集中以大豆（子叶型油料种子）和蓖麻（胚乳型油料种子）为研究对象，重点解析种子发育、油脂和蛋白累积以及种子大小形成的分子调控机制。同时，本团队也致力于解析作物栽培驯化过程中重要农艺性状形成的遗传基础。具体研究内容如下：

l 种子发育和储藏物质累积的分子机制：

重点回答1）哪些基因是种子形成和发育所必须的；2）不同植物种子累积的储藏物质为什么差异如此之大，即解析种子碳（光合作用产物蔗糖）运输和分配的机制。目前鉴别了大量种子（包括胚和胚乳）发育和物质累积（储藏油脂和蛋白）的关键转录因子，如AGL62、LEC1、LEC2、WRI1、FUS3、ABI3等，但对这些转录因子形成的调控网络以及下游靶标尚不清楚。因此，本团队将利用转录组测序（单细胞和空间转录组），代谢组以及CUT&Tag技术，结合转基因和基因编辑技术，集中解析种子发育和碳分配的调控机制，旨在为种子储藏物质（油脂和蛋白）的定向改良提供理论指导。

2 种子/胚乳形成和发育的表观调控机制：

在高等植物在双受精过程中，不仅父母本的基因组被传入了后代，而且其表观遗传信息（DNA甲基化和组蛋白修饰）也被整合到后代组织中。然而，关于表观因子对种子形成、发育和储藏物质累积的调控作用知之甚少。我们前期的研究表明，在雌雄配子体形成和发育过程中发生了大量的表观重排（epigentic reprogramming），激活了种子发育、物质累积和成熟关键因子（LEC1、LEC2、WRI1、FUS3、ABI3等）的表达。同时，我们发现在雌雄配子体形成和发育过程中，父母本基因组在部分区域发生了差异的表观重排，导致了基因组印记（genomic imprinting）现象的产生，即基因只表达母源或者父源等位基因，受到了亲本来源影响（parent-of-origin effect）。目前研究发现基因组印记在胚乳发育和储藏物质累积中发挥重要作用。此外，父母本基因组的表观差异也导致了其功能的分化，产生了亲本冲突（kin conflict）和亲本基因组剂量效应，即增加母本基因组通常会限制母本资源向种子的分配，导致种子变小，而增加父本基因组通常会促进资源向种子的分配，导致种子变大。但是，目前关于这些非孟德尔现象在种子中发生的机制和生物学意义尚缺乏足够的认识。因此，本团队将利用DNA甲基化测序、组蛋白修饰ChIP-seq测序以及染色体开放ATAC-seq测序，结合分子实验和转基因技术，深入解析种子发育和大小形成的表观调控机制，旨在为种子性状的分子育种提供新的理论。

3 植物栽培驯化过程中重要农艺性状变异的遗传和表观遗传基础：

植物驯化是人类农业文明和社会进步的重要推动力之一，是将野生植物资源的自然繁殖过程变为人工可控的栽培过程，使植物朝着人类所需要的性状进化。在人类长期的驯化和选择下，植物的许多性状发生了显著的改变，极大地提高了其产量和品质，满足了人类对粮食和果蔬不断增长的物质需求。高通量测序技术和组学方法的发展，特别是泛基因组学（pangenome）的发展，极大地促进了作物驯化性状的遗传解析。人类早期对作物的驯化和选择，其本质是对目标性状的人工选择，因此，这种选择方式作用于所有能够影响目标性状的可遗传信息，既包括基因组序列信息，也包括表观遗传信息。然而，目前关于表观遗传在作物栽培驯化和性状演化中的作用知之甚少。本团队致力于利用群体遗传学和现代测序技术，解析群体遗传变异和表观遗传变异规律，揭示表观遗传变异与遗传变异之间的关系；借助GWAS或者EWAS技术，阐明植物表型变异/重要农艺性状形成的遗传与表观遗传基础。利用表观遗传学手段鉴别野生和栽培作物基因组的顺式调控元件（如核心启动子、增强子等），揭示其遗传变异或者表观变异对基因的表达调控以及在重要农艺性演化中的作用，旨在为作物重要农艺性状的精准育种提供重要的遗传资源。

