1、一、项目名称植物雄性不育的分子调控机理二、申报奖种山东省自然科学奖三、申报单位山东农业大学四、推荐单位意见植物生殖发育的研究是生物学研究领域的热点之一，其成果将为农业生产实践提供重要信息。植物雄性不育一方面对于作物产量有不利影响，另一方面也是创制具有优异农艺性状的杂交种质的有效途径，因此是植物生殖生物学的重点研究方向。研究人员对于植物雄性不育的分子机理开展了深入的探索，取得了一系列重要学术成果。揭示了雄性孢子体绒毡层细胞对于雄配子体花粉发育的胞内控制因子，解析了由 NADPH 氧化酶时空特异性表达所产生的活性氧对于绒毡层程序性细胞死亡的关键作用，阐明了绒毡层程序性死亡与花粉发育的直接关系。首次
2、报道了绒毡层细胞内液泡介导的钙信号对于花粉发育的调控作用。从多条途径入手，深入解析了调控花粉管生长的信号分子及胞内遗传通路，初步创建了调控花粉管生长的遗传网络。该研究团队在短短五年间，紧紧围绕植物雄性不育的分子调控机制这一主线，分别从遗传、细胞和分子水平上开展研究工作，并巧妙利用模式植物及各种体外系统研究花粉发育及花粉管生长的分子机制，形成了独特的研究优势和特色，在国内外受到同行的广泛好评，产生了良好的影响。项目系统地发表了 9 篇高水平的学术论文，先后被许多国际著名刊物引用，充分说明其研究成果在国内乃至国际同行中得到了认可。该成果对于了解植物雄性不育的分子机制和认识作物产量形成机理具有重要理
3、论意义和实践价值，为提升我省在该领域的学术水平和学术影响发挥了重要作用。对照山东省科学技术奖授奖条件，推荐该项目申报 2017 年度山东省自然科学奖一等奖。五、项目简介植物雄性不育是指植物雄性生殖器官不能产生正常功能的雄配子体-花粉的现象。雄性不育引起的植物之间杂交对于生物多样性十分重要，并且杂交授粉产生的杂交种通常比其亲本具有更好的农艺性状，即杂交优势。因此，研究雄性不育对于深入利用生物技术、生物工程，以增加作物产量有着重要的意义。本项目从组织、细胞和分子水平系统研究了植物雄性不育的分子基础，深入探讨了雄配子体育性的调控机制，取得了如下主要成果。1、探讨了孢子体绒毡层细胞调控雄配子体发育的分
4、子机理，为创制作物雄性不育种质提供了重要科学资料。雄配子体花粉的发育依赖于其邻近的孢子体绒毡层细胞。绒毡层通过程序性死亡，为花粉发育提供营养及信号。前人的研究工作主要揭示了绒毡层程序性细胞死亡过程中转录因子级联，而对于控制该过程的胞内信号分子尚不清楚。申报人团队揭示了 NADPH 氧化酶通过时空特异性表达，控制绒毡层活性氧水平，影响绒毡层细胞程序性凋亡的启动及进程，进而调控花粉发育的新机制；揭示了棕榈酰转移酶 PAT10 通过控制钙信号蛋白 CBL 在绒毡层液泡膜上的定位，调控绒毡层细胞的生长发育，继而影响花粉发育的分子机制。2、解析了花粉管进行顶端生长并感受雌性引导信号从而输送精细胞的多条信
5、号途径，揭示了配子体型雄性不育的分子机理。雄配子体花粉通过顶端生长，产生花粉管，从而输送精细胞到胚囊完成双受精。花粉管的顶端生长还具有方向性，可以感受雌性引导信号，从而改变生长轴向。申报人团队揭示了顶端生长调节蛋白 ROP 的上游元件；报道了适配蛋白 AP1 通过介导蛋白的亚细胞分拣，从而调控花粉管生长的途径；揭示了磷脂磷酸酶 PTEN 介导的 PI3P 通过影响细胞自噬而调控花粉管生长的分子机理；证明 PAT10-CBL2/3 介导的液泡钙信号影响花粉管的生长速度；鉴定出花粉管表面感受雌蕊信号并引发导向生长的糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白 COBL10。上述成果发表 SCI 论文 9 篇，均为 JC
6、R 一区论文，影响因子均在 5 以上，总影响因子 61.463，发表当年单篇最高影响因子 9.575。据不完全统计，发表的论文被 SCI 他引 126 次，包括被 Physiological Reviews (IF:30.924)，Annual Review Plant Biology (IF: 22.131)，Trends in Plant Science (IF: 10.899)， Nature Communications (IF: 11.329)，Proc Nat Acad Sci USA (IF: 9.423)等国际著名的综述及研究期刊多次引用。本成果中雄性孢子体细胞控制配子体发育的
7、分子机制被著名学术评论机构 Faculty 1000 作为新发现推荐。本成果中花粉管生长的调控机制在国内及国际同行中产生了较大的影响，被 Molecular Plant 的花粉生物学专刊引述，并受邀为 Molecular Plant 等刊物撰写综述。六、客观评价1、代表性论文被收录、引用和推荐情况本项目 8 篇代表性论文均为 JCR 一区论文，影响影子全部在 5 以上，发表当年最高影响因子 9.575。据不完全统计，发表的论文被 SCI 他引 126 次，包括被 Annual Review Plant Biology (IF: 22.131)，Trends in Plant Science (
