李家洋

        李家洋,植物分子遗传学家,1956出生于安徽省肥西县。1982年初获安徽农业大学(原安徽农学院)学士学位,1984年获中国科学院遗传与发育生物学研究所(原遗传研究所)硕士学位,1991年获美国布兰代斯大学博士学位,同年进入美国康乃尔大学BTI植物研究所从事博士后研究工作。自1994年归国后,先后任中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员、所长助理、所长;2004年1月任中国科学院副院长。2001年当选中国科学院院士,2004年当选第三世界科学院院士。他先后获得了1995年度“国家杰出青年基金”、1997年度中国科学院“百人计划”、2003年度的国家自然科学委员会优秀团队研究基金和2004全球华人生物科学家大会生命科学成就奖。现任中国遗传学会理事长和中国作物学会副理事长;国际植物组织培养与生物技术协会秘书长。
        李家洋博士主要从事高等植物生长发育与代谢及逆境胁迫的分子机理研究。高等植物生长发育的研究将使人类能够了解农作物如何完成种子形成、萌发、生长到开花结实以及如何应对环境胁迫,从而实现对农作物的分子设计和培育优质高产抗逆的超级新品种。影响植物生长发育的内在因素主要是植物激素如生长素、细胞分裂素和油菜素内酯等植物生长发育调节物质,而影响植物生长发育的外在因素则主要包括光照和温度等环境因子。自归国工作以来,李家洋博士及其研究组利用拟南芥与水稻为材料,主要从事以下领域的研究工作。
        1. 开拓了水稻分枝控制分子机理研究的新领域。水稻是世界上最重要的粮食作物,养育全球近半数的人口。分蘖是水稻等禾本科作物在生长发育过程中形成的一种特殊的分枝,是十分重要的农艺性状,直接决定水稻的穗数并进而影响水稻的产量,是培育“超级水稻”的一个重要方面。通过与合作者们的共同努力,以水稻单秆突变体为材料,采用图位法克隆了水稻分蘖控制基因MOC1。该基因属于植物中特有的基因转录因子家族,它除了控制腋生分生组织的起始和分蘖芽的形成以外,还具有促进分蘖芽生长发育的功能。通过对MOC1基因功能与信号转导途径的深入研究,对了解禾谷类作物分蘖调控的分子机理,具有重要的理论与应用意义,其主要研究结果刊载于Nature上,引起国内外学术界与媒体的极大关注。
        2.阐明了水稻机械强度控制的分子机理。通过图位克隆技术从水稻脆秆突变体中首次分离了BCl基因,细胞学和生物化学分析表明该基因影响了水稻机械支撑作用的组织,如厚壁细胞和维管束细胞的细胞壁厚度和纤维素、半纤维素及木质素的含量,在分子水平上揭示了BCl基因与细胞壁生物合成之间的关系,阐明了植株机械强度的控制机理。这在利用基因工程技术增加或减少农作物的机械强度,提高农作物的抗倒伏、抗病、抗虫和抗逆性,提高秸秆的利用效率包括秸秆还田和利用秸秆资源作为饲料,并在木本植物材质改善等方面具有广泛的应用前景。该项研究成果已作为封面论文刊载于2003年9月出版的《植物细胞》(Plant Cell)上。
        3.初步阐明了拟南芥温敏雄性不育的分子机理。s-腺苷甲硫氨酸:磷酸乙醇胺甲基转移酶是催化胆碱生物合成的关键酶;胆碱为细胞膜磷脂酰胆碱的前体,是植物细胞膜的主要成分。通过获得并分析胆碱生物合成的突变体,发现其为温度敏感型雄性不育,并进一步表明,植物体内的胆碱不仅对于植物的生长发育十分必要,而且还有助于植物抵抗盐胁迫。
        4.明确了初级代谢途径的缺陷会导致植物细胞凋亡。在植物中,已被确认的细胞死亡有两种类型,一类是植物生长发育过程中某些特定的细胞或组织经程序化死亡转变为特化细胞;另一类是植物与病原菌相互作用时出现的超敏细胞死亡。他们通过诱变从拟南芥中获得了一类新的死亡细胞与活细胞镶嵌并存的细胞死亡突变体,并通过图位克隆法分离出导致细胞死亡的基因。分析表明,该基因编码脂肪酸合酶复合体的一个亚基一烯酰-ACP还原酶。在植物中,乙酰辅酶A经脂肪酸合成酶复合体合成棕榈酸和硬脂酸,硬脂酸再脱氢成为油酸。棕榈酸和油酸是合成磷酸甘油酯的原初底物,而磷酸甘油酯既是构成生物膜的重要成分,又是细胞生长发育的调控因子。因此,脂肪酸从头合成途径受阻必然会导致植物生长发育的不正常。该突变体是到目前为止在动植物中分离获得的唯一一个脂肪酸从头合成途径的突变体,对于研究动植物脂肪酸代谢、调控以及生长发育有着极为重要的意义。
        5.证实了油菜素内酯对植物细胞分裂的促进作用。油菜素内酯是新近被确认为植物生长发育不可缺少的一种甾醇类激素,其最主要的生理功能为促进细胞的伸长。为在分子水平上研究其作用机理,他们率先在国内建立了cDNA阵列(基因芯片)体系,鉴定出一批油菜素内酯的应答基因。深入研究后发现油菜素内酯可通过诱导CycD3基因的表达促进拟南芥的细胞分裂,并可在拟南芥悬浮细胞的培养中替代细胞分裂素,并发现油菜素内酯诱导CycD3表达及促进细胞分裂可能是通过一条尚未被发现的信号途径实现的。
        提出植物生长素吲哚乙酸生物合成途径的新模式。吲哚乙酸是发现最早的植物激素,影响植物从种子萌发到开花结实的整个生长发育过程。利用微生物系统,在20世纪60年代就证实了吲哚乙酸是从含有吲哚环的色氨酸衍生而来的。然而,最近十年来对植物体内吲哚乙酸生物合成的研究,发现其在植物体内的合成前体主要是色氨酸合成途径的中间产物。因而如何阐明植物生长素吲哚乙酸在植物体内的合成途径成为一个挑战性的前沿课题。为研究这一难题,他们从植物中克隆了编码催化色氨酸合成途径的两个关键步骤酶的基因,然后利用转基因技术,创制出色氨酸与吲哚乙酸合成量改变的转基因植物。通过对这些转基因植物及色氨酸合成途径突变体中的色氨酸与吲哚乙酸含量的测定与分析,初步确定了吲哚乙酸在模式植物拟南芥中的合成分支点,提出了能解释不同实验室的不同研究结果的吲哚乙酸合成途径的不依赖于色氨酸的分支途径模式。

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