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、植物免疫分子机制;2、生物技术通用方法的研究。

 

1)植物免疫分子机制植物与病原微生物共同进化过程中形成了复杂的免疫系统。植物通过免疫受体识别不同的病原物,然后以一系列蛋白磷酸化过程将信号传递到胞内,激活抗病防卫反应。另外,不同于小种特异性抗性,植物还具有同时针对多种病原的持久抗性,即广谱抗性。本课题组一方面致力于植物应对外界病原微生物刺激的蛋白磷酸化信号网络解析,探讨植物免疫信号转导的方式及调控机制;另一方面,深入研究植物广谱抗性的分子机制,为培育广谱、持久的植物抗病品种提供重要的理论支撑。

 

2) 生物技术通用方法技术进步推动科学创新。本课题组致力于开发新型的生物技术方法,为植物功能基因研究和遗传改良提供工具。近年来,我们课题组建立了植物目标蛋白时空高效调控系统及基因组编辑技术,尤其是CRISPR/Cas9系统为植物基因功能研究及精准育种提供了重要的技术支撑,极大地加快了作物分子育种的步伐。我们将在前期良好的工作基础上,继续生物技术通用方法的研究和探索,并尝试拓展它们在重要农作物遗传改良中的应用。

 

研究组长介绍

邱金龙,博士、研究员

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号,中国科学院微生物研究所
邮编:100101

2009年中国科学院海外杰出人才计划,现任中科院微生物所研究员、博士生导师。1991年获山东大学学士学位,1994年获华东师范大学硕士学位,1997年华东师范大学和中科院上海植物生理研究所联合培养博士。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 工 程 师lihl#im.ac.cn
李盛楠 男 助理研究员 lisn#im.ac.cn

博士后
张丹丹  女  博士后

在读研究生
王曾茜 女 博士生
张倩伟 女 博士生
姜丹丹 女 博士生
吕 斌 男 博士生
覃 旭 男 博士生
梁月婷 女 博士生
苏映月 女 硕士生(联培)
杜志转 女 硕士生

已毕业研究生及出站博士后
李爱宁 博士后
郭 葳 博士后
苏 鸓 博士后
韩新运 博士后
张韫玮 博士后
崔 旋 博士后
田彩娟 博 士
李盛楠 博 士
程 曦 博 士
肖 翔 博 士
王文义 博 士
张丹丹 博 士
刘关稳 博 士
伍 粲 硕 士(客座)
左张丽 硕 士
王程程 硕 士
许潇予 硕 士(客座)
王 磊 硕 士(客座)
李晓文 硕 士(客座)
张靖波 硕 士
潘亭亭 硕 士(客座)
王同同 硕 士(客座)
高 庆 硕 士(客座)
陈 巍 硕 士
李盟欧 硕 士

 

发表的主要论文 (#Co-First Author; *Corresponding Author)

