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“能源植物资源及功能基因研究”省级创新团队介绍

2016年04月18日 00:00  点击:[]

生物质能源研究是我国的重要战略研究方向,是国家应对未来化石能源短缺与全球气候变化的重要战略组成部分。国家《十二五生物技术发展规划》把生物能源技术列为重点研发的关键技术。纤维素是植物细胞壁的主要成分,是地球上产量最高的生物质,纤维素经过催化降解可转化为生物能源(如酒精、沼气等)。但细胞壁另一成分——木质素,由四种醇单体组成,它们的正常构成比例严重制约了催化降解效率。通过遗传筛选和基因操作方法,优化细胞壁结构和成分,提高细胞壁的利用率是亟待解决的重大研究问题。同时,发展能源植物还须遵循“不与人争粮、不与粮争田”的原则,干旱和盐碱地区是大规模发展能源植物的最佳选择地。但这些逆境生长条件必定会严重降低生物质的产量,这就要求我们解析植物的生物量控制和抗逆的分子机理,为提高生物质的产量提供理论基础和基因资源。因此,我们依据国家《农业生物质能产业发展规划》要求,通过从海内外定向引进优秀人才和整合现有研究人员,组建了“能源植物资源及功能基因研究”创新团队。

       一、建设总体目标

依托省内先进的生物学研究平台,通过分离、鉴定调控生物质品质和产量的重要功能基因,研究其分子作用机理,以期在关键研究环节上取得突破,发表标志性科研论文和专利,为生物质能源种质改良提供新基因、新方法和新理论;通过系统分子设计,培育出优质、高产和高抗的能源植物新种质。争取通过5-8年建设,将本团队列入泰山学者优势特色学科人才团队支持计划。

        二、研究方向

1)鉴定控制生物质品质的重要功能基因,解析其分子作用基础

细胞壁成分是地球上产量最高的生物质,是制取生物能源-纤维素乙醇的主要原料,但细胞壁中木质素的单体组成比例是决定纤维素降解效率的关键因素。已有研究结果表明,改变木质素的特定组成可提高发酵效率而并不降低植物组织正常机械强度。我们将研究植物细胞壁中木质素沉积的分子控制机理,鉴定相关调控基因。

2)克隆控制生物质产量的重要功能基因,研究其作用的分子途径

植物器官的大小直接决定了生物质的产量,我们将分离决定器官大小的关键基因,阐明它们的分子作用机理,为提高生物质产量提供基因资源和理论基础;逆境条件严重制约生物质的品质和产量,我们将研究细胞壁形成和器官大小控制基因对干旱、盐渍等逆境环境的应答,鉴定高抗性的功能基因。

3)筛选和鉴定优质、高产和高抗的能源植物新品种

在获得相关关键基因的基础上,通过系统分子设计,组装分子模块,利用遗传操作技术系统,培育能源植物新品种,为生物质能源产业化生产提供种质资源。

       三、团队成员

团队研究方向特色鲜明,成员研究方向结合度高,互补优势明显。团队现有研究人员21人,平均年龄35岁。其中具有高级专业技术职务的8人,具有博士学位的12人。团队成员多数来自于国内外知名高校或科研院所,其中4人具有海外留学或博士后研究经历。团队负责人李师鹏教授从荷兰留学回国,主要从事植物细胞壁物质(生物质能的主要来源)积累的分子机理研究。崔大勇教授来自中国科学院植物研究所,多年来致力于解析生物量的分子控制机理。路小铎教授来自中国农业科学院生物技术研究所,主要研究方向为玉米分子遗传育种。曹子谊教授来自山东师范大学逆境植物重点实验室,主要研究中国盐生植物资源与能源植物盐碱地高产栽培技术。从著名的欧洲分子生物学实验室新引进的段广有教授具有多年生物信息学的工作基础,将助力于功能基因挖掘、模型构建和分子设计育种。

     四、建设成果

    本研究团队经过3年多的建设和发展,现拥有科研实验室660平米,具有较完备的研究平台,科研仪器设备总资产2000余万元,建成了山东省第一个高通量测序平台。团队获批国家自然基金面上项目2项和省级科研项目7项,总经费264.6万元,为人才团队培育计划的顺利实施提供了资金上的补充和支持。积累了充足的研究材料和资源,并在细胞壁形成机理、植物器官大小调控及植物环境应答机制等方面取得突破性进展,克隆到多个重要的生物质累积调控基因,多项成果发表在Plant Cell, Plant Physiology等国际著名杂志上。2014年,本团队所依托的“能源植物”校级重点实验室获山东省总工会“工人先锋号”荣誉称号。2015年,在此创新研究团队基础上组建的“生物质品种改良”团队成功入选山东省高等学校优势学科人才团队培育计划首批入选名单,团队培育期为5年,前3年每年资助经费200万元。“生物质品种改良” 团队的入选,是学校改制以来首次入选的省级人才团队,标志“能源植物资源及功能基因研究”研究团队在科研创新能力、人才队伍建设等方面实现了新的突破,取得了重大的阶段性成果。(数据截止到2017年4月)