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邱金龙研究组

植物免疫分子机制及生物技术 研究组

组长:邱金龙 博士 研究员 博士生导师

研究方向:植物免疫分子机制及生物技术

主要研究内容:1、植物免疫的蛋白磷酸化信号网络;2、基因组编辑技术及应用

1) 植物应对不同外界病原微生物刺激的蛋白磷酸化信号网络的解析。植物受体识别病原微生物后以一系列蛋白磷酸化过程将信号传递到细胞核内,调控防卫基因的表达,激发防卫反应。因此,蛋白磷酸化是免疫信号在植物细胞内的主要传递方式。本实验室利用蛋白组学等高通量的研究手段系统分析单子叶作物识别病原后细胞内蛋白激酶及蛋白磷酸化变化及其动态过程,并结合蛋白相互作用等信息通过系统生物学方法构建相应的磷酸化网络,进而深入了解植物免疫信号转导的作用方式及调控机制。

2) 基因组编辑技术及应用。基因组编辑(Genome editing)技术是近年来发展起来的一项革命性的分子遗传学研究方法,其核心是利用人工核酸酶在基因组靶定位点引起DNA双链断裂,激活非同源末端连接(NHEJ)或同源重组(HR)DNA损伤修复途径,从而引起基因的定向突变。该技术主要利用三种人工核酸酶:锌指核酸酶(zinc-finger nucleasesZFNs),TALE核酸酶(transcription activator like effector nucleasesTALENs)和CRISPR/Cas9系统(CRISPR/Cas9 system)。TALENCRISPR分别在2012年、2013年被Science杂志评为年度十大科学进展之一。基因组定向编辑技术使得在全基因组层面上研究涉及某个完整生物学过程、信号通路、代谢途径的所有基因的功能与关系成为可能;同时也可用于研究任意基因之间的遗传学相互作用;若与有效的表型检测技术相结合,还可以针对感兴趣的科学问题进行全基因组范围的饱和筛选,而不会有基因的重复和遗漏。因此,基因组定向编辑技术使基因功能研究和改造进入了一个全新的时代。本实验室将在前期工作的良好基础上,一方面不断完善该技术,另一方面将尝试其在生物技术领域的应用。

研究组长介绍

邱金龙,博士、研究员、中国科学院“百人计划”入选者
电话:010-64807398
电子邮件:qiujl#im.ac.cn(请将#换成@
通讯地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3
     中国科学院微生物研究所
邮编:100101

1991年毕业于山东大学生物系,获学士学位。1994年于华东师范大学生物系获硕士学位。1997年 华东师范大学生物系/中科院上海植物生理所植物分子遗传学国家重点实验室联合培养博士。1998年至2009年在欧美多个著名研究机构从事研究工作。2009年中科院“百人计划”引进国外杰出人才进入中科院微生物所植物基因组学国家重点实验室工作。

研究队伍(请将#换成@

工作人员
李华丽 女 实习研究员 lihl#im.ac.cn
高晋兰 女 助理研究员
gaojl#im.ac.cn
尹康权 男 助理研究员 yinkq#im.ac.cn

博士后
崔 旋 男 博士后
张韫玮 女 博士后

在读研究生
姓名  性别 类别
张丹丹 女  博士生
刘关稳 男  博士生
陈巍  女  博士生
王曾茜 女  硕士生
张倩伟    女        博士生
姜丹丹    女        硕士生
王 睿 男  博士生(客座)
高 庆    男        硕士生(客座)

已毕业研究生及出站博士后
郭葳 博士后  苏 鸓 博士后  韩新运 博士后  李爱宁 博士后
李盛楠 博士  程 曦 博士   田彩娟 博士   肖 翔 博士
王文义 博士        左张丽 硕士     
王程程 硕士      张靖波 硕士
潘亭亭 硕士(客座)                         王同同 硕士(客座)

发表的主要论文 (*通讯作者)

  1. Jingbo Zhang#, Kangquan Yin#, Juan Sun#, Jinlan Gao, Qiuli Du, Huali Li, Jin-Long Qiu* (2018) Direct and tunable modulation of protein levels in rice and wheat with a synthetic small molecule. Plant Biotechnology Journal, 16:472-481.

