顾红雅 教授

顾红雅 教授

基因演化研究组

北京大学生命科学学院教授

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1、植物遗传多样性、演化及植物分子生物学的研究;目前具体的内容为植物表皮蜡质发育调控的分子机制、拟南芥野生居群的遗传多样性及环境适应的分子机制、以及一些植物基因家族的功能和演化研究。

植物表皮蜡质发育的调控网络研究。植物在从水生演化为陆生的过程中产生了覆盖其表面细胞的疏水脂类——角质层,以适应陆地上相对干燥的环境。角质层的发育是众多基因调控与环境互作的结果,但其调控机制不是很清楚。我们发现拟南芥中AtCFL1编码的CFL1通过与一个重要的植物转录因子HDG1发生相互作用来调节其功能,而HDG1这个转录因子直接参与调控两个角质层发育过程中的关键基因BDG和FDH的表达 (Wu et al., Plant Cell, 2011)。我们鉴定到的另两个bHLH转录因子CFLAP1 和CFLAP2与AtCFL1蛋白存在体外和体内的互作。进一步研究表明,AtCFL1通过同一个结构域与不同的转录因子发生蛋白—蛋白相互作用,协调下游基因的表达,进而调控角质层的发育 (Li et al., PLoS Genetics, 2016)。

拟南芥自然居群适应环境温度的分子机制研究。环境温度是植物自然分布的主要显著因子之一,植物适应环境温度的分子机制是演化生物学的研究热点之一。中国长江流域拟南芥居群作为世界拟南芥自然居群的重要组成部分,分布在该物种的最东南区域。冷冻实验表明,分布在长江流域的野生拟南芥耐冻水平与其分布生境温度呈显著负相关;低温下的表达谱分析证明了这些野生居群在冷胁迫响应的通路上发生了遗传分化;冷胁迫响应关键因子CBF3的表达分析显示,长江流域居群该基因启动子区存在大片段的序列突变,造成了该区域内所有居群CBF3丧失了对冷胁迫响应的能力,而CBF2在较温暖地区不抗冻居群中存在一个移码突变,造成了该等位基因编码的蛋白质翻译的提前终止,并产生了不具有转录激活活性的蛋白质。这些结果表明,CBF2基因在长江流域居群之间的序列多样性是该区域野生拟南芥冷胁迫响应途径自然分化的遗传学基础之一 (Kang et al., New Phytologist, 2013)。对广布于世界各地的500多个拟南芥个体中CBF1~3基因序列分析发现,这三个基因都存在着较为丰富的序列变异。对其中代表性等位基因在低温下的表达量、翻译产物的激活活性分别进行了检测,并将其与代表性个体的生境温度相关性进行显著性检测,结果发现绝大部分CBF1和大部分CBF2的激活活性非常稳定,CBF3的激活活性与生境温度显著相关。CBF1和CBF3在低温下的表达量也与代表性个体的生境温度显著相关,但CBF2表达量并不相关。这些结果表明CBF3可能对居群适应当地的温度起较为关键的作用。


Sun Y, Huang JY, Zhong S,Gu HY, He S, Qu LJ. (2018) Novel DYW-type pentatricopeptide repeat (PPR) protein BLX controls mitochondrial RNA editing and splicing essential for early seed development of Arabidopsis.J Genet Genomics.,45: 155-168.
Hong L, Lu MD, Dinel MP, Blain P, Peng W,Gu HY, Masson JF. (2018) Hybridization conditions of oligonucleotide-capped gold nanoparticles for SPR sensing of microRNA.Biosens Bioelectron., 109: 230-236.
Shi Y, Huang J, Sun T, Wang X, Zhu C, Gu H. (2017) The precise regulation of different COR genes by individual CBF transcription factors in Arabidopsis thaliana. J. Integr. Plant Biol., 59: 118-133.
Li S, Wang X, He S, Li J, Huang Q, Imaizumi T, Qu L, Qin G, Qu LJ, Gu H. (2016) CFLAP1 and CFLAP2 are two bHLH transcription factors participating in synergistic regulation of AtCFL1-mediated cuticle development in Arabidopsis. PLoS Genet.,12: e1005744.
Zhu D, Wu Z, Cao G, Li J, Wei J, Tsuge T, Gu H, Aoyama T, Qu LJ. (2014) TRANSLUCENT GREEN, an ERF family transcription factor, controls water balance in Arabidopsis by activating the expression of aquaporin genes. Mol. Plant, 7: 601-615.
Kang J, Zhang H, Sun T, Shi Y, Wang J, Zhang B, Wang Z, Zhou Y, Gu H. (2013) Natural variation of CBFs genes is a major cause of divergence in freezing tolerance among a group of Arabidopsis thaliana populations along the Yangtze River in China. New Phytol., 199: 1069-1080.
Chen Y, Chen Z, Kang J, Kang D, Gu H, Qin G. (2013) AtMYB14 regulates cold tolerance in Arabidopsis. Plant Mol. Biol. Rep., 31: 87–97.
Wu R, Li S, He S, Wassmann F, Yu C, Qin G, Schreiber L, Qu LJ, Gu H. (2011) CFL1, a WW domain protein, regulates cuticle development by modulating the function of HDG1, a class IV homeodomain transcription factor, in rice and Arabidopsis. Plant Cell, 23: 3392-3411.



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