植物基因编辑与种质创新团队

一、团队介绍

针对我国人均耕地资源缺乏和中低产田比例较大的现实，聚焦我国南方红壤酸性强、黏性重、较贫瘠以及农业生产肥料利用率低、季节性干旱和面源污染严重等重大问题，精准创制抗旱、耐瘠、耐酸、高产、优质等优良作物种质，详细解析它们的遗传基础及分子机理，并培育适合南方边际土地种植的优良作物品种，探索与该品种相配套的现代化栽培技术。围绕国家“碳达峰”和“碳中和”战略，抓住大豆生物固氮作用和作为环境友好作物的优势，培育“少化肥、高收益”的大豆新品种，减少农业“碳足迹”，以期实现边际土地产能扩增和生态效益提升。

二、团队成员简介

朱友林 教授、博士生导师，教育部高等学校生物技术、生物工程类专业教学指导委员会副主任，江西省普通高校本科专业综合评价专家委员会主任，中国植物学会常务理事，江西省植物学会名誉理事长，江西省青少年科普教育协会理事长，江西省欧美留学联谊会副会长，《高校生物学研究（电子版）》副主编，主讲《遗传学》等课程。

王东 教授、博士生导师，省部级人才；担任江西省植物学会、植物生理与植物分子生物学学会常务理事，中国植物生理与植物分子生物学学会理事，主讲《基因组学》等课程。

杨荣新 教授、博士生导师，省部级人才，主讲《表观遗传学》等课程。

李绍波 教授、博士生导师，江西省中青年骨干教师、南昌大学2018年度“十大教学标兵”、 校级人才、江西省生物化学与分子生物学会理事，主讲《分子生物学》等课程。

彭晓珏 教授、博士生导师，省部级人才，江西省植物生理学会常务理事。主讲《分子遗传学》等课程。

廖鹏飞 博士、副教授，2017年毕业于南昌大学生命科学学院。主讲《遗传学实验》等课程。

阎新 博士、讲师，省部级人才，主讲《遗传学》等课程。

王鑫 博士、副教授，2015年博士毕业于华中农业大学生命科学学院，2016年来南昌大学工作。主讲《植物基因工程》等课程。

钟丽梅 博士、实验师，南昌大学与美国圣路易斯华盛顿大学联合培养博士。主讲《生物信息学》等课程。

蒋丽芸 博士、讲师，2019年毕业于中国农业大学农学与生物技术学院，校级人才。主讲《蛋白质组学》等课程。

贺热情 博士、讲师，2017年毕业于湖南大学，校级人才。主讲《基因组学》等课程。

刘金龙 博士、讲师，2013年毕业于浙江大学，美国农业部农业研究中心访问学者，江西省科技特派员，校级人才。主讲《基因组学》等课程。

三、主要研究方向

1、大豆驯化的分子过程与相关性状形成的分子机制

在国际上最早开展植物SNP及其应用研究：首次报道了大豆基因组SNP频率及其分布规律（Zhu et al., 2003, Genetics），揭示了大豆驯化和育种过程中的SNP变化规律和导致大豆遗传基础狭窄的遗传瓶颈（David et al., 2006, PNAS）；首次报道了大豆软选择性清除的基因组印迹（Zhong et al., 2017, Mol. Ecol.）以及软选择、硬选择在驯化和育种中的相对贡献，明确了软选择性和硬选择性清除分别是野生大豆和栽培大豆的主要选择模式，并鉴定了一些非常有价值的高置信度的人工选择候选靶基因（Zhong et al., 2022, Mol. Ecol.）。这些候选靶基因与驯化综合症（重要农艺性状和经济性状）的关系及其在大豆绿色革命育种中的应用是目前研究的重点。

2、植物长链非编码RNA功能与作用机制解析

长链非编码RNA(long noncoding RNA，lncRNA)在植物生长发育与响应外界环境等过程中扮演着重要角色（Yang et al., 2023, J. Exp. Bot.）。系统解析了lncRNA DANA2与转录因子ERF84通过协同调控组蛋白去甲基化酶JMJ29表达，从而介导植物应答干旱胁迫；首次在植物中鉴定到了一类转座子相关的基因间长链非编码RNA（lincRNA），命名为TE-lincRNA（Wang et al., 2017, Plant J），并发现lincRNA，ARTA 通过调控转录因子MYB7的入核从而影响植物对ABA与干旱胁迫的应答（Yang et al., 2023, Dev. Cell）；详细解析了lincRNA FRILAIR通过noncanonical target mimic靶向调控miR397表达影响草莓果实的成熟（Tang et al., 2021, PLoS Genet.）。此外，我们已成功鉴定到一批参与植物干旱胁迫应答的lncRNAs，正在解析其作用的分子机制。

