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    我国模式植物拟南芥研究在国际上占有一席之地

    日期 2006-01-06   来源:简报   作者:简报  【 】   【打印】   【关闭

      本文提要:植物功能基因组学是当前植物学最前沿的领域之一。由于基因功能的研究涉及专利和知识产权,对一个国家的长远发展起战略性的作用,所以国际竞争日益加剧。拟南芥是国际上第一个完成全部基因组序列测定的高等植物。为了加强我国植物功能基因组学研究,使我国在国际植物功能基因知识产权竞争中拥有一席之地,国家自然科学基金委员会于2001年启动了“拟南芥全部转录调控因子蛋白组学研究”重大国际合作研究项目,取得了一系列重要成果,使我国在拟南芥研究尤其是转录因子方面在国际上占有了一席之地。

      植物功能基因组学是当前植物学最前沿的领域之一,由于基因功能的研究涉及专利和知识产权,对一个国家的长远发展起战略性的作用,所以国际竞争日益加剧。美国自1990年启动“植物基因组学”计划,2000年底公布了模式植物拟南芥的全部序列。2001年开始,美国“2010年计划”又全面启动,目标是到2010年确定拟南芥中所有基因的功能。由于拟南芥是国际上第一个完成全部基因组序列测定的高等植物,利用其作为模式植物进行植物功能基因组学研究在世界各国开展得如火如荼,大量涉及重要生命过程的基因被发现。我国是农业大国,同时面临人口、粮食、环境和资源等多方面的压力,加强植物学研究,发现和克隆重要基因并加以应用是解决上述困难和矛盾的一条重要途径。

      根据当时的实际情况,即一方面植物功能基因组学的研究前景广阔,美国的“2010年计划”启动时间不长,而我国拥有一批从事拟南芥研究的海外学成归国人员,有一定基础,另一方面已经与北京大学有良好合作关系的美国耶鲁大学邓兴旺教授所在实验室一直参与以拟南芥为模式植物的植物基因组学的研究工作,并在该领域处于领先地位,同时建立了功能基因组学研究所需的高通量蛋白质芯片技术,为了尽快使我国在国际植物功能基因知识产权竞争中拥有一席之地,从而为我国的农业生产和社会经济服务,国家自然科学基金委员会生命科学部、国际合作局针对这一有合作基础、优势互补、以我为主的申请项目,在专家评审的基础上,于2001年快速启动了“拟南芥全部转录调控因子蛋白组学研究”重大国际合作研究项目,投入经费1200万,资助北京大学、中国科学院遗传所和美国耶鲁大学开展合作,希望通过本项目推动我国的相关研究。

      之所以选择转录因子作为研究对象,是由于转录因子在整个生命过程中起重要的作用,一切生命过程都受与DNA转录相关蛋白和转录调控因子的操纵,因为核DNA与各种调控蛋白的相互作用是基因组发挥生理功能的根本原因,而某个或某些基因在特定时期的打开或关闭则决定了所有生物有机体的特征性状,从整个基因组水平上了解这些基因的表达与调控是阐明植物生长发育规律的关键,对DNA结合蛋白和转录因子及其靶位点的研究将有助于彻底弄清细胞内基因调控的网络和相互作用。

      经过3年多的努力,中美双方科学家发挥了各自的优势,在较短的时间内,取得了重要进展: 克隆了1303个转录调控因子基因,占拟南芥全部转录因子的85%,是世界上获得转录因子基因最多最完整的国家,已将其中的1282个提交到拟南芥生物研究中心(ABRC)。根据ABRC提供的数据,我国所提供的克隆已成为全世界拟南芥研究中需求量第二大的一组克隆(转录因子家族是需求量最大的),成为世界植物科学界了解中国的重要窗口。 建立了大规模蛋白质表达试验的新方法,纯化、分离并验证了获得的融合蛋白的质量;集中表达了其中9个家族(如AP2/EREBP, MYB,bHLH,E2F-DP,HMG,TCP,HSF,SBP,TUB,EIL等)的533个转录调控因子基因,发现超过70%的载体能表达出产生足够杂交信号的蛋白质;制作了相关的蛋白质芯片,为转录因子网络调控的研究奠定了良好的基础。 深入研究了AP2/EREBP和MYB两个最大的转录因子基因家族的表达调控规律;解析了AtWRKY1蛋白C-末端晶体结构及其与靶DNA的结合模式。

      通过本项目的实施,使我国在拟南芥研究尤其是转录因子方面在国际上占有了一席之地,建立了进行模式植物拟南芥研究的平台,为我国科学家进行转录因子和相关研究奠定了基础,促进了国内相关单位之间的合作,培养了一批年轻的人才,极大地提高了我国拟南芥分子生物学研究的水平,提升了基础植物学研究在国际上的影响力,推动了我国植物科学的发展。

      该项目的成功实施,使我们充分认识到,要使我国某些方面的研究在短时间内取得突破或占有一席之地,有几点是必须的:1、抓住机遇;2、快速启动项目;3、集中经费投入;4、在自主研究的基础上,尽可能利用国外先进的技术平台,加强国际交流。




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