学术活动
研究组
 
           

李建明

研究员,博士生导师

中组部“千人计划”入选者

电话:(86) 21-57078226
Email: jmli@sibs.ac.cn

研究方向

植物分子遗传学

研究工作

多细胞生物的生存依赖于细胞通讯,而这种细胞之间的通讯调控着不同组织和器官中细胞的代谢、生长、分化、甚至死亡。激素是细胞间通讯的最主要的方式。激素与细胞表面受体的结合起始了一系列生物化学反应,最终导致细胞核内基因活性的改变。由于蛋白质的生化功能取决于其正确的三维结构,因此,真核细胞生物内质网内配备有几种质量监控系统来监督细胞膜蛋白和分泌蛋白的折叠过程。在这种监控系统的监测下,只有正确折叠的蛋白质才会被输送出内质网到达最终的亚细胞位置,错误折叠或者不完全折叠的蛋白质将被留在内质网中,最终在细胞质中被降解。激素信号通路的异常、蛋白结构改变或者质量监控的不严格会引起很多种人类疾病,比如癌症、糖尿病、帕金森和老年痴呆等神经错乱性疾病。

在众多的激素中,甾醇类激素由于是动、植物体中普遍存在的信号分子并且能够控制许多相似的细胞行为过程而广受关注。在动物体中,甾醇类激素进入细胞与特定的细胞内受体结合,起始相应的信号转导过程。甾醇类激素-受体复合物进入细胞核,通过“打开”和“关闭”下游基因来调节基因的表达,引起特定的细胞学反应。此外,甾醇类激素也可以与细胞表面的受体结合将甾醇类信号传输进入细胞膜,激活第二信使系统,产生快速的细胞学反应却不改变细胞核内基因的活性。在植物体中,研究最清楚的是油菜素甾醇(因为第一种植物甾醇类激素是从油菜Brassica napus中分离得到而简写为BR)。BR与BRI1结合后快速启动细胞内信号的级联放大,最终“打开”和“关闭”数百个影响植物正常生长的基因。不能有效合成BR或者不能有效传导油菜素甾醇信号的植物突变体,通常会呈现矮化的性状,并伴随有雄性不育和延迟开花等表型。外源施加BR或者增加内源BR的合成,不但可以增加作物的产量,同时还可以增强植物对外界环境胁迫的抗性。深入理解BR信号通路过程以及与其他植物信号通路的相互作用,可以更有效地增加植物产量、增强食品安全和改善营养失调,进而改善或解决这些被世界卫生组织认为对世界公共安全具有最大威胁的问题。

我们实验室的研究重点是阐明植物油菜素甾醇激素的整个信号传导过程,以及油菜素甾醇激素与其他植物激素信号通路交叉的生化机制。在过去的15年,李建明研究员在密歇根大学的实验室和世界上其他几个研究BR信号通路的研究组,已经发现了BR信号通路中的几个重要组分,并阐明了它们的生化功能。然而,我们对植物油菜素甾醇的了解还远远不够。对于BR信号途径的时空分布以及其中关键组分的组织特异性表达基本一无所知。之前认为,油菜素甾醇可以不改变基因表达而引起某些生理应答,然而我们对于这种核不依赖性信号机制还知之甚少。因此,我们将采用遗传学、生物化学、细胞生物学、基因组学以及蛋白质组学相结合的方法:寻找在植物组织中特异表达的BR信号调控因子;以及参与BR与其他已知植物激素信号途径交叉的蛋白质;并研究它们的细胞学行为以及生化性质。

我们实验室的另一个重要研究方向是阐明内质网中蛋白质质量控制过程的生化机制。内质网质量监控系统(ERQC)不但可以将错误折叠或者不正确折叠的蛋白质滞留在内质网内,而且可以识别并且将折叠错误的蛋白质在细胞质中降解。 我们最近的研究表明两个已知的BR受体突变体bri1的表型并不是由于BRI1不能结合油菜素甾醇引起,而是由于BRI1蛋白的错误折叠被滞留在内质网内最终被降解引起的。我们还发现ERQC系统缺陷可以使滞留在内质网的BRI1“逃”出一小部分到质膜,这部分突变的bri1蛋白仍然可以结合BR激活信号级联反应,促进植物生长。这些有趣的发现使得bri1的两个突变体成为非常好的遗传材料可进一步用于植物ERQC系统的遗传和生化机制的研究。目前我们已经进行了几个大规模的诱变项目,辅以蛋白质组学筛选,寻找植物ERQC体系的新组分。随后,我们将利用一系列不同的实验方法来研究这些新组分的生化、细胞学以及生理学功能。