  2. Kangquan Yin#, Caixia Gao, Jin-Long Qiu* (2017) Progress and prospects in plant genome editing. Nature Plants, 3:17107.

  3. Xiang Xiao#, Xi Cheng#, Kangquan Yin, Huali Li, Jin-Long Qiu* (2017) Abscisic acid negatively regulates post-penetration resistance of Arabidopsis to the biotrophic powdery mildew fungus. Science China. Life Science, 60:891-901.

  4. Shengnan Li#, Wenyi Wang#, Jinlan Gao, Kangquan Yin, Rui Wang, Chengcheng Wang, Morten Petersen, John Mundy, Jin-Long Qiu* (2016) MYB75 phosphorylation by MPK4 is required for light-induced anthocyanin accumulation in Arabidopsis. The Plant Cell, 28:2866-2883.

  5. Caijuan Tian, Zhangli Zuo, Jin-Long Qiu* (2015) Identification and characterization of ABA-responsive microRNAs in rice. Journal of Genetics and Genomics, 42: 393-402.

  6. Yanpeng Wang, Xi Cheng, Qiwei Shan, Yi Zhang, Jinxing Liu, Caixia Gao*, Jin-Long Qiu* (2014) Simultaneous editing of three homoeoalleles in hexaploid bread wheat confers heritable resistance to powdery mildew. Nature Biotechnology, 32: 947-951.

  7. Wei Guo, Chengcheng Wang, Zhangli Zuo, Jin-Long Qiu* (2014) The roles of anion channels in Arabidopsis immunity. Plant Signaling & Behavior, 9(7), e29230.

  8. Wei Guo, Zhangli Zuo, Xi Cheng, Juan Sun, Huali Li, Legong Li, Jin-Long Qiu*2014The chloride channel family gene CLCd negatively regulates PAMP-triggered immunity in Arabidopsis. Journal of Experimental Botany, 65:1205-1215.

  9. Qiwei Shan, Yanpeng Wang, Jun Li, Yi Zhang, Kunling Chen, Zhen Liang, Kang Zhang, Jinxing Liu, Jianzhong Jeff Xi, Jin-Long Qiu*, Caixia Gao* (2013) Targeted genome modification of crop plants using a CRISPR-Cas system. Nature Biotechnology, 31:686-688.

  10. Lei Su, Aining Li, Huali Li, Chengcai Chu, Jin-Long Qiu* (2013) Direct modulation of protein level in Arabidopsis. Molecular Plant, 6:1711-1714.

  11. Liang-ping Zou, Xue-hui Sun, Zhi-guo Zhang, Peng Liu, Jin-xia Wu, Cai-juan Tian, Jin-long Qiu*, Tie-gang Lu* (2011) Leaf Rolling Controlled by the Homeodomain Leucine Zipper Class IV Gene Roc5 in Rice. Plant Physiology, 156:1589-1602.

  12. Jin-Long Qiu#, Berthe Katrine Fiil#, Klaus Petersen, Henrik Bj?rn Nielsen, Christopher J Botanga, Stephan Thorgrimsen, Jacek Lichota, Klaus D Grasser, Ole Mattsson, Jane Glazebrook, John Mundy and Morten Petersen (2008) Arabidopsis MAP Kinase 4 regulates gene expression via transcription factor release in the nucleus. EMBO Journal, 27:2214–2221. (# co-first author)

  13. Jin-Long Qiu#, Lu Chen#, Byung-Wook Yun, Henrik Bj?rn Nielsen, Berthe Katrine Fiil, Klaus Petersen, Jim MacKinlay, Gary J. Loake, John Mundy and Peter Morris (2008) Arabidopsis MAP Kinase Kinases MKK1 and MKK2 have overlapping functions in defense signalling mediated by MEKK1, MPK4 and MKS1. Plant Physiology, 148:212-222. (#co-first author)

  14. Mikael B Caspersen#, Jin-Long Qiu#, Xumin Zhang, John Mundy and Birte Svensson (2007) Phosphorylation sites of Arabidopsis MAP Kinase Substrate 1 (MKS1). BBA protein and proteomics, 1774:1156-1163. (# co-first author)

