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朱祯


朱祯,研究员,博士生导师。
 
        本科毕业于北京大学生物系生物化学专业,1983年获北京大学理学硕士学位,1985年以中美联合培养博士生身份赴美国田纳西大学植物系进行博士论文研究,1988年获中国科学院遗传研究所理学博士学位。1988年赴美国田纳西大学进行博士后研究,1993年受聘为中国科学院遗传研究所研究员。国家863计划现代农业技术领域“植物分子设计与品种创制技术”主题专家组专家、负责人,中国生物工程学会常务理事,全国生物计量技术委员会副主任委员,中国农学会常务理事,全国生物技术职业教育指导委员会主任委员,《中国生物工程杂志》副主任编委等。曾任中国科学院生命科学与生物技术局副局长、中国科学院遗传与发育生物学研究所副所长。
 
        曾经和正在承担的课题包括:国家863项目,国家973项目,转基因重大专项,中国科学院先导专项,国家重点研发计划“七大农作物育种”重点专项,国家自然科学基金重大项目,中国科学院重大项目,中国-荷兰战略联盟框架项目,总理基金项目、美国洛氏基金项目等。

主要研究方向:
        植物功能基因组学、分子生物学、农业生物技术等。具体研究内容如下:
 
水稻杂种优势机理研究:
        杂种优势是生物界普遍存在的一种现象,已在作物育种中广泛应用,但机理仍不清楚。杂种优势机理的阐明对挖掘产量相关基因,改良作物产量及品质有十分重要的意义。
 
        本实验室通过芯片、SAGE、高通量测序等转录组分析技术以及生物信息学分析手段对超级杂交稻组合杂种与亲本的表达谱进行了比较研究,旨在全基因组水平、基因表达调控网络水平发现基因表达变化规律,为探讨杂种优势机理,利用杂种优势理论育种提供有益信息。
 
        通过合作研究,以水稻全基因组芯片为平台,对超级杂交稻两优培九杂交组合进行了比较转录组学与生物信息学分析,确定了3,926个杂种差异表达基因,并建立了其与产量相关QTL之间的关系。研究结果发表在国际著名期刊PNAS上,著名学术刊物Cell专文介绍并高度评价,认为“这项发现是阐明世界最重要粮食作物-水稻杂种优势机理的一个起点”,并入选2009年度“中国基础研究十大新闻”。
 
        以基因表达系列分析(serial analysis of gene expression,SAGE)技术为平台,对超级杂交稻两优2186及其亲本进行了比较转录谱分析,共找到1,183个差异表达基因。分析结果显示,差异基因主要显著富集在光合作用光反应和碳固定途径,且碳固定途径在F1代中得到加强,这可能是在超级杂交稻产量提高和产生杂种优势的重要原因。同时,基因表达调控网络分析发现,生物时钟节律和光信号反应途径参与水稻杂种优势的调控网络。该工作对于进一步揭示植物杂种优势分子机理具有一定的理论价值。
 
        通过新一代高通量测序技术结合生物信息学分析,从355个表达的miRNA和tasiRNA成熟序列中鉴定出69个在超级杂交稻LYP9与亲本中值间差异表达的小分子RNA。其中,34个差异小RNA预测到相应靶标基因,大部分编码转录因子。这些靶标基因显著富集在包括生长素信号转导在内的多个重要生物过程。调控网络分析表明,差异小RNA及其靶标介导的生长素信号调控网络可能通过影响水稻的生长发育进而参与水稻杂种优势的调控。上述发现为进一步研究和利用杂种优势进行作物改良提供了新的分子依据。
 
转基因抗虫水稻等作物的研制和新品种培育:
        水稻是我国最重要的粮食作物,虫害是水稻生产上的一个重要制约因素,其中鳞翅目害虫是我国水稻生产中的主要害虫。目前在水稻及其近缘种中没有发现二化螟、三化螟、稻纵卷叶螟等鳞翅目害虫抗性种质资源,无法通过常规育种及分子标记辅助选择技术方式培育抗虫水稻新品种。因此,只有通过转基因技术将外源抗虫基因导入水稻中,才能培育抗鳞翅目害虫水稻新品种。
 