8、IF: 10.899)，Nature Communications (IF: 11.329)，Proc Nat Acad Sci USA (IF: 9.423)，Current Biology (IF: 8.983)等国际著名的综述及研究期刊多次引用。其中三篇研究论文被选为中国植物科学年度进展推荐。本成果中雄性孢子体细胞控制配子体发育的分子机制被著名学术评论机构 Faculty 1000 作为新发现推荐。本成果中花粉管生长的调控机制在国内及国际同行中产生了较大的影响，被 Molecular Plant 的花粉生物学专刊引述，并受邀为 Molecular Plant, Science China
9、 Life Science 等刊物撰写综述。2、在国际国内重要学术会议上做学术报告本项目主要研究人员张彦教授先后多次应邀参加领域内专业会议并作会议报告（部分会议报告）2016 年 10 月 9 日-12 日，湖北武汉， “全国植物生物学研讨会 ”，报告题目：“植物细胞顶端生长的正反馈调控途径” ；2016 年 9 月 23 日-25 日，浙江杭州， “全球华人遗传学大学 ”，报告题目：“AP1G-mediated vacuolar acidification participates in synergid-controlled pollen tube reception”；2015 年 12
10、 月 18 日-20 日，浙江金华， “全国植物细胞生物学大会 ”，报告题目：“Vesicle trafficking on cell polarity and intercellular communication”；2015 年 8 月 20 日-22 日，陕西杨凌， “全国植物基因组学大会 ”，报告题目：“AP1G-mediated vacuolar acidification participates in synergid-controlled pollen tube reception”；2015 年 8 月 3 日-5 日，上海， “International Symposium
11、 on Plant Reproductive Development”，报告题目： “Dynamic vacuolar trafficking and acidification mediated by AP1G are critical for pollen development and female-controlled pollen tube reception”；2014 年 8 月 5 日-8 日，贵州贵阳， “植物生理及分子生物学年会 ”，报告题目: “蛋白棕榈酰化调控植株衰老的机理研究” ；2014 年 10 月 19 日-22 日，山东泰安 “1st Internationa
12、l Symposium on Pollination and Fertilization” ，报告题目: “Vacuolar biogenesis in gametophytic function”；2013 年 9 月 20 日-22 日，黑龙江哈尔滨， “中国遗传学会年会 ”， 报告题目: “Regulatory mechanisms of protein targeting to the endomembrane system in plant cells”；2013 年 8 月 6 日-7 日，贵州贵阳， “全国植物学会女科学家分会会议 ” ，报告题目: “Regulatory mec
13、hanisms of intracellular protein targeting”；2013 年 7 月 16 日-18 日，上海， “International Symposium on Plant Reproductive Development”，报告题目: “Arabidopsis COBL10, a GPI-anchored protein, is a directional sensor in pollen tubes”；2012 年 10 月 26 日-28 日，上海， “Frontiers in Pollen Tube Biology” ，报告题目: “Arabidopsi
14、s COBL10, a GPI-anchored protein, is a directional sensor in pollen tubes”；2012 年 8 月 20 日-22 日，山东泰安， “全国植物基因组学会议 ” ，报告题目: “Regulatory mechanisms of intracellular protein targeting”；2012 年 10 月 10 日-13 日，陕西杨凌， “全国植物生物学研讨会 ”，报告题目: “Arabidopsis COBL10 is a male determinant of pollination”；2011 年 8 月 5
