博士生发著名刊物文章 解析水稻基因

　　

生物通报道：来自上海交大的消息，上海交通大学生命科学技术学院，植物分子生物学与生物安全实验室张大兵教授研究组的博士生本月接连在植物分子生物学领域的著名刊物《The Plant Cell》上发表文章，取得了水稻基因研究的新进展。

张大兵教授研究组主要研究方向包括植物生殖发育生物学；小分子RNA和生物和食品安全检测和相关数据库等。

第一篇文章中，研究人员找到了水稻MADS-box基因MADS3的一个新突变位点，该突变体（mads3-4）花药发育后期花药转变成异常的褐色，花粉败育，表现为完全雄性不育。深入研究发现，MADS3可以控制MT-1-4b等基因表达来调节花药发育后期活性氧分子的动态平衡，当该基因突变后，花药中会异常积累活性氧分子，影响花药发育和花粉的成熟。这个工作提出了水稻花药发育和花粉形成一个新的分子机制，为阐明植物生殖发育机制以及水稻遗传改良提供基础。

这篇文章的第一作者是该研究组胡丽芳博士，胡丽芳博士是2006年考取交大的博士研究生，在张大兵教授实验室开展水稻生殖发育方面的研究。

另外一篇文章中，研究人员找到了一个影响水稻生长发育的formin基因——FH5，审稿人认为这是被子植物研究领域中第一次揭示单个formin基因突变可对植物营养生长和生殖生长产生严重影响，产生异常的根、茎、叶、花和种子等。细胞学和生物化学等试验证明该Formin蛋白可同时调控细胞骨架（微管和微丝）的结构，从而控制植物细胞形态和器官建成。该研究为阐明细胞骨架在植物生长发育的作用提供了依据，并对今后植物细胞骨架和形态建成研究提供了借鉴。

这项研究由上海交通大学张大兵教授指导的博士生张铮和北京师范大学任海云教授指导的博士生张毅等合作完成，其中张铮是2001年上海交通大学录取的学生，该同学在2005年直升硕士并提前攻博，在张大兵教授实验室进行水稻基因功能的研究。

原文摘要：

RICE MORPHOLOGY DETERMINANT Encodes the Type II Formin FH5 and Regulates Rice Morphogenesis

Multicellular organisms contain a large number of formins; however, their physiological roles in plants remain poorly understood. Here, we reveal that formin homology 5 (FH5), a type II formin mutated in rice morphology determinant (rmd), plays a crucial role in determining rice (Oryza sativa) morphology. FH5/RMD encodes a formin-like protein consisting of an N-terminal phosphatase tensin (PTEN)-like domain, an FH1 domain, and an FH2 domain. The rmd mutants display a bending growth pattern in seedlings, are stunted as adult plants, and have aberrant inflorescence (panicle) and seed shape. Cytological analysis showed that rmd mutants have severe cell elongation defects and abnormal microtubule and microfilament arrays. FH5/RMD is ubiquitously expressed in rice tissues, and its protein localization to the chloroplast surface is mediated by the PTEN domain. Biochemical assays demonstrated that recombinant FH5 protein can nucleate actin polymerization from monomeric G-actin or actin/profilin complexes, cap the barbed end of actin filaments, and bundle actin filaments in vitro. Moreover, FH5 can directly bind to and bundle microtubules through its FH2 domain in vitro. Our findings suggest that the rice formin protein FH5 plays a critical role in determining plant morphology by regulating actin dynamics and proper spatial organization of microtubules and microfilaments.

Rice MADS3 Regulates ROS Homeostasis during Late Anther Development

The rice (Oryza sativa) floral homeotic C-class gene, MADS3, was previously shown to be required for stamen identity determination during early flower development. Here, we describe a role for MADS3 in regulating late anther development and pollen formation. Consistent with this role, MADS3 is highly expressed in the tapetum and microspores during late anther development, and a newly identified MADS3 mutant allele, mads3-4, displays defective anther walls, aborted microspores, and complete male sterility. During late anther development, mads3-4 exhibits oxidative stress-related phenotypes. Microarray analysis revealed expression level changes in many genes in mads3-4 anthers. Some of these genes encode proteins involved in reactive oxygen species (ROS) homeostasis; among them is MT-1-4b, which encodes a type 1 small Cys-rich and metal binding protein. In vivo and in vitro assays showed that MADS3 is associated with the promoter of MT-1-4b, and recombinant MT-1-4b has superoxide anion and hydroxyl radical scavenging activity. Reducing the expression of MT-1-4b causes decreased pollen fertility and an increased level of superoxide anion in transgenic plants. Our findings suggest that MADS3 is a key transcriptional regulator that functions in rice male reproductive development, at least in part, by modulating ROS levels through MT-1-4b.

作者简介：

张大兵教授
博士,上海交通大学教授,博士生导师。

工作、学习经历：1998年中国科学院上海植物生理生态所植物分子遗传专业获博士学位。2005年-现在，上海交通大学生命科学技术学院植物分子生物学与生物安全实验室负责人。国家农业转基因生物标准化委员会委员；第二届国家农业生物安全委员会委员；中国植物学会第十三届理事会植物生理及分子生物学专业委员会委员；《Journal of Integrative Plant Biology》《Journal of Plant Physiology》常务编委。

主要研究方向：
1、植物生殖发育生物学：利用正反向遗传学、生物化学、生物信息学、基因组学、蛋白组学、生理学、结构生物学等手段研究模式植物水稻、拟南芥花器官、花粉等发生和形态建成（图1）的分子机理，研究这些器官形成过程中细胞程序性死亡、脂肪和糖代谢、信号传导等控制机制。
2、小分子RNA：研究控制植物发育重要的miRNA表达调控机制(图2)。
3、生物和食品安全检测和相关数据库：利用荧光实时定量PCR、生物传感、基因芯片、重组抗体、分子印迹等技术检测食品中转基因、农兽药残留检测新技术新方法，并进行标准化和应用研究；同时开展生物安全数据库研究（http://gmdd.shgmo.org）。

奖励和荣誉：曾获上海市科技启明星（2001年）、上海市曙光学者（2004年）、教育部新世纪优秀人才（2004年）、2007年获国家杰出青年科学基金和上海市优秀学科带头人等称号。2004和2005年分别获得省部级科技进步一等奖，分别为第一和第二完成人。

发表的主要论文（*通讯作者）： 围绕花器官发育和生物安全检测等方面在Plant Cell、Plant Physiology、Nucleic Acids Research等刊物发表论文40多篇。