        本实验室自主研发了包括去选择标记、细胞内定位、高效稳定表达、多抗虫机制等一系列技术,培育了一批无选择标记的转基因抗虫水稻株系和组合,不仅高抗二化螟、三化螟、稻纵卷叶螟等鳞翅目害虫,还对夜蛾科害虫大螟表现出高抗特性,即使不施农药也普遍比喷施农药的对照增产,最高可达8.6%;通过克隆和优化改造新型基因,研制抗半翅目害虫褐飞虱水稻。此项研究在国内外产生了重要影响,多次在国际会议上作特邀发言,其中包括2008年在德国柏林举行的“第二十届国际遗传学大会”。Science、Nature系列等重要学术刊物和路透社、法新社等国际媒体对此项工作进行了报道。联合了十余家水稻育种优势单位,形成了良好的协作体系,是目前转基因抗虫水稻研发最好的两个团队之一,并已获得国家转基因重大专项的支持。
 
        同时,本实验室利用植物寄主介导的RNAi技术干扰棉铃虫激素代谢关键基因,合作研制的转基因抗虫棉抗性显著提高,并可作为延缓害虫耐受性产生的新策略,为下一代抗虫作物的研发奠定了基础。相关研究结果发表在国际知名学术期刊Plant Biotechnol J上。此外,合作研制的3个抗虫转基因棉花品种已通过品种审定,并已推广应用;抗虫转基因棉花,以及甘蓝分别获得了省部级奖项。上述研究已获得多项国内外专利。
 
转录后基因沉默机制的研究
        转录后基因沉默是生物体内普遍存在的一种RNA转录后降解的生物学现象,其在病毒防御和基因表达调控过程中具有重要作用。目前认为转录后基因沉默可由转基因的高效表达所诱发,并且依赖于序列同源性。然而,直到目前为止,关于非同源基因诱发的转录后基因沉默现象,以及转录后基因沉默的触发机制仍鲜有报道。
 
        本实验室利用农杆菌注射法,以转GFP基因的烟草纯合株系为材料进行了基因沉默的诱导失活实验。研究发现,含有大量植物稀有密码子的非同源基因可有效地诱导转基因GFP的系统沉默。同时,实验证明这个过程与翻译相联系,且与未成熟转译终止过程相偶联。
 
        鉴于此,提出“基于未成熟转译终止的基因沉默”模型,认为转录后基因沉默的触发具有稀有密码子依数性特点。含有大量稀有密码子的基因高效表达时,转译过程将造成相应氨酰tRNA匮乏,并引起“转译未成熟终止”。此过程中产生的异常RNA将进一步触发转录后基因沉默。该模型揭示了一个新的基因沉默的触发机制,可以很好的解释无论是同源还是非同源基因诱导的转录后基因沉默现象,同时,该模型全面描述了转录后基因表达调控的过程,为了解包括生物体监控机制在内的各种生物学现象提供了一个新视角。

 
1. Ni, M., Ma, W., Wang, Xiaofang, Gao, M., Dai, Y., Wei, X., Zhang, L., Peng, Y., Chen, S., Ding, L., Tian, Y., Li, J., Wang, H., Wang, Xiaolin, Xu, G., Guo, W., Yang, Y., Wu, Y., Heuberger, S., Tabashnik, B., Zhang, T., Zhu, Z. (2017). Next generation transgenic cotton: pyramiding RNAi and Bt counters insect resistance. Plant Biotechnol J. DOI:10.1111/pbi.12709.
 
2. Song, H., He, X., Zou, S., Zhang, T., Luo, Y., Huang, K., Zhu, Z.*, and Xu, W. (2015). A 90-day subchronic feeding study of genetically modified rice expressing Cry1Ab protein in Sprague-Dawley rats. Transgenic Res 24, 295-308. (co-corresponding author)
 
3. Zhang, L., Peng, Y., Wei, X., Dai, Y., Yuan, D., Lu, Y., Pan, Y., and Zhu, Z. (2014). Small RNAs as important regulators for the hybrid vigour of super-hybrid rice. J Exp Bot 65, 5989-6002.
 
