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1、一、项目名称倍半菇植保素生物合成与RNA干扰抗虫研究二、提名者及提名意见提名专家1：韩斌工作单位：中国科学院上海生命科学研究院职称：研究员/中国科学院院士学科专业：遗传学专业提名意见：病虫害严重影响农业生产和粮食安全，次生代谢物在植物抗病抗虫反应中起重要作用。该项目以棉花棉铃虫为模式，研究植物次生代谢和昆虫适应机制，发展新一代抗虫技术，取得了具有国际领先水平的原创性成果，成果获2017年上海市自然科学奖一等奖。在植物代谢研窕领域，项目系统研究植物倍半菇成分、尤其是棉酚生物合成途径及调控，克隆了棉花法呢基二磷酸合酶、杜松烯合酶和杜松烯羟化酶，催化三步连续反应；创制了种子特异低酚转基因棉花，为育种
2、提供了新种质。利用棉酚途径分泌型漆酶提出了治理土壤污染的植物体外修复策略。阐述了植物防御激素茉莉素和WRKY1、MYC2、ERF.SP1.等转录因子对植物倍半拓成分生物合成的调控。在植物.昆虫互作与植物抗虫新技术领域，研究棉铃虫对棉酚的解毒机制，提出次生代谢物既抗虫又诱导昆虫抗药性发展的新观点。发明并优化了植物介导的RNA干扰抗虫技术，可以特异地控制昆虫生长，为研发新一代抗虫作物做出了原创性贡献。发表相关论文50篇,获发明专利授权17项。8篇SCI代表性论文中包括2篇NatureBiotechnology,他引1647次，其中SCl他引1340次，单篇最高Sel他引556次。该项目成果促进了我
3、国植物代谢等学科的发展，带动了新一代抗虫作物的研制，取得了重要的国际影响和学术地位。提名该项目为国家自然科学奖二等奖。提名专家2：李家洋工作单位：中国科学院遗传与发育生物学研究所职称：研究员/中国科学院院士学科专业：遗传学专业提名意见：该项目开展植物次生代谢与抗虫研究，取得了一系列突破和成果。对植物倍半菇、尤其是棉酚生物合成途径及调控开展了系统研究，克隆了途径上游催化三步连续反应的法呢基二磷酸合酶、(+)6杜松烯合酶和(+)-杜松烯羟化酶，以及参与半棉酚形成棉酚的分泌型漆酶；阐述了植物防御激素茉莉素、转录因子WRKY1、MYC2、ERF等对次生代谢的调控机制，包括对药用植物倍半菇活性成分合成的
4、调控。研究棉铃虫对棉酚的解毒机制，提出了次生代谢物促进昆虫抗药性发展的新观点，发明并优化了植物介导的RNA干扰抗虫技术，可以特异地控制昆虫生长。该抗虫技术具有普遍适用性和专一性，为开发新一代安全有效的转基因抗虫作物奠定了基础。项目发表论文50篇，8篇代表作包括NatureBiotechnologyPlantCellPlantPhysiology、MOIeCUlarPIant等重要刊物，获得高度评价和正面引用，在植物科学研究领域取得重要的国际影响和学术地位，促进了我国植物次生代谢、代谢组学等学科和抗虫生物技术的发展。该项目获得2017年上海市自然科学奖一等奖，主要负责人获何梁何利科学技术进步奖、
5、全国优秀博士学位论文奖、国际棉花基因组组织(ICGl)杰出贡献奖等奖项。提名该项目为国家自然科学奖二等奖。提名专家3：朱玉贤工作单位：武汉大学职称：研究员/中国科学院院士学科专业：植物学专业提名意见：次生代谢在植物的环境适应性尤其是防御反应中起重要作用。该项目以棉花棉铃虫为模式，研究植物次生代谢和昆虫适应机制，发展新一代抗虫技术，取得了具有国际领先水平的原创性成果。在植物代谢研究领域，系统研究植物倍半菇植保素、尤其是棉酚生物合成途径及调控，分离鉴定了途径上游催化三步连续反应，为后期棉酚途径的全面解析打下了基础。利用本项目克隆的杜松烯羟化酶创制了种子特异低酚转基因棉花，为育种提供了新种质;利用棉
