基本信息
杨海滨  男    中国科学院华南植物园
电子邮件: yanghb@scbg.ac.cn
通信地址: 中科院华南植物园,广州市天河区兴科路723号
邮政编码: 510650

研究领域

我的研究兴趣是植物细胞结构和功能的分子机理,特别是细胞壁和细胞膜在植物生长、矿物质营养吸收和储存以及胁迫反应中的作用。植物细胞壁和细胞膜是植物细胞最外的两层细胞结构,具有保护细胞、胞内外转运、信号转导和细胞生长等多种重要功能。我将利用拟南芥、水稻和大豆进行以下几个方面的研究。

1. 植物细胞壁在细胞黏附和生长中的作用。

自然界千变万化的植物细胞形状由细胞的最外层—细胞壁决定的。当植物细胞壁被酶解去除后,所有的植物细胞都会变成圆形。不同的物种和组织具有不同的细胞壁分子组成和结构。细胞壁中的特殊结构-中胶层(middle lamella 像胶水一样把相邻细胞黏附在一起。然而,人们对细胞壁中参与细胞与细胞黏附的分子组成和结构了解得还很少。我们的研究数据表明果胶在植物细胞黏附中起着至关重要的作用。然而在一些特殊的组织中(如木质部),木质素和木聚糖也参与了植物细胞间的黏附。在这些组织中,果胶、木质素和木聚糖的相互作用共同决定了植物细胞间的黏附。植物细胞黏附为植物细胞发育提供位置信息,这对植物细胞的生长和分化非常关键。对植物细胞黏附的理解能帮助我们的对植物细胞分离进行控制,以提高生物质在生物能源转化中的效率。

植物细胞壁是一个动态变化的细胞结构。细胞壁在细胞的生长分化过程中不断的合成和重组以适应细胞的生长。细胞壁在功能上和细胞膜相互合作,紧密联系。细胞壁的合成与细胞膜的功能和转运密切相关。细胞壁和细胞膜的协同作用在细胞生长过程中非常重要。植物生长素能够快速刺激细胞伸长,该过程被称为酸化生长。生长素能够诱导和激活细胞膜质子泵(H+-ATPase)从而酸化细胞壁;细胞壁在细胞渗透压的作用下伸长达到细胞生长。植物细胞壁的一些水解酶和裂解酶如细胞壁松弛蛋白(expansin)就参与了这个过程。 然而细胞膜的生长、纤维素的合成以及其他细胞壁组分分泌是如何协调,以满足细胞快速伸长的机制仍然不清楚。此外细胞的伸长主要是在纵向的伸长,横向变化不多,这说明两个方向的生长速度是不一样的,人们对这种机制的调控也不清楚。我将从两个方面对此展开研究:1)对细胞壁在细胞伸长过程的合成、分解和调控进行研究;2)对细胞膜在细胞的极性生长、生长素的运输和细胞壁组分的分泌进行研究。这些研究将首先在模式植物拟南芥中进行,然后应用到农作物中以提高作物的生长而达到生物质和粮食产量的增长。

2. 细胞膜转运在植物发育和胁迫反应中的作用。

植物细胞膜转运的能量由跨膜的质子梯度提供。质子泵维持着细胞膜内外的质子梯度。植物中有三个质子泵家族:细胞质膜质子泵(P-ATPase)、液泡膜质子泵(V-ATPase)和液泡膜焦磷酸酶(H+-PPase)。我将研究三种质子泵的相互协调作用以及它们在植物胁迫反应中的功能。我的前期实验证明质子泵的相互协调在胁迫反应中具有重要功能。如在低磷胁迫反应中:1)低磷诱导液泡膜焦磷酸酶(H+-PPase)的表达。2)液泡膜焦磷酸酶(H+-PPase)提高了细胞质膜质子泵(P-ATPase)的数量。3)细胞质膜质子泵(P-ATPase)活性的增加促进了生长素的运输和根系的发育。4)细胞膜转运功能的提高和根系的发育促进了植物对磷和水的吸收。这个工作机理同样能够解释为什么植物过表达液泡膜焦磷酸酶( H+-PPaseAVP1后,具有抗盐、抗旱和抗低磷的能力。但是细胞质膜质子泵(P-ATPase)的数量是如何被AVP1提高的仍然不清楚。此研究将假设AVP1能够提高细胞质膜质子泵(P-ATPase)向细胞质膜的囊泡运输。我们的研究发现在低温胁迫下液泡膜质子泵(V-ATPase)的增加同样需要液泡膜焦磷酸酶(H+-PPase)的功能,所以液泡膜焦磷酸酶(H+-PPase)可能也参与了液泡膜质子泵(V-ATPase)往液泡的囊泡运输。液泡膜焦磷酸酶(H+-PPase)家族的不同成员可能参与了细胞质膜质子泵(P-ATPase)和液泡膜质子泵(V-ATPase)的运输。这种依赖pH的囊泡运输的调控在动物中存在,但其在植物中是否存在,以及是如何调控的仍需要更多的实验证明。

细胞膜转运同样对植物营养(如磷和铁)的运输和植物激素(如生长素)的转运至关重要。细胞膜质子梯度同样调节植物激素生长素的极性运输,生长素极性运输调节的植物发育和方向性生长(如向光、向地和向湿生长)对植物适应环境和胁迫反应也非常重要。植物ABCBPINAUX等转运蛋白的共同协调作用调控着植物生长素的极性运输。植物生长素的运输在拟南芥的发育中起着关键作用,过去的十几年的研究已经提供了很多的实验数据,然而植物生长素的运输对大豆的发育的作用仍不清楚。我将研究生长素和植物磷和铁在大豆中的运输,以及生长素对大豆植株和根系的发育以及磷和铁营养吸收的调控作用。