4. Peng, Y., Wei, G., Zhang, L., Liu, G., Wei, X., and Zhu, Z. (2014). Comparative transcriptional profiling of three super-hybrid rice combinations. Int J Mol Sci 15, 3799-3815.
 
5. Chang, Y., Zhang, L., Lu, X., Zhao, C., Zhu, Z.*, Wang, F., Zhang, J., Chen, S., Zhao, Y., and Xu, G. (2014). A simultaneous extraction method for metabolome and lipidome and its application in cry1Ac and sck-transgenic rice leaf treated with insecticide based on LC–MS analysis. Metabolomics 10, 1197-1209. (co-corresponding author)
 
6. Zhang, L., Peng, Y., Dong, Y., Li, H., Wang, W., and Zhu, Z. (2013). Progress of Genomics and Heterosis Studies in Hybrid Rice. In Polyploid and Hybrid Genomics, Z.J. Chen, and J.A. Birchler, eds. (New York, USA: Wiley-Blackwell), pp. 117-135.
 
7. Zhou, J., Zhang, L., Li, X., Chang, Y.W., Gu, Q., Lu, X., Zhu, Z.*, and Xu, G.W. (2012). Metabolic profiling of transgenic rice progeny using gas chromatography-mass spectrometry: the effects of gene insertion, tissue culture and breeding. Metabolomics 8, 529-539. (co-corresponding author)
 
8. Zhou, J., Zhang, L., Chang, Y., Lu, X., Zhu, Z.*, and Xu, G. (2012). Alteration of leaf metabolism in Bt-transgenic rice (Oryza sativa L.) and its wild type under insecticide stress. J Proteome Res 11, 4351-4360. (co-corresponding author)
 
9. Wu, B., Zhang, B., Dai, Y., Zhang, L., Shang-Guan, K., Peng, Y., Zhou, Y., and Zhu, Z. (2012). Brittle culm15 encodes a membrane-associated chitinase-like protein required for cellulose biosynthesis in rice. Plant Physiol 159, 1440-1452.
 
10. Sun, A., Dai, Y., Zhang, X., Li, C., Meng, K., Xu, H., Wei, X., Xiao, G., Ouwerkerk, P.B., Wang, M., and Zhu, Z. (2011). A transgenic study on affecting potato tuber yield by expressing the rice sucrose transporter genes OsSUT5Z and OsSUT2M. J Integr Plant Biol 53, 586-595.
 
11. Song, G.S., Zhai, H.L., Peng, Y.G., Zhang, L., Wei, G., Chen, X.Y., Xiao, Y.G., Wang, L., Chen, Y.J., Wu, B., Chen, B., Zhang, Y., Chen, H., Feng, X.J., Gong, W.K., Liu, Y., Yin, Z.J., Wang, F., Liu, G.Z., Xu, H.L., Wei, X.L., Zhao, X.L., Ouwerkerk, P.B., Hankemeier, T., Reijmers, T., van der Heijden, R., Lu, C.M., Wang, M., van der Greef, J., and Zhu, Z. (2010). Comparative transcriptional profiling and preliminary study on heterosis mechanism of super-hybrid rice. Mol Plant 3, 1012-1025.
 
12. Wei, G., Tao, Y., Liu, G., Chen, C., Luo, R., Xia, H., Gan, Q., Zeng, H., Lu, Z., Han, Y., Li, X., Song, G., Zhai, H., Peng, Y., Li, D., Xu, H., Wei, X., Cao, M., Deng, H., Xin, Y., Fu, X., Yuan, L., Yu, J., Zhu, Z.*, and Zhu, L. (2009). A transcriptomic analysis of superhybrid rice LYP9 and its parents. Proc Natl Acad Sci U S A 106, 7695-7701. (co-corresponding author)
 
13. Wang, Y.Q., Wei, X.L., Xu, H.L., Chai, C.L., Meng, K., Zhai, H.L., Sun, A.J., Peng, Y.G., Wu, B., Xiao, G.F., and Zhu, Z. (2008). Cell-wall invertases from rice are differentially expressed in Caryopsis during the grain filling stage. J Integr Plant Biol 50, 466-474.
 
