个人信息

博士生导师
研究员
 
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研究方向

植物逆境生理和空间植物生物学研究

蔡伟明

个人简介

1984年毕业于复旦大学生物系植物专业,1989年获巴黎大学居里分校硕士学位,1992年获该校博士学位。现任研究员,博士生导师。1990年至1992年在雀巢公司法国生物工程中心和法国 L.OREAL化妆品公司做客座研究,1993年至1994年,以及1999年在德国波恩大学植物研究所做客座研究。1992底进植生所工作后, 承担过载人航天工程项目“微重力条件对药用植物(人参)次生物质生成的影响”,航天863项目“微重力条件对植物细胞生长和发育影响的研究”、“植物细胞微重力下培养生产药物”,国家自然科学基金“微重力环境刺激在细胞中的传递和对细胞作用的分子机理”、“真菌侵染对作物细胞质膜氧化还原系统影响的机理研究”、中国科学院创新工程重要方向空间生命科学项目“空间细胞生物学效应和功能基因组”。目前正在承担载人航天工程 “参与微重力信号转导和次生代谢的反应的功能基因组研究” 、863 “调控油菜种子生长关键基因的克隆及其应用”等科研项目。2006年任国防科工委“十一五”返回式科学实验卫星论证专家组”重力生物学效应组”组长,返回式科学实验卫星综合论证组成员。现任921载人航天工程基础空间生物学子系统负责人。

研究工作

研究植物和环境相互作用的分子机理;植物生长调控机理。阐述植物的向重性机理,微重力刺激信号的转导途径以及引发生理反应的机理。克隆受重力调控的基因并研究其功能;研究和重要农艺性状相关的基因;利用转基因技术开展植物遗传工程的研究和应用。

主要成果

生长素介导OsRGP1和OsSuS参与水稻地上部基部向重性弯曲生长
在水稻幼苗被放平后,地上部重力响应部位(地上部基部)的上半部生长比下半部生长慢,从而导致地上部基部发生向上弯曲,发生不对称生长的向重性反应。通过抑制差减杂交(SSH)实验发现,水稻地上部基部向重性弯曲生长过程中,反复糖基化多肽OsRGP1和蔗糖合成酶OsSuS在基部上下部有不对称表达。我们还采用Realtime PCR开展进一步研究。实验结果显示OsRGP1和OsSuS的表达受到IAA的调控。通过生物信息学分析也发现OsRGP1和OsSuS的启动子上存在着生长素的调控元件,生长素极性运输抑制剂TIBA处理能够消除OsRGP1和OsSuS在向重性过程中的不对称表达,这进一步说明向重性过程中不对称分布的生长素介导了OsRGP1和OsSuS基因的不对称表达。另外,向重性反应过程中,检测到基部下部的己糖浓度增加。因此,OsRGP1的不对称表达可能有助于下半部细胞壁多糖的积累,进而促进了下半部细胞壁的扩张。OsSuS不对称表达也有可能会引起己糖在上下部的不对称分布。已糖和细胞壁多糖在下半部的积累可能在下部细胞扩张从而导致向重性弯曲生长中起一定的作用。
外源PgTIP1转基因植物的研究
我们实验室对不依赖与依赖植物激素的细胞系之间差异表达基因进行了筛选,克隆了不依赖植物激素人参细胞中特异且高丰度表达的液泡膜水孔蛋白基因PgTIP1。将它导入拟南芥研究后发现,转基因植物种子的体积和重量都显著提高,千粒重增加了近一倍,种子中脂肪酸含量达到了野生型的1.85倍。进而我们正在构建了转PgTIP1基因作物。我们试图分析由于导入PgTIP1基因,从而使植物体内哪些基因表达发生了变化,进而克隆这些基因。研究它们和出现种子增大性状及脂肪酸代谢之间的关系。确认控制种子增大性状形成的关键基因。在基因水平上,研究这些基因间互作,揭示这些调控种子生长基因的遗传网络。

    1. Xu P. & Cai W. Nitrate-responsive OBP4-XTH9 regulatory module controls lateral root development in Arabidopsis thaliana. PLoS Genet 15, e1008465, doi:10.1371/journal.pgen.1008465 (2019).

    2. Xu P. & Cai W. Function of Brassica napus BnABI3 in Arabidopsis gs1, an Allele of AtABI3, in Seed Development and Stress Response. Frontiers in plant science 10, 67, doi:10.3389/fpls.2019.00067 (2019).

    3. Xu P., Chen H., Jin J. & Cai W. Single-base resolution methylome analysis shows epigenetic changes in Arabidopsis seedlings exposed to microgravity spaceflight conditions on board the SJ-10 recoverable satellite. NPJ Microgravity 4, 12, doi:10.1038/s41526-018-0046-z (2018).

    4. Jin J., Chen H. & Cai W. Transcriptomic Analysis Reveals the Effects of Microgravity on Rice Calli on Board the Chinese Spaceship Shenzhou 8. Microgravity Science and Technology 30, 807-816, doi:10.1007/s12217-018-9633-6 (2018).

    5. Xu P. & Cai W. Functional characterization of the BnNCED3 gene in Brassica napus. Plant science : an international journal of experimental plant biology 256, 16-24, doi:10.1016/j.plantsci.2016.11.012 (2017).

    6. Xu P., Zang A., Chen H. & Cai W. The Small G Protein AtRAN1 Regulates Vegetative Growth and Stress Tolerance in Arabidopsis thaliana. PloS one 11, e0154787, doi:10.1371/journal.pone.0154787 (2016).

    7. Xu P., Chen H., Ying L. & Cai W. AtDOF5.4/OBP4, a DOF Transcription Factor Gene that Negatively Regulates Cell Cycle Progression and Cell Expansion in Arabidopsis thaliana. Sci Rep 6, 27705, doi:10.1038/srep27705 (2016).

    8. Li J. & Cai W. A ginseng PgTIP1 gene whose protein biological activity related to Ser(128) residue confers faster growth and enhanced salt stress tolerance in Arabidopsis. Plant science : an international journal of experimental plant biology 234, 74-85, doi:10.1016/j.plantsci.2015.02.001 (2015).

    9. Jin J., Chen H. & Cai W. Transcriptome Analysis of Oryza sativa Calli Under Microgravity. Microgravity Science and Technology 27, 437-453, doi:10.1007/s12217-015-9432-2 (2015).

    10. Hu L., Chen H., Dou X., Jin J., Sun W. & Cai W. et al. A Proteomic Analysis of the Upper and Lower Flanks of the Base of Rice Shoot in the Gravitropism. Microgravity Science and Technology 27, 403-416, doi:10.1007/s12217-015-9433-1 (2015).

    11. Xu P. & Cai W. RAN1 is involved in plant cold resistance and development in rice (Oryza sativa). Journal of experimental botany 65, 3277-3287, doi:10.1093/jxb/eru178 (2014).

    12. Shan C., Mei Z., Duan J., Chen H., Feng H. & Cai W. OsGA2ox5, a gibberellin metabolism enzyme, is involved in plant growth, the root gravity response and salt stress. PloS one 9, e87110, doi:10.1371/journal.pone.0087110 (2014).

    13. Jin J., Chen H. & Cai W. Growth of rice cells in Shenzhou 8 under microgravity and transcriptome analysis. Manned Spaceflight 20, 480-490 (2014).