6、花分泌型漆酶提出了治理土壤污染的植物体外修复策略。解析了环境因子、防御激素茉莉素和生长发育信号共同调控次生代谢的分子机理。在植物昆虫互作与植物抗虫新技术领域，研究棉铃虫对棉酚的解毒机制，提出次生代谢物既抗虫又促进昆虫抗药性发展的新观点，发明了植物介导的RNAi抗虫技术，为研制新一代抗虫作物开创先河，也为植食性昆虫功能基因组研究提供了新方法。项目8篇SCI代表性论文SCl他引1340次，单篇最高SCl他引556次。2017年获上海市自然科学奖一等奖。成果促进了我国植物代谢等学科的发展，带动了新一代抗虫作物的研制，取得了重要的国际影响和学术地位。提名该项目为国家自然科学奖二等奖。三、项目简介项目属
7、生物学（分子遗传学、植物生理学）和生物工程（基因工程）学科，成果与农业和生态环境密切相关。病虫害严重影响农业生产和粮食安全，次生代谢物在植物抵御病原微生物和植食性动物（及昆虫）的防御反应中起重要作用。在长期协同进化中，昆虫与植物形成了复杂的攻防和互利互作关系。项目以棉花-棉铃虫为主要模式，研究次生代谢和昆虫适应机制，发展新一代抗虫技术，取得了一系列具有国际领先或先进水平的研究成果。科学发现一：菇类生物合成及调控研究。棉酚等倍半菇醛衍生物具有广谱毒性，能抑制昆虫生长，但限制棉籽的利用。完成人系统研究棉酚生物合成途径，先后克隆鉴定了法尼基二磷酸合酶（FPS）、杜松烯合酶（CAD）和杜松烯羟化酶（C
8、YP706B1）,催化三步连续的反应。棉籽富含油脂和蛋白质，利用种子特异启动子表达Cy尸706B/基因的双链RNA,创制了种子低酚、植株棉酚含量正常的转基因棉花新种质，提供育种单位培育。发现参与半棉酚形成棉酚的分泌型漆酶，通过基因工程使植物根部分泌漆酶，可转化土壤中酚类污染物，被NatureBiotechnology誉为“脱毒分泌物”。植物次生代谢受各种因子的影响。项目解析了环境因子、防御激素茉莉素和生长发育信号共同调控次生代谢的分子机理。报道了植物中首个调控倍半菇合成的转录因子GaWRKYl,以及调控抗疟药物倍半菇内脂青蒿素合成的ERF类转录因子。发现赤霉素和茉莉素通过转录因子MYC2共同调
9、控倍半菇的合成与释放，植物生长发育因子SP1.调控植物菇类合成的时空特异性，揭示了植物生长发育和环境因子调控次生代谢的新模式。科学发现二：植物昆虫互作与植物抗虫新技术。植物次生代谢产物抑制昆虫生长，但昆虫的适应性不仅仅是单纯的解毒。完成人发现棉酚既抑制棉铃虫生长又诱导解毒酶基因表达，导致幼虫解毒能力提高，进而提出可诱导的解毒基因是害虫抗药性发展的重要分子基础。以棉铃虫解毒基因为靶标，发明了植物介导的RNAi抗虫技术，即在植物中表达昆虫基因的双链RNA,干扰前来取食的昆虫靶基因的表达进而抑制其生长。2007年以封面形式在NatureBiReMnHOgy发表论文,NoWe评论称之为“RNA干扰杀虫
10、剂”、“为开发新一代安全有效的转基因抗虫植物(如抗虫棉)奠定了基础继化学、蛋白质(BT)杀虫剂之后，核酸技术(RNA干扰)的发明与应用是害虫控制领域的重大突破。项目取得了系统性重大成果：解析了棉酚等菇类生物合成途径，提出了次生代谢物诱导昆虫农药抗性发展的新观点，发明了植物介导的RNAi抗虫技术，为研制新一代抗虫作物开创先河，也为植食性昆虫功能基因组研究提供了新方法。发表核心论文50篇，获国内外发明专利授权17项。8篇SCI代表性论文合计影响因子111.87,他引1647次，其中SCI他引1340次,单篇最高SCI他引556次。2017年获上海市自然科学奖一等奖。成果促进了我国植物代谢等学科的发
11、展，带动了新一代抗虫作物的研制，取得了重要的国际影响和学术地位。四、代表性论文专著目录：1) Ying-BoMao,Wen-JuanCai,Jia-WeiWang,Gao-JieHong,Xiao-YuanTao,1.ing-JianWang,Yong-PingHuang,Xiao-YaChen*.(2007)SilencingacottonbollwormP450genebyplant-mediatedRNAiimpairslarvaltolerancetogossypol.NatureBiotechnology25:1307-1313.2) Gao-JieHong,Xue-YiXue,Yi