14. Wang, Y., Xiao, Y., Zhang, Y., Chai, C., Wei, G., Wei, X., Xu, H., Wang, M., Ouwerkerk, P.B., and Zhu, Z. (2008). Molecular cloning, functional characterization and expression analysis of a novel monosaccharide transporter gene OsMST6 from rice (Oryza sativa L.). Planta 228, 525-535.
 
15. Sun, A.J., Xu, H.L., Gong, W.K., Zhai, H.L., Meng, K., Wang, Y.Q., Wei, X.L., Xiao, G.F., and Zhu, Z. (2008). Cloning and expression analysis of rice sucrose transporter genes OsSUT2M and OsSUT5Z. J Integr Plant Biol 50, 62-75.
 
16. Wang, Y., Xu, H., Wei, X., Chai, C., Xiao, Y., Zhang, Y., Chen, B., Xiao, G., Ouwerkerk, P.B., Wang, M., and Zhu, Z. (2007). Molecular cloning and expression analysis of a monosaccharide transporter gene OsMST4 from rice (Oryza sativa L.). Plant Mol Biol 65, 439-451.
 
17. Zhou, M., Xu, H., Wei, X., Ye, Z., Wei, L., Gong, W., Wang, Y., and Zhu, Z. (2006). Identification of a glyphosate-resistant mutant of rice 5-enolpyruvylshikimate 3-phosphate synthase using a directed evolution strategy. Plant Physiol 140, 184-195.
 
 
获得专利授权:
1. ZL201210576007.9,朱祯 王晓芳 魏晓丽 张磊 戴艳,表达抑制昆虫保幼激素结合蛋白基因的dsRNA的重组杆状病毒
 
2. ZL201210576020.4,朱祯 王晓芳 戴艳 魏晓丽 张磊,表达抑制昆虫保幼激素甲基转移酶基因的dsRNA的重组杆状病毒
 
3. ZL201210575807.9,朱祯 王晓芳 张磊 戴艳 魏晓丽,表达昆虫前胸腺激素基因的重组杆状病毒及其应用
 
4. ZL201210576396.5,朱祯 孙兵 戴艳 冷春旭,一种优化的获得无选择标记转基因生物的双T-DNA表达载体及其应用
 
5. ZL201010539960.7,朱祯 王晓芳,棉铃虫保幼激素结合蛋白及其编码基因和应用
 
6. ZL201010219005.5,朱祯 孙爱君,转化水稻蔗糖转运蛋白基因OsSUT5Z提高作物产量的方法和用途
 
7. ZL201010544466.X,朱祯 陈斌,与光合作用相关的DNA分子及其应用
 
8. US7,586,024B2,朱祯 冯德江 刘翔,METHOD FOR CULTIVATING TRANSGENEC PLANTS WITH HIGH VIRUS RESISTANCE AND THE USE THEREOF
 
9. ZL200510002739.7,朱祯 周敏,一种水稻EPSP合酶突变体及其编码基因、获得方法与应用
 
10. ZL200410039232.4,朱祯 陈松彪,一种培育无选择标记转基因植物的方法及其专用表达载体
 
11. ZL03100708.2,朱祯 冯德江 刘翔,一种培育高抗病毒转基因植物的方法与应用
 
12. ZL02107429.1,朱祯 李旭刚,一种利用双T-DNA载体培育无选择标记转基因水稻的方法
 
13. ZL00800617.2,朱祯 谢迎秋 刘玉乐,棉花曲叶病毒启动子及其应用
 
14. ZL01144120.8,朱祯 常团结,菊芋凝集素其编码基因及其在抗虫植物基因工程中的应用
 
15. ZL99103430.9,朱祯 邓朝阳 曲强,抗虫融合蛋白、其编码基因以及用该基因生产转基因植株的方法
 
16. US6,610,907B1,朱祯 谢迎秋 刘玉乐,COTTON LEAF CURL VIRUS (CLCUV) PROMOTER AND ITS USE