     热烈欢迎对种子生物学和表观遗传学感兴趣的同学攻读硕士和博士学位，致力于解码 “生命是如何被保存在小小的种子中（生命的时间胶囊），又如何有序的绽放”。

071010-生物化学与分子生物学
071001-植物学
0710J3-生物信息学

种子发育与油脂代谢
植物表观遗传学
表型变异与适应性进化

2013-09--2016-12   云南大学   理学博士学位
2009-09--2012-07   扬州大学   理学硕士学位
2005-09--2009-07   河北师范大学   学士学位

博士研究生

理学博士

   

（1） 云南省高层次人才培养支持计划 “青年拔尖人才”, 省级, 2020
（2） 云南省科学技术奖励, 二等奖, 省级, 2020
（3） 中国科学院青年创新促进会会员, 院级, 2019

（ 1 ） 一种对质子浓度发生响应的荧光探针及其应用, 发明专利, 2021, 第 4 作者, 专利号: ZL 2018 1 1562387.4

（ 2 ） 一种植物基因组差异甲基化区域的检测方法, 发明专利, 2020, 第 5 作者, 专利号: ZL 2018 1 1561956.3

​代表性论文（#共同第一；*通讯作者）：

Jiazhi Liu^#, Yan Li^#, Jing Li, Wen Chen, Bangzhen Pan, Aizhong Liu, Zeng-Fu Xu, Wei Xu*, Changning Liu*. 2024. EupDB: An integrative and comprehensive functional genomics data hub for Euphorbiaceae plants. Plant Communications. 5(1):100683.

Bing Han, Yelan Li, Di Wu, De-Zhu Li, Aizhong Liu*, Wei Xu*. 2023. Dynamics of imprinted genes and their epigenetic mechanisms in castor bean seed with persistent endosperm. New Phytologist. 240(5):1868-1882.

Bing Han^#, Di Wu^#, Yan-Yu Zhang, De-Zhu Li, Wei Xu* and Aizhong Liu*. 2022. Epigenetic regulation of seed-specific gene expression by DNA methylation valleys in castor bean. BMC Biology. 20(1): 57.

Yanyu Zhang, Yelan Li, Bing Han, Aizhong Liu and Wei Xu*. 2022. Integrated lipidomic and transcriptomic analysis reveals triacylglycerol accumulation in castor bean seedlings under heat stress. Industrial Crops & Products. 180: 114702.

Shibo Wu, Di Wu, Juan Song, Yanyu , ZhangQing Tan, Tianquan Yang, Songbiao Wang*, Jianchu Xu*, Wei Xu* and Aizhong Liu*. 2022. Metabolomic and transcriptomic analyses reveal new insights into the role of abscisic acid in modulating mango fruit ripening. Horticulture Research. uhac102.

Wei Xu, Di Wu, Tianquan Yang, Chao Sun, Zaiqing Wang, Bing Han, Shibo Wu, Anmin Yu, Mark A. Chapman, Sammy Muraguri, Qing Tan, Wenbo Wang, Zhigui Bao, Aizhong Liu* and De-Zhu Li*. 2021. Genomic insights into the origin, domestication and genetic basis of agronomic traits of castor bean. Genome Biology. 22(1): 113.

Wei Xu, Libin Zhang, Anthony B. Cunningham, Shan Li, Huifu Zhuang, Yuhua Wang* and Aizhong Liu*. 2020. Blue genome: Chromosome-scale genome reveals the evolutionary and molecular basis of indigo biosynthesis in Strobilanthes cusia. The Plant Journal. 104: 864–879.

Wei Xu, Tianquan Yang, Lijun Qiu, Mark A. Chapman, De-Zhu Li and Aizhong Liu*. 2019. Genomic analysis reveals rich genetic variation and potential targets of selection during domestication of castor bean from perennial woody tree to annual semi-woody crop. Plant Direct. 3(10): e00173.