12、ng-BoMao,1.ing-JianWang,Xiao-YaChen*.(2012)ArabidopsisMYC2interactswithDE1.1.Aproteinsinregulatingsesquiterpenesynthasegeneexpression.PlantCell24:2635-2648.3) Zong-XiaYu,Jian-Xu1.i,Chang-QingYang,Wen-1.iHu,1.ing-JianWang,Xiao-YaChen*.(2012)Thejasmonate-responsiveAP2ERFtranscriptionfactorsAaERFlandAa
13、ERF2positivelyregulateartemisininbiosynthesisinArtemisiaannua.MolecularPlant5:353-365.4) Yan-HuaXu,Jia-WeiWang,ShuiWang,Jian-YingWang,Xiao-YaChen*.(2004)CharacterizationofGaWRKYl,acottontranscriptionfactorthatregulatesthesesquiterpenesynthasegene(+)-cadinenesynthase-A.PlantPhysiology135(1):507-515.5
14、) Xiao-YuanTao,Xue-YiXue,Yong-PingHuang,Xiao-YaChen,Ying-BoMao*.(2012)Gossypol-enhancedP450genepoolcontributestocottonbollwormtolerancetoapyrethroidinsecticide.MolecularEcology21:4371-4385.6) Guo-DongWang,Qian-Jin1.i,Bin1.uo,Xiao-YaChen*.(2004)Explantaphytoremediationoftrichlorophenolandphenolicalle
15、lochemicalsviaanengineeredsecretorylaccase.NatureBiotechnology22(7):893-897.7) Ping1.uo,Yan-HongWang,Guo-DongWang,MargaretEssenberg,Xiao-YaChen*.(2001)Molecularcloningandfunctionalidentificationof(+)-cadinene-8-hydroxylase,acytochromeP450monooxygenase(CYP7O6B1)ofcottonsesquiterpenebiosynthesis.Plant
16、Journal28(1):95-104.8) Zong-XiaYu,1.ing-JianWang,BoZhao,Chun-MinShan,Yu-HuaZhang,Dong-FangChen,Xiao-YaChen*.(2015)ProgressiveregulationofsesquiterpenebiosynthesisinArabidopsisandpatchouli(Pogosteinoncabliri)bythemiR156-targetedSP1.transcriptionfactors.MolecularPlant8:98-110.五、主要完成人及完成单位1 .陈晓亚，第一完成人完成单位：中国科学院上海生命科学研究院工作单位：中国科学院上海生命科学研究院对本项目重要科学发现的贡献：项目的总体学术负责人，提出整个项目的总体学术思想，科研项目主持人，负责实