  1. Dandan Zhang, Bin Lv and Jin-Long Qiu*. (2022). Being tough: the secret weapon of plants against vascular pathogens.Molecular Plant, DOI: https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.04.007. 
  2. Shengnan Li#, Dexing Lin#, Yunwei Zhang#, Min Deng#, Yongxing Chen, Bin Lv, Boshu Li, Yuan Lei, Yanpeng Wang, Long Zhao, Yueting Liang, Jinxing Liu, Kunling Chen, Zhiyong Liu, Jun Xiao*, Jin-Long Qiu* and Caixia Gao*. (2022). Genome-edited powdery mildew resistance in wheat without growth penalties.Nature, 602(7897): 455-460. 
  3. Dandan Jiang#, Dandan Zhang#, Shengnan Li#, Yueting Liang, Qianwei Zhang, Xu Qin, Jinlan Gao and Jin-Long Qiu*. (2022). Highly efficient genome editing in Xanthomonas oryzae pv. oryzae through repurposing the endogenous type I-C CRISPR-Cas system.Molecular Plant Pathology, 23(4): 583-594. 
  4. Rui Wang#, Dandan Zhang#, Shengnan Li#, Jinlan Gao, Liebao Han* and Jin-Long Qiu*. (2022). Simple Bioassay for PAMP-Triggered Immunity in Rice Seedlings Based on Lateral Root Growth Inhibition.Rice Science, 29(1): 67-75. 
  5. Qiupeng Lin#, Zixu Zhu#, Guanwen Liu#, Chao Sun, Dexing Lin, Chenxiao Xue, Shengnan Li, Dandan Zhang, Caixia Gao, Yanpeng Wang* and Jin-Long Qiu*. (2021). Genome editing in plants with MAD7 nuclease.Journal of Genetics and Genomics, 48(6): 444-451. 
  6. Qianwei Zhang#, Kangquan Yin#, Guanwen Liu, Shengnan Li, Mengou Li and Jin-Long Qiu*. (2020). Fusing T5 exonuclease with Cas9 and Cas12a increases the frequency and size of deletion at target sites.Science China Life Sciences, 63(12): 1918-1927. 
  7. Guanwen Liu#, Kangquan Yin#, Qianwei Zhang, Caixia Gao, and Jin-Long Qiu*. (2019). Modulating chromatin accessibility by transactivation and targeting proximal dsgRNAs enhances Cas9 editing efficiencyin vivo.Genome Biology, 20(1):145. 
  8. Kangquan Yin#and Jin-Long Qiu*. (2019). Genome editing for plant disease resistance: applications and perspectives. Philosophical Transactions of the Royal SocietyB, 374(1767):20180322. 
  9. Dandan Zhang#, Caijuan Tian#, Kangquan Yin, Wenyi Wang, and Jin-Long Qiu*. (2019). Postinvasive Bacterial Resistance Conferred by Open Stomata in Rice. Molecular Plant-Microbe Interactions, 32(2):255-266. 
  10. Jingbo Zhang#, Kangquan Yin#, Juan Sun#, Jinlan Gao, Qiuli Du, Huali Li, and 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. 
  11. Kangquan Yin#, Caixia Gao, and Jin-Long Qiu*. (2017). Progress and prospects in plant genome editing.Nature Plants, 3:17107. 
  12. Xiang Xiao#, Xi Cheng#, Kangquan Yin, Huali Li, and 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. 
  13. Shengnan Li#, Wenyi Wang#, Jinlan Gao, Kangquan Yin, Rui Wang, Chengcheng Wang, Morten Petersen, John Mundy, and Jin-Long Qiu*. (2016). MYB75 phosphorylation by MPK4 is required for light-induced anthocyanin accumulation in Arabidopsis.The Plant Cell, 28:2866-2883. 
  14. Caijuan Tian#, Zhangli Zuo#, and Jin-Long Qiu*. (2015). Identification and characterization of ABA-responsive microRNAs in rice.Journal of Genetics and Genomics, 42: 393-402. 
  15. Yanpeng Wang#, Xi Cheng#, Qiwei Shan, Yi Zhang, Jinxing Liu, Caixia Gao*,and Jin-Long Qiu*. (2014). Simultaneous editing of three homoeoalleles in hexaploid bread wheat confers heritable resistance to powdery mildew.Nature Biotechnology,32: 947-951. 
  16. Wei Guo#, Chengcheng Wang#, Zhangli Zuo, and Jin-Long Qiu*. (2014). The roles of anion channels in Arabidopsis immunity.Plant Signaling & Behavior, 9(7): e29230. 
  17. Wei Guo#, Zhangli Zuo, Xi Cheng, Juan Sun, Huali Li, Legong Li, and Jin-Long Qiu*. (2014).The chloride channel family gene CLCd negatively regulates PAMP-triggered immunity in Arabidopsis.Journal of Experimental Botany, 65:1205-1215. 
  18. Qiwei Shan#, Yanpeng Wang, Jun Li, Yi Zhang, Kunling Chen, Zhen Liang, Kang Zhang, Jinxing Liu, Jianzhong Jeff Xi, Jin-Long Qiu*, and Caixia Gao*. (2013). Targeted genome modification of crop plants using a CRISPR-Cas system.Nature Biotechnology, 31:686-688. 
  19. Lei Su#, Aining Li#, Huali Li, Chengcai Chu, and Jin-Long Qiu*. (2013). Direct modulation of protein level in Arabidopsis.Molecular Plant, 6:1711-1714.

 

近期代表性成果

 

1.  基因组编辑六倍体普通小麦获得抗白粉病的小麦新种质
感病基因的突变通常能够赋予植物广谱持久的抗病性。白粉病抗性位点(MLO)基因是一个典型的感病基因。本课题组与基因组编辑专家合作利用基因组编辑技术实现了对六倍体小麦感病基因MLO三个拷贝的同时敲除,获得了对小麦白粉菌具有广谱持久抗性的小麦新材料,展示了基因组编辑在复杂基因组农作物育种中巨大应用潜力(Nature Biotechnology, 2014)。

 

(Nature Biotechnology, 2014)

然而,感病基因突变通常具有多效性,该小麦mlo突变体出现了早衰、植株变矮、产量下降等生长缺陷,限制了其在生产上的广泛应用。本课题组与合作者经过多年的研究,阐明了小麦一新型mlo突变体既抗白粉病又高产的分子机制,并通过基因组编辑实现对小麦感病基因MLO相关遗传等位的精准操控,使主栽小麦品种快速获得广谱白粉病抗性、同时保持高产。这一工作是利用感病基因进行植物抗病育种研究的重要理论和技术突破(Nature, 2022)。

 

(Nature,2022)

 

2.  在植物中建立直接操纵目标蛋白积累水平的技术体系
本研究组在拟南芥、水稻和小麦中建立了使用小分子化合物直接操纵目标蛋白累积水平的技术体系,实现了对目标蛋白的时空高效表达调控。

 

(Molecular Plant, 2013;Plant Biotechnology Journal, 2018) 

 

3.  植物MAPK蛋白激酶的信号传导机制研究

        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(左图),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(右图)。

 

 (The Plant Cell, 2016)

 

 

4.  开放的气孔赋予水稻对白叶枯菌的广谱抗性

       气孔可以响应环境因子刺激控制植物气体交换和水分蒸腾。作为植物表面的天然开孔,气孔也是许多病原菌入侵的通道。植物可以主动关闭气孔来阻止病原菌的入侵,这一抗病过程被称为气孔免疫。气孔在植物中是否还以其它的方式参与抗病反应仍不清楚。本课题组研究发现,开放的气孔赋予水稻对白叶枯菌的侵入后抗性,而这种抗性可能是气孔开放造成植物叶片水势降低所导致的(左图)。这项工作揭示了一个新的气孔参与植物免疫的方式,为研究植物、病原与环境三者互作提供了一个新的视角。相关研究成果以封面故事发表在Molecular Plant-Microbe Interactions杂志上(右图)。

       

(Molecular Plant-Microbe Interactions, 2019)