3、植物基因组编辑技术开发与应用

开发了能高效编辑甲基化胞嘧啶的单碱基编辑器APOBEC3BCtd-nCas9，对编辑框内多个胞嘧啶实现了单个C到T的精准编辑，同时证实了植物中DNA甲基化能抑制胞嘧啶脱氨酶催化的C到T的转换效率（Liu et al., 2022, Sci. China Life Sci.），并开发了DNA靶向去甲基化系统SunTag-dCpf1-TET1cd（Zheng et al., 2022, MicroPubl. Biol.）；在SpCas9基础上构建了xCas9，SpCas9-NG，XNG-Cas9，eSpCas9和exCas9基因编辑系统，对大豆中多个miRNA基因进行了编辑（He et al., 2022, aBIOTECH）；首次对芦笋aspSPL14基因位点进行编辑，实现了对其株型的改变，为未来芦笋理想株型的塑造建立了遗传基础（Zhou et al., 2023, Hortic. Res.）。目前，正在运用实验室建立的高通量大豆基因编辑体系对大豆全基因组共556个MIRNA基因位点进行靶向敲除，以期获得具有重要应用价值的大豆种质资源。

4、植物miRNA调控作物重要农艺性状的分子机制研究

开展了调控作物重要农艺性状的miRNA功能研究：阐释了miR528通过调控下游靶基因AO，改变水稻体内活性氧的积累水平，参与水稻条纹叶枯病病毒（RSV）的抗性反应（Wu et al., 2017, Nature Plant）；全面解析了miR528在水稻发育过程中的精细调控模式，揭示了OsSPL9-miR528-OsRFI2通路在水稻抽穗期控制中的重要调节作用（Yang et al., 2019, Molecular Plant）；目前，正在对CRISPR/Cas系统编辑的大豆MIRNA基因相关突变体进行全面分析，尤其是这些MIRNA基因在南方红壤和低磷胁迫下的调控功能和分子作用机制是我们接下来关注的重点。

5、水稻穗部性状调控基因的挖掘与利用

穗部性状直接决定了水稻籽粒产量的形成。首次报道了OsDLC3b影响水稻花粉发育、结实率、稻米产量和品质形成的表型功能（Liao et al., 2019, Plant Mol. Biol.），并获得了大量的调控水稻穗部性状的候选miRNA和蛋白编码基因；发现富含脯氨酸/甘氨酸的OsGPRP3通过影响水稻颖花细胞宽度、籽粒储藏蛋白和脂类物质积累来影响稻米的大小、形态与品质（Wang et al., 2020, J. Agric. Food Chem.），果糖激酶OsFRK3通过影响水稻籽粒灌浆过程中的淀粉积累，来调控水稻稻米的大小与品质（Zhang et al., 2023, J. Agric. Food Chem.），miR5511具有提高水稻籽粒产量的应用前景（国家发明专利：ZL 2020 1 1012122.4）。稻穗性状调控关键基因作用的分子机理研究及其应用推广是目前和今后的重点。

6、水稻细胞质雄性不育机制解析

水稻细胞质雄性不育(CMS)是研究植物核质互作的理想材料和水稻杂种优势的基础。首次鉴定了水稻红莲型细胞质线粒体不育基因orfH79的功能，明确了该基因通过扰乱线粒体功能导致了水稻红莲型花粉败育（Peng et al., 2010, BMC Plant Bio.）。 对江西省具有完全知识产权的水稻D1型的CMS现象开展了原创性的研究，在国际上首次克隆了水稻D1型细胞质线粒体基因orf182, 验证和揭示了orf182基因导致D1型水稻的败育机理（Peng et al., 2018, Plant J.）。目前，针对D1型无花粉型败育机制开展深入研究，以期改善“D1”型不育系花粉的败育方式，进一步提高不育系的异交率，降低“D1型”制种生产成本。