15、 日-7 日，山东泰安， “International Symposium of Crop Biology” ，报告题目: “PTEN regulates autophagy in Arabidopsis pollen tubes through PI3P”。3、获得的相关科技奖励及荣誉(1) 2015 年山东省研究生优秀科技创新成果奖“活性氧调控绒毡层细胞凋亡的分子机理” 。证书编号： 2015YJS006。颁发单位：山东省人民政府学位委员会。(2) 2016 年山东省优秀博士学位论文（导师） “拟南芥 NADPH 氧化酶介导动态活性氧的水平从而调控绒毡层程序性细胞死亡及花粉发育的研究”。证
16、书编号：B2016030。颁发单位：山东省人民政府/学位委员会。(3) 2015 年山东高等学校优秀科研成果奖（自然科学类） “活性氧调控花药绒毡层程序性死亡的分子机制”。证书编号：2015BZ20202。颁发单位：山东省教育厅。(4) 2016 年山东省高等学校科学技术奖“花粉管导向生长的分子网络”。证书编号：2016BK30428。颁发单位：山东省教育厅。 (5) 2014 年山东省留学人员回国创业奖。颁发单位：山东省人民政府。(6) 2015 年山东省青年科技奖。颁发单位：山东省委组织部，山东省人力资源和社会保障厅，山东省科学技术协会。4、获得支持的项目和基金(1) 重大科学研究计划课题
17、（973 计划）：花粉管导向生长的分子网络（编号2013CB945102） ，2013-2017 年，经费 769 万元；(2) 国家自然科学杰出青年基金：植物生殖生物学(编号 31625003)，2017-2021年，经费 400 万元；(3) 国家自然科学基金面上项目：活性氧调控花药绒毡层细胞程序性死亡的分子机理研究(编号 31471304)，2015-2018 年，经费 80 万元；(4) 国家自然科学基金委-香港研究局联合项目：棕榈酰转移酶 DHHC11 调控植物生长发育的分子及细胞机理研究(编号 31261160490)，2013-2016 年，经费 80万元；(5) 国家自然科学基
18、金面上项目：糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白 MDP 在花粉管生长和导向过程中的作用机理研究(编号 31271578)，2013-2016 年，经费 85 万元；(6) 国家自然科学基金重大研究计划培育项目：生长素和黄酮类互作在调控拟南芥花粉管生长中的分子机理(编号 91017003)，2011-2013 年，经费 60 万元；(7) 山东省自然科学杰出青年项目：植物生殖生物学(编号 JQ201207)，2012-2015 年，经费 50 万元；(8) 山东省泰山学者人才建设工程项目：植物生殖生物学；2011-2016 年，经费200 万元；七、代表性论文专著目录1、代表性论文专著目录序号论文专著名称发
19、表刊物（出版社）发表（出版）时间作者（按刊物发表顺序）1Spatiotemporal production of reactive oxygen species by NADPH oxidase is critical for tapetal programmed cell death and pollen development in Arabidopsis.Plant Cell 2014-05 Xie, Wan, Li, Zhang2PROTEIN S-ACYL TRANSFERASE10 is critical for development and salt tolerance in
20、Arabidopsis sPlant Cell 2013-03Zhou, Li, Feng, Zhang, Zhao, Yonglun Zeng, Hao Wang, Liwen Jiang, Yan Zhang3Arabidopsis COBRA-LIKE 10, a GPI-anchored protein, mediates directional growth of pollen tubes.Plant Journal2013-03Li, Ge, Xu, Zhao, Huang, Zhou, Wang, Kombrink, McCormick, Zhang, Zhang4HAPLESS
21、13, the Arabidopsis 1 adaptin, is essential for protein sorting at the trans-Golgi network/early endosomePlant Physiology2013-06Wang, Li, Zhao, Zhou, Huang, Feng, Zhang5Arabidopsis RopGEF4 and RopGEF10 are important for FERONIA-mediated developmental but not environmental regulation of root hair gro