  15. Farhah F. Assaad#, Jin-Long Qiu#, Heather Youngs,Brent Helliker,Laurent Zimmerli, Katrina Ramonell, Monica Kalde, Scott Peck, Gehard Wanner, Chris Somerville, Shauna Somerville, Joe Berry, Dave Ehrhardt, Hans Thordal-Christensen (2004) The PEN1 syntaxin defines a novel compartment upon fungal attack and is required for the timely assembly of papilla. Molecular Biology of the Cell, 15:5118-5129. (# co-first author)

  16. Nicholas C. Collins, Hans Thordal-Christensen, Volker Lipka, Stephan Bau, Erich Kombrink, Jin-Long Qiu, Ralph Hückelhoven, Mónica Stein, Andreas Freialdenhoven, Shauna C. Somerville, Paul Schulze-Lefert (2003) SNARE-protein-mediated disease resistance at the plant cell wall. Nature, 425:973-977.

  17. Jin-Long Qiu, Ross Jilk, M. David Marks, and Daniel B. Szymanski (2002) The Arabidopsis SPIKE1 gene is required for normal cell shape control and tissue development. The Plant Cell, 14:101-118.

近期代表性成果

1. 利用基因组编辑技术获得了对白粉病具有持久和光谱抗性的小麦材料

        该研究结果发表在生物技术领域权威期刊Nature Biotechnology期刊上,获得国内外专家、同行的高度关注。研究论文发表后,多家国内外科技新闻媒体及杂志对该成果进行了报道和评论,指出该工作是农作物育种及基因改良技术创新上的重大突破,其成功建立的基因组编辑技术体系将会为主粮作物新品种培育带来革命性的影响。该工作被Nature Biotechnology选为该期刊20周年最具有影响力的20篇文章之一,是唯一入选的植物科学论文。此外,该成果入选了国际著名技术评论期刊-麻省理工科技评论的“2016年十大技术突破”。该工作是一个利用基因组编辑技术在作物中创制重要农艺性状的范例。

2. 在植物中建立直接操纵目标蛋白水平的技术体系

        目的基因在非靶向细胞和组织中的非特异性表达是植物转基因产业化的一个重要障碍。建立一个可靠、高效的外源基因在植物中的时空调控表达的系统,使转基因按照人们的意愿在植物中定时、定点、定量的表达具有重要的意义并在实际生产中也具有极大的应用前景。本课题组在重要经济作物水稻和小麦中首次建立了使用小分子化合物精细调控转基因编码蛋白产物累积水平的技术体系,实现了在蛋白水平上的转基因表达的时空高效表达调控,为水稻、小麦功能基因挖掘以及转基因育种提供技术支撑。

        本实验室建立了适用于水稻和小麦的小分子调控转基因蛋白表达水平的Shield1-RDDK体系(图左);并证明Shield1可以诱导RDDK-Pid3转基因水稻获得稻瘟菌抗性(图中),诱导RDDK-Bar转基因小麦获得除草剂抗性(图右)。

3. 拟南芥MPK4介导MYB75磷酸化参与调控光诱导花青素的积累

        丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase, MAPK)是真核生物整合胞外信号与细胞反应的重要信号枢纽。MAPK在跨膜受体的下游,通过磷酸化不同底物蛋白来激发特异的基因表达和细胞反应。MAPK底物蛋白的研究将加深我们对植物感受外界信号后启动特异细胞反应机制的认识。然而,蛋白磷酸化的瞬时性给MAPK底物的鉴定造成了困难。本课题组建立了植物蛋白激酶底物鉴定的新方法,通过该体系筛选、鉴定到MPK4的互作蛋白MYB75,并发现MPK4介导的MYB75磷酸化是光诱导的花青素积累所必需的。

         本实验室建立了新型的植物蛋白激酶底物筛选体系(图A),利用该系统筛选出MPK4的底物蛋白MYB75,并证明MPK4通过磷酸化MYB75参与调控光诱导花青素的积累(图B)。

 研究团队集体合影

     

 

 
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