Wei Xu, Tianquan Yang, Bin Wang, Bing Han, Huangkai Zhou,Yue Wang, Dezhu Li and Aizhong Liu*. 2018. Differential expression networks and inheritance patterns of long non-coding RNAs in castor bean seeds. The Plant Journal. 95(2):324-340.

Tianquan Yang, Qian Yu, Wei Xu*, De-zhu Li, Fu Chen and Aizhong Liu*. 2018. Transcriptome analysis reveals crucial genes involved in the biosynthesis of nervonic acid in woody Malania oleifera oilseeds. BMC Plant Biology. 18(1): 247.

Wei Xu^#, Zexi Chen^#, Naeem Ahmed, Bing Han, Qinghua Cui*, and Aizhong Liu*. 2016. Genome-Wide Identification, Evolutionary Analysis, and Stress Responses of the GRAS Gene Family in Castor Beans. International Journal of Molecular Sciences. 17(7): 1004.

Wei Xu^#, Tianquan Yang^#, Xue Dong, De-zhu Li, and Aizhong Liu*. 2016. Genomic DNA methylation analyses reveal the distinct profiles in castor bean seeds with persistent endosperms. Plant Physiology. 171(2): 1242-1258.

Wei Xu, Mengyuan Dai, Fei Li and Aizhong Liu*. 2014. Genomic imprinting, methylation and parent-of-origin effects in reciprocal hybrid endosperm of castor bean. Nucleic Acids Research. 42(11): 6987-6998.

Wei Xu, Li Fei, Lizhen Ling and Aizhong Liu*. 2013. Genome-wide survey and expression profiles of the AP2/ERF family in castor bean (Ricinus communis L.). BMC Genomics. 14: 785.

Wei Xu^#, Qinghua Cui^#, Fei Li and Aizhong Liu*. 2013. Transcriptome-wide identification and characterization of MicroRNAs from castor bean (Ricinus communis L.). PLoS ONE. 8(7): e69995.

（1） The castor bean genome-10 Chapter: Epigenetic Regulation in Castor Bean Seeds DNA Methylation and Genomic Imprinting in Castor Bean, Springer International Publishing, 2019-03, 第 1 作者

   

（ 1 ） DNA甲基化在蓖麻栽培驯化中的变异规律和作用机理研究, 负责人, 国家任务, 2024-01--2027-12
（ 2 ） 重要作物野生近缘种关键经济性状功能调控元件挖掘, 负责人, 研究所自主部署, 2023-11--2027-10
（ 3 ） 蓖麻胚乳基因组印记功能与调控机制研究, 负责人, 研究所自主部署, 2022-07--2024-12
（ 4 ） 重要油料作物种质资源发掘和产量性状形成的遗传机理研究, 负责人, 地方任务, 2021-01--2025-12
（ 5 ） 蓖麻起源、进化以及种子发育调控研究, 负责人, 中国科学院计划, 2020-01--2023-12
（ 6 ） 蓖麻胚乳基因组印迹对储藏物质代谢的调控及其发生的分子机理研究, 负责人, 国家任务, 2020-01--2023-12
（ 7 ） 蓖麻栽培驯化和表型变异的遗传和表观调控研究, 负责人, 研究所自主部署, 2019-03--2024-03
（ 8 ） 长链非编码RNAs在蓖麻胚 乳发育过程 中的表达网 络及其表观调控研究, 负责人, 国家任务, 2018-01--2020-12

（1）DNA甲基化谷对蓖麻种子特异基因表达的调控   第八届全国种子科学与技术学术研讨会   2023-05-28
（2）蓖麻种子基因组印迹、DNA甲基化与长链非编码RNAs   第五届全国计算生物学与生物信息学学术会议   2018-04-21

​与英国University of Southampto的Mark A. Chapman教授合作，在国际主流期刊 Genome Biology 和 Plant Direct 上发表合作论文；

获得两项中国科学院国际人才交流项目

已指导学生

周倩倩  硕士研究生  086000-生物与医药  

现指导学生

蒋凤霞  硕士研究生  086000-生物与医药  

陈沛沛  硕士研究生  071010-生物化学与分子生物学