四、近三年（或五年）承担的主要项目

1、江西省国际科技合作项目，20232BBH80004，利用基因编辑技术或RNA纳米技术提高大豆抗旱性，120万元，2023-2026

2、国家自然科学基金，32360071，GmmiR164h调控低磷条件下大豆磷利用效率的机理研究，32万元，2024-2027

3、国家自然科学基金，32360155，果糖激酶影响水稻籽粒淀粉积累的分子遗传机理研究，32万元，2024-2027

4、国家自然科学基金，32360452，OsMYB58/63转录因子调控水稻高温胁迫响应的分子机制，32万元，2024-2027

5、国家自然科学基金，32360496，OsGAS2影响水稻结实率的遗传机理研究，32万元，2024-2027

6、江西省自然科学基金，20232BAB215024，长链非编码RNAs在大豆驯化过程中的作用，10万元，2023-2026

7、国家自然科学基金，32172074，水稻OsmiR414-OsCPY 调控模块应用于种子直播改良的探究，59万元，2022-2025

8、国家自然科学基金，32160070，基因间长链非编码RNA

DRAR在植物干旱胁迫应答中的作用及其分子机制，35万元，2022-2025

9、国家自然科学基金，32160449，水稻OsNF-YC5核因子调控籽粒大小的分子机理研究，35万元，2022-2025

10、国家自然科学基金，32160480，miR5511调控水稻穗部性状形成的遗传机理研究，35万元，2022-2025

11、国家自然科学基金，32072078，ZmmiR528调节氮依赖的玉米凯氏带形成和籽粒营养的机制研究，58万元，2021-2024

12、国家自然科学基金，32070627，根特异性的长链非编码RNA lincRNA9137调控植物干旱胁迫响应的分子机制，58万元，2021-2024

13、 国家自然科学基金，32060067，长链非编码RNA lincRNA13853调控植物干旱胁迫应答的分子机制研究，35万元，2021-2024

14、国家自然科学基金, 32060135, OsGPRP3影响水稻籽粒发育的遗传机理研究, 35万元，2021-2024

15、国家自然科学基金，32060491，大豆GmbHLH120在干旱胁迫中的作用及其分子机制，35万元，2021-2024

16、国家自然科学基金项目，31960124，新型孢子体败育水稻（D1型）细胞质雄性不育基因orf182作用机理研究，40万元，2020-2023

17、国家自然科学基金，31960433，大豆转录因子NAC4在干旱胁迫中的作用及分子机制，40万元，2020-2023

18、国家自然科学基金，31960138，长链非编码RNA TE-lincRNA11195调控植物脱落酸应答的分子机制，40万元，2020-2023

19、国家自然科学基金，31801050, 软选择性清除和硬选择性清除在大豆驯化过程中的作用，23万元，2019-2021

20、南昌大学青年人才培育项目，PYQN20230037，大豆驯化过程调控性非编码RNAs的遗传变异模式及选择作用模块研究，20万元，2023-2026

五、近三年（或五年）发表的主要论文和授权专利和出版著作、颁布标准等

论文：

1、Zhang Pengxiang#; He Reqing#; Yang Jun#; Cai Jingjing#; Qu Zhipeng; Yang Rongxin; Gu Jinbao; Wang Zhen-Yu; Adelson David L.; Zhu Youlin; Cao Xiaofeng*; Wang Dong*; The long non-coding RNA DANA2 positively regulates drought tolerance by recruiting ERF84 to promote JMJ29-mediated histone demethylation. Molecular Plant, 2023, 16:1339-1353.

2、Yang Jun#; He Reqing#; Qu Zhipeng; Gu Jinbao; Jiang Liyun; Zhan Xiangqiang; Gao Ying; Adelson David L.; Li Sisi; Wang Zhen-Yu; Zhu Youlin; Wang Dong*; Long noncoding RNA ARTA controls ABA response through MYB7 nuclear trafficking in Arabidopsis. Developmental Cell, 2023, 58: 1206-1217.

3、 Yang Jun; Ariel Federico; Wang Dong*; Plant long noncoding RNAs: biologically relevant and mechanistically intriguing. Journal of Experimental Botany, 2023, 74: 2364-2373.

4、Zhou Jingsong#; He Reqing#; Liu Xiaojing; Zhang Bingbing; Chen Guangyu; Wang Dong*; Zhu Youlin*; Manipulation of plant height in garden asparagus (Asparagus officinalis L.) through CRISPR/Cas9- mediated aspSPL14 allele editing. Hortic Res, 2023, 10: uhad096.

5、Zhong Limei*; Zhu Youlin*; Olsen Kenneth M*; Wild progenitors provide a sound baseline model for evolutionary analysis of domesticated crop species. Heredity, 2023, 130: 111-113.

