称： 高等植物蛋白质修饰与降解调控的分子机理研究 首席科学家.doc

项目名称： 高等植物蛋白质修饰与降解调控的分子机理研究 谢旗 中国科学院遗传与发育生物学研究所 2010.9至2015.9 中国科学院  (一) 总体目标 本项目将从鉴定主效基因及其功能研究、基因调控、蛋白质组学、信号传递、决定生长发育及抗逆相关的重要农艺性状等入手，对相关的基因及农艺性状从分子生物学、遗传学及生理学等多个学科的综合研究，从蛋白质定位、蛋白质互作、蛋白质表达及调控的生物学功能等整体网络上揭示植物蛋白质修饰与降解动态变化过程的分子机理，提高我国生命科学的基础研究水平从而增强我国科技竞争力。通过本项目的实施，预计将在以下几个方面取得突破： 阐明高等植物蛋白质重要修饰过程与泛素降解调控机制和网络，取得一批重大原始创新性科学成果。 阐明植物蛋白质修饰与降解过程中关键因子和底物作用的重要生物学效应，发掘一批控制植物生长与耐性的重要功能基因，为我国农作物品种改良等多性状分子设计提供依据。 通过项目的实施，培育和造就一批在国际上具有影响力、在国内具有引领作用的优秀中青年研究人才，进一步提升我国在植物科学的研究水平，使我们在该领域的研究进入国际领先行列。 (二) 五年预期目标 利用已有的工作基础，在植物蛋白质重要修饰过程泛素降解调控机制和网络分子机理重要生物学效应等方面取得突破性进展，使我国在植物蛋白质科学的理论和应用研究国际前沿水平，具体目标包括： 明确多个受体类激酶、CDPKs、CIPKs类激酶和乙烯受体激酶的功能与作用，鉴定出与这些蛋白激酶互作的部分上下游蛋白因子，提出2-3条通过RLK、CDPK、CIPK或乙烯受体调节的植物响应逆境胁迫的分子调控网络途径。 确定受蛋白质精氨酸甲基转移酶和组蛋白去甲基化酶调控的靶基因和信号转导途径；筛选鉴定拟南芥中与蛋白质精氨酸甲基转移酶和组蛋白去甲基化酶相互作用的蛋白。 阐明植物蛋白在细胞膜-细胞核内穿梭和定位的元件蛋白在细胞内定位与调控水稻穗型发育和产量的关系。分离和鉴定3-5个参与茉莉酸调控生长素极性运输的PIN蛋白内吞和降解的分子调控元件并阐明其作用机理。 从分子生物学揭示泛素介导的蛋白降解途径最重要的信号传递因子，包括调控与生长发育相关的植物激素JA、ABA和GA积累的信号传递调控的分子机制及与逆境胁迫应答相关的信号传递的分子机理 通过相关突变体的筛选，克隆蛋白质重要修饰过程与泛素降解调控途径相关的关键基因20-30个，并对其中的15-20个基因进行详细的基因结构、表达调控、基因功能等研究建立相关调控网络1-2个。 在国际著名学术刊物上发表有较大学术影响的论文，发表SCI论文30篇、累计影响因子达150以上。申请专利5-7项。培养本领域的学术带头人6人以上。培养博士研究生60人博士后20人。  三、研究方案 总体研究方案(一) 学术思想及技术路线 蛋白质功能的研究从过去的单一蛋白研究发展到现在的蛋白组学的研究，尤其在真核生物中蛋白质翻译后不同的修饰作用及复杂的相互交叉已被人们认识。我们集中蛋白质研究不同领域的力量，设计从重要蛋白的相应基因的突变体入手，鉴定参蛋白功能调节的关键基因。 利用高表达、突变体研究基因及所编码蛋白功能。利用酵母双杂交及免疫共沉淀等方法分离相互作用蛋白，并进一步利用体内检测方法（如BiFC）确定蛋白互作关系。采用植物容易转基因的特点，在突变体的背景中高表达或敲除相互作用蛋白的基因，通过研究蛋白修饰水平的改变、定位的改变及降解特性的改变来研究蛋白功能。 进行功能位点的突变，将突变的蛋白在植物中进行转基因表达，研究其功能及相互作用蛋白的动态变化及生物学效应。 根据植物基因组在进化过程中产生的基因冗余的特点，我们在研究一个关键蛋白时，同时研究其家族蛋白的功能。根据植物基因表达位置的特异性及交叉性，研究家族成员之间的共性与特异性。这个思路将贯穿于项目的课题一到课题四中，从蛋白的各种不同修饰到蛋白的定位及降解。研究方案技术路线图如下： (二) 与国内外同类研究相比本项目的创新性和特色 科学问题的前沿性：本项目以我国粮食安全重大需求为导向，瞄准国际科学前沿，凝炼研究目标，揭示控制植物修饰过程与泛素降解途径的调控机理。集中开展重要农艺性状（产量）相关的分子基础研究，阐明植物生长发育重要性状的分子基础。 新的总体研究方案：新的总体研究方案根据植物遗传资源的特殊性及动物中生物化学技术的熟发展，将遗传学研究与分子生物学研究结合起来，充分利用生物信息，实现遗传学研究和生物学研究的优势互补的整合。 新的研究策略：突破国内外将蛋白的功能研究集中于单个蛋白功能的研究上，注重蛋白的各种修饰及相互作用蛋白的研究，研究各种修饰的竞争性及促进作用。例如，我们可以结合染色质免疫共沉淀和新一代高通量DNA 测序技术(Solexa)，使我们能在全基因组水平上揭示参与组蛋白