研究意义和目标:植物细胞膜和细胞壁在植物生长和胁迫反应的功能性研究将有助于我们提高植物在胁迫条件下的产量。我的目的是发现植物细胞壁合成和细胞膜的转运机制,并将相关技术应用到农作物优良品种的培育中,以提高植物的抗逆能力,在气候变化和过度开发导致的水和营养资源日益缺乏的情况下保证农作物的产量。植物细胞壁的研究能够帮助我们提高生物质的产量和生物能源转化效率。

招生信息

   
招生专业
071010-生物化学与分子生物学
090302-植物营养学
090321-环境污染过程与生态修复
招生方向
植物细胞壁
植物抗性
植物发育

教育背景

2002-05--2006-12   美国康涅狄格大学   博士
1998-09--2001-07   中国农业大学   硕士
1994-09--1998-07   南昌大学   学士
学历
   
学位
Ph D

工作经历

   
工作简历
2018-01~现在, 中科院华南植物园, 研究员
2011-08~现在, 美国普渡大学, 植物学研究员
2006-10~2011-07,美国普渡大学, 博士后
2001-07~2002-04,中科院北京基因组学研究所, 研究助理
社会兼职
   

教授课程

   

专利与奖励

   
奖励信息
(1) 普渡农学TEAM合作奖, 一等奖, 研究所(学校), 2014
(2) 大美洲植物细胞膜会Travel 奖, 一等奖, 其他, 2012
(3) 美国康涅狄格大学博士论文奖学金, 一等奖, 研究所(学校), 2006
(4) 康涅狄格大学 Clifford R. Burr 奖学金, 一等奖, 研究所(学校), 2005
(5) 康涅狄格大学 Clifford R. Burr 奖学金, 一等奖, 研究所(学校), 2004
(6) 康涅狄格大学 Clifford R. Burr 奖学金, 一等奖, 研究所(学校), 2003
(7) 康涅狄格大学 Clifford R. Burr 奖学金, 一等奖, 研究所(学校), 2002
专利成果
   

出版信息

   
发表论文
(1) Enhanced rates of enzymatic saccharification and catalytic synthesis of biofuel substrates in gelatinized cellulose generated by trifluoroacetic acid, Biotechnol Biofuels, 2017, 第 3 作者
(2) Cell wall targeted in planta delivery of iron enhances both biomass conversion and nutrition in Arabidopsis and rice., Plant Biotechnology J. 14(10): 1998-2009., 2016, 第 1 作者
(3) Job-sharing in the endomembrane system: Vacuolar acidification requires the combined activity of V-ATPase and V-PPase, Plant Cell. 27: 3383-3396, 2015, 第 9 作者
(4) Overexpression of the Arabidopsis proton-pyrophosphatase AVP1 enhances transplant survival, root mass, and fruit development under limiting phosphorus conditions., J. of Experimental Botany. 65: 3045-3053, 2014, 通讯作者
(5) Transgenic ferritin overproduction largely enhances thermochemical pretreatments in Arabidopsis. Biomass and Bioenergy, Biomass and Bioenergy. 72: 55-56, 2014, 第 1 作者
(6) Sterols and sphingolipids differentially function in trafficking of the Arabidopsis ABCB19 auxin transporter, Plant J. 74(1):37-47., 2013, 第 1 作者
(7) The Arabidopsis concentration-dependent influx/efflux transporter ABCB4 regulate cellular auxin levels in the root epidermis, Plant J. 69: 640-54., 2012, 第 1 作者
(8) phot1 inhibition of ABCB19 primes lateral auxin fluxes in the shoot apex required for phototropism., PloS Biology. 9: e1001076., 2011, 第 2 作者
(9) Tobacco nicotine uptake permease (NUP1) affects alkaloid metabolism, Proc. Natl. Acad. Sci USA. 108:18179-84., 2011, 第 3 作者
(10) Alkoxy-auxins are selective inhibitors of auxin transport mediated by PIN, ABCB, and AUX1 transporters, J Biol. Chem. 286:2354-64., 2011, 第 1 作者
(11) Arabidopsis PIS1 encodes the ABCG37 transporter of auxinic compounds including the auxin precursor indole-3-butyric acid, Proc. Natl. Acad. Sci USA. 107:10749-53., 2010, 第 4 作者
(12) Functional expression and characterization of Arabidopsis ABCB, AUX1 and PIN auxin transporters in Schizosaccharomyces pombe., Plant J. 59: 179-91., 2009, 第 1 作者
(13) Enhanced phosphorus nutrition in monocots and dicots over-expressing a phosphorus-responsive type I H+-pyrophosphatase, Plant Biotechnol J. 5: 735-45., 2007, 第 1 作者
(14) Up-regulation of a vacuolar H+-PPase as a strategy to engineer drought-resistant crop plants., Proc. Natl. Acad. Sci USA 102: 18830-18835., 2006, 第 5 作者
(15) Arabidopsis H+-PPase AVP1 regulates auxin mediated organ development., Science 310: 121-125, 2005, 第 1 作者
发表著作
   

科研活动

   
科研项目
   
参与会议
   

合作情况

   
项目协作单位
   

指导学生