22、wth.New Phytologist2013-08Huang, Li, Ge, Li, Wang, Zhang, Zhang6Overexpression of Arabidopsis thaliana PTEN Caused Accumulation of Autophagic Bodies in Pollen Tubes by Disrupting Phosphatidylinositol 3-Phosphate DynamicsPlant Journal2011-10Zhang, Li, Zhou, Fox, Pao, Sun, Zhou, McCormick7The Juxtamem
23、brane and carboxy-terminal domains of Arabidopsis PRK2 are critical for ROP-induced growth in pollen tubesJournal of Experimental Botany2013-10Zhao, Wang, Li, Ge, Zhou, McCormick, Zhang8The C-terminal hypervariable domain targets Arabidopsis ROP9 to the invaginated pollen tube plasma membraneMolecul
24、ar Plant2013-07 Li, Zhou, Feng, McCormick, Zhang八、主要完成人情况1、姓名：张彦 排名：1/5 技术职称：教授 工作单位：山东农业大学完成单位：山东农业大学对本项目主要学术贡献：主持参加本研究项目的立项申请，组织和部署研究计划的实施。对推荐书重要科学发现中所列第 1、2 项发现做出了创造性贡献，是所有代表性论文的通讯作者或共同通讯作者。曾获省级以上科技奖励情况：（1）2015 年山东省研究生优秀科技创新成果奖“活性氧调控绒毡层细胞凋亡的分子机理” （一等,研究生导师；颁发单位：山东省人民政府学位委员会；证书编号：2015YJS006）。（2） 2
25、016 年山东省优秀博士学位论文（导师）“拟南芥 NADPH 氧化酶介导动态活性氧的水平从而调控绒毡层程序性细胞死亡及花粉发育的研究”（颁发单位：山东省人民政府/学位委员会；证书编号：B2016030）。（3） 2015 年山东高等学校优秀科研成果奖（自然科学类）“活性氧调控花药绒毡层程序性死亡的分子机制”（二等，首位；颁发单位：山东省教育厅；证书编号：2015BZ20202）。（4） 2016 年山东省高等学校科学技术奖“花粉管导向生长的分子网络”（三等，第二位；颁发单位：山东省教育厅；证书编号：2016BK30428）。（5） 2014 年山东省留学人员回国创业奖（一等；颁发单位：山东省人
26、民政府）。（6） 2015 年山东省青年科技奖（颁发单位：山东省委组织部，山东省人力资源和社会保障厅，山东省科学技术协会）。2、姓名：李厦 排名：2/5 技术职称：副教授 工作单位：山东农业大学完成单位：山东农业大学对本项目主要学术贡献：对本项目重要科学发现中所列第一及第二项科学发现做出了创造性贡献，是第二、三、四、七篇篇代表性论文的第一作者或共同第一作者。曾获省级以上科技奖励情况：2016 年山东省高等学校科学技术奖“花粉管导向生长的分子网络”（三等，首位；颁发单位：山东省教育厅；证书编号：2016BK30428）。3、姓名：周良子 排名：3/5 技术职称：无 工作单位：德国雷登堡大学完成单
27、位：山东农业大学对本项目主要学术贡献：对本项目重要科学发现中所列第一及第二项科学发现做出了创造性贡献，是第二、第八篇代表性论文的第一作者或共同第一作者。 曾获省级以上科技奖励情况：无。4、姓名：谢洪涛 排名：4/5 技术职称：无 工作单位：北京生命科学研究中心完成单位：山东农业大学对本项目主要学术贡献：对本项目重要科学发现中所列第一项科学发现做出了创造性贡献，是第一篇代表性论文的第一作者。曾获省级以上科技奖励情况：无。5、姓名：葛福荣 排名：5/5 技术职称：助理研究员 工作单位：山东省果树研究所完成单位：山东农业大学对本项目主要学术贡献：对本项目重要科学发现中所列第二项科学发现做出了创造性贡献，是第三篇代表性论文的共同第一作者。曾获省级以上科技奖励情况：无。九、完成人合作关系说明完成人系同事或师生关系，以作物生物学国家重点实验室为平台，作为同课题组成员进行共同研究。其中科学发现 1 由张彦、谢洪涛、周良子、李厦共同完成；科学发现 2 由张彦、李厦、葛福荣共同完成。