6、Wang Huihui#; Ouyang Jiexiu; Jian Wenjia; Li Meng; Zhong Jiancong; Yan Xin; Gao Jiadong; Wang Xin*; Li Shaobo*; Rice miR5504 regulates plant height by affecting cell proliferation and expansion. Physiologia Plantarum, 2023, DOI: 10.1111/ppl.14023.

7、 Liu Zhi-Hong#; Tang Shanjie#; Hu Wentao; Lv Ruo; Mei Hailiang; Yang Rongxin; Song Xianwei; Cao Xiaofeng*; Wang Dong*; Precise editing of methylated cytosine in Arabidopsis thaliana using a human APOBEC3Bctd-Cas9 fusion. Science China of Life Science, 2022, 65: 219-222.

8、Zhong Limei; Youlin Zhu*; Olsen Kenneth M.*; Hard versus soft selective sweeps during domestication and improvement in soybean. Molecular Ecology, 2022, 31: 3137-3153.

9、Hu Zhao; Guo Yutan; Ying Suping; Chen Jie; Zhu Danpeng; Cai Lu; Wang Xiaowei; Liu Wei; Peng Xiaojue*; OsCBL1 affects rice seedling growth by modulating nitrate and phosphate responses. Gene. 2021, 796-797:145806.

10、Tang Yajun; Qu Zhipeng; Lei Jiajun; He Reqing; Adelson David L.; Zhu Youlin; Yang Zhenbiao*; Wang, Dong*; The long noncoding RNA FRILAIR regulates strawberry fruit ripening by functioning as a noncanonical target mimic. PLoS Genetics, 2021, 17: e1009461

11、Miao Chunbo*#; Wang Dong*#; He Reqing; Liu Shenkui*; Zhu Jian-Kang*; Mutations in MIR396e and MIR396f increase grain size and modulate shoot architecture in rice. Plant Biotechnology Journal, 2020, 18: 491-501.

12、Kang Xiang#; Cai Jingjing#; Chen Yexin#; Yan Yuchuan; Yang Songtao; He Reqing; Wang Dong*; Zhu Youlin*; Pod-shattering characteristics differences between two groups of soybeans are associated with specific changes in gene expression. Functional & Integrative Genomics, 2020, 20: 201-210.

13、Wang Xin #; Yan Xin #; Tian Xiaoxiao#; Zhang Zongfei; Wu Weiwei; Shang Junjun; Ouyang Jiexiu; Yao Wen*; Li Shaobo*; Glycine- and Proline-Rich Protein OsGPRP3 Regulates Grain Size and Quality in Rice. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2020, 68: 7581-7590.

14、Liu Xiaojing #; Wang Xin#; Yan Xin; Li Shaobo *; Peng Hui*; The Glycine- and Proline-Rich Protein AtGPRP3 Negatively Regulates Plant Growth in Arabidopsis. International Journal of Molecular Sciences, 2020, 21: 6168.

15、 Liao Pengfei #; Ouyang Jiexiu#; Zhang Jianjun; Yang Lan; Wang Xin; Peng Xiaojue; Wang Dong; Zhu Youlin*; Li Shaobo*; OsDCL3b affects grain yield and quality in rice. Plant Molecular Biology, 2019, 99: 193-204.

16、Yang Rongxin; Li Pingchuan; Mei Hailiang; Wang Dong; Sun Jing; Yang Chao; Hao Lili; Cao Shouyun; Chu Chengcai; Hu Songnian; Song Xianwei*; Cao Xiaofeng*; Fine-tuning of MiR528 accumulation modulates flowering time in rice. Molecular Plant, 2019, 12:1103-1113.

17、Wang Xin; Chen Jie; Liu Changai; Luo Junling; Yan Xin; Ai Aihua; Cai Yaohui; Xie Hongwei; Ding Xia; Peng Xiaojue*; over- expression of a protein disulfide isomerase gene from Methano- thermobacter thermautotrophicus, enhances heat stress tolerance in rice. Gene, 2019, 684:124-130.

18、Wang Xin; Yu Chao; Liu Yi; Lu Yang; Li Yang; Yao Wen; Cai Yicong; Yan Xin; Cai Yaohui; Li Shaobo; Peng Xiaojue*; GmFAD3A, A ω-3 Fatty Acid Desaturase Gene, Enhances Cold Tolerance and Seed Germination Rate under Low Temperature in Rice. International Journal of Molecular Sciences, 2019, 20:3796.

获批国家发明专利：

王东，唐雅君，2022年，草莓长链非编码RNA-FRILAIR及其在果实成熟中的应用，ZL201910756401.2

朱友林，王东，杨松涛，贺热情，蒋丽芸，2022年，两种甘薯U6基因启动子IbU6的克隆与应用，ZL202011328994.1

朱友林，周劲松，刘晓京，贺热情，张冰冰，王东，叶艳英，罗绍春，2022年，一种芦笋U6基因启动子AspU6p3及其克隆与应用，ZL202110173725.0

廖鹏飞，王乐权，李惠，李绍波，王鑫，朱友林，2022年，一种提高水稻耐盐能力的方法，ZL 202010913903.4

李绍波，王慧慧，王鑫，廖鹏飞，欧阳解秀，朱友林，2022年，一种利用水稻osa-miR5511基因提高水稻产量的方法，ZL 20201 1012122.4

李绍波，廖鹏飞，余云波，王静，王盼勇，仇忠凯，朱友林，2020年，一种利用OsDCL3b提高稻米中蛋白质和氨基酸含量的方法，ZL 201710718035.2

六、学生培养与就业

1、学生培养

团队现有学术型硕博研究生合计49名，其中硕士一年级13名，硕士二年级12名，硕士三年级12名；博士一年级3名，博士二年级2名，博士三年级7名。

2、学生就业

毕业硕博研究生就业渠道丰富多样，录取为公务员、考取事业编、进入公司、自主创业等。代表性就业单位如下：中华人民共和国农业农村部、中科院上海巴斯德研究所、中科院庐山植物园、江西省农业科学院、江西省科学院、四川省农业科学院等。

七、代表性成果

1、代表性成果1（200字以内）

研究论文The long non-coding RNA DANA2 positively regulates drought tolerance by recruiting ERF84 to promote JMJ29-mediated histone demethylation发表在Molecular Plant上。该研究发现lncRNA DANA2与转录因子ERF84相互作用并协同结合到JMJ29基因位点从而激活其转录，JMJ29的累积可引起干旱胁迫应答正调节因子ERF15和GOLS2基因座上的H3K9me2水平降低，导致ERF15与GOLS2的转录上调，进而增强植物耐旱性。

2、代表性成果2 （200字以内）

研究论文Long noncoding RNA ARTA controls ABA response through MYB7 nuclear trafficking in Arabidopsis发表在Developmental Cell上。当植物在正常生长条件下，MYB7通过结合SAD2且被其转运进入细胞核，从而抑制ABI5的表达。然而，在ABA处理或干旱胁迫的条件下，lincRNA ARTA转录水平上调，其转录本与细胞核中SAD2结合，导致MYB7与SAD2互作被破坏，进而使SAD2转运MYB7入核受阻，解除了MYB7对ABI5表达的抑制作用，使得ABI5表达上调。这一发现揭示了长链非编码RNA作为转录因子入核调节因子影响植物ABA应答的新功能，丰富了长链非编码RNA的功能与作用机制。

3、代表性成果3 （200字以内）

系统研究了水稻中miR528生物学功能及其调控模式：阐释了miR528可以通过抑制靶基因AO的表达，调节体内活性氧积累水平，最终参与水稻条纹叶枯病的抗性反应（Nature Plants，2017）。揭示了OsSPL9-miR528-OsRFI2通路在水稻抽穗期控制中的作用。并从转录水平和转录后水平对miR528的调控机制进行了系统性的研究，发现昼夜节律和植物发育时序在转录和转录后层面对成熟miR528的积累进行精细调控。此外，我们发现MIR528在水稻籼、粳亚种中存在自然变异和分化。转录因子OsSPL9对来自不同水稻品系MIR528启动子区的结合能力差异，是导致籼、粳稻中miR528积累水平差异的重要原因（Molecular Plant, 2019）。

4、代表性成果4（200字以内）

研究论文Hard versus soft selective sweeps during domestication and improvement in soybean发表在Molecular Ecology上，该研究基于302份野生和栽培大豆全基因组重测序数据，通过基因组选择扫描鉴定大豆基因组上选择清除位点，结果发现硬选择（选择作用在单个等位基因）和软选择（选择同时作用在多个等位基因）清除分别是栽培和野生大豆基因组上的主要选择模式；同时，基于6个已知驯化基因作为阳性对照，鉴定出384个具有相似群体特征的选择候选位点，为解析大豆驯化性状的遗传基础提供依据和参考。