朱健康
美国科学院院士、首批“千人计划”顶尖人才、世界植物科学领域发表论文引用率最高的科学家之一,现为中科院上海生命科学研究院研究员。
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研究学习经历:

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美国科学院院士、首批“千人计划”顶尖人才、世界植物科学领域发表论文引用率最高的科学家之一,现为中科院上海生命科学研究院研究员的朱健康,带领着自己的研究团队以拟南芥为模式生物,在国际上率先开展植物抗盐的分子机理研究,为从分子水平揭示植物的耐盐机理奠定了基础;在表观遗传的分子机制研究方面,首次发现并证明自然界中存在 DNA 去甲基化的基因,为表观遗传学的研究开创了新的领域。

生物 360 精选了朱健康教授在 2015-2016 年发表的 3 篇文章,翻译摘要以供读者更好的了解其工作成果。由于编辑个人翻译水平有限,如有错误感谢您的指正。

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Mao, Y., Zhang, Z., Feng, Z., Wei, P., Zhang, H., Botella, J. R., Zhu, J. K. (2016). Development of germ-line-specific CRISPR-Cas9 systems to improve the production of heritable gene modifications in Arabidopsis. [Journal Article; Research Support, Non-U.S. Gov't]. Plant Biotechnol J, 14(2), 519-532. doi: 10.1111/pbi.12468(注:开源 paper 可下载)

种系特异性 CRISPR-Cas9 系统的发展提高了拟南芥中可遗传基因修饰的产生

摘要: 链球菌来源的 CRISPR / Cas9 系统正被广泛用于植物中靶向基因修饰。这种定制的内切核酸酶系统有两个组件:单链向导 RNA(sgRNA)可识别目标 DNA 序列、CRISPR 相关蛋白 9(Cas9)进行 DNA 的切割。广泛表达的 CRISPR / Cas9 系统(UC)产生高效率的靶向基因修饰,但只有在生殖细胞中产生的基因修饰能遗传到下一代。我们设计了,使用 SPOROCYTELESS(SPL)基因组表达盒构建了,种系特异性 Cas9 系统(GSC)的拟南芥雄性配子母细胞的基因修饰。两个内源基因中的四个基因座被 UC 和 GSC 两个系统作为靶基因进行比较分析。由 GSC 系统产生的突变在拟南芥的子代 1(T1)中是罕见的,但在 T2 代中突变体是丰富的(30%)。使用 UC 系统产生的 T2 代突变体群体的绝大多数是嵌合体(70%);而新开发的 GSC 系统仅产生 29% 的嵌合体,其中 70% 的 T2 突变体是杂合的。在 T2 群体中的两个基因座的分析表明,与 UC 系统相比,GSC 系统中可遗传基因突变的丰度高达 37%,并且 GSC 系统突变体的多态性水平也显著增加。还测试了基于种系特异性启动子(pDD45-GT 和 pLAT52-GT)的另外两个系统,其中一个能够产生可遗传的纯合 T1 突变体。我们的研究结果表明,GSC 系统在未来的应用,将有助于筛选靶基因的修饰,特别是 T2 代中的致死突变群体。

2

Tang, K., Lang, Z., Zhang, H., & Zhu, J. K. (2016). The DNA demethylase ROS1 targets genomic regions with distinct chromatin modifications. [Journal Article]. Nat Plants, 2(11), 16169. doi: 10.1038/nplants.2016.169

DNA 脱甲基化酶 ROS1 的靶基因组具有明显的染色质修饰

摘要: 拟南芥 ROS1 / DEMETER 家族的 5 - 甲基胞嘧啶(5mC)DNA 糖基化酶是真核生物中第一个具遗传表征的 DNA 去甲基化酶。然而,ROS1 靶基因基因座的特征尚未研究清楚。在这项研究中,我们研究了 ROS1 目标基因在拟南芥的位点 Col- 0 和 C24 的生态型,发现 ROS1 优先的靶向转座元件(TEs)和基因间隔区。与大多数 TEs 相比,ROS1 的靶向转座元件 TEs 更接近蛋白质编码基因,这表明 ROS1 抑制 DNA 甲基化,可从 TEs 扩散到附近的基因。ROS1 靶向的 TEs 特异性地富集 H3K18Ac 和 H3K27me3,并且耗尽 H3K27me 和 H3K9me2。重要的是,我们鉴定了数以千计的 RNA 指导的 DNA 甲基化(RdDM)的靶位点,在这些靶位点上 ROS1 均耗尽,表明 ROS1 在这些位点强烈拮抗 RdDM,具有去甲基化作用。此外,研究显示 ROS1 在一些基因位点也拮抗 RdDM 独立的 DNA 甲基化。我们的研究结果 ROS1 具广泛的基因组靶位点,以及 DNA 甲基化和 ROS1 介导的 DNA 脱甲基化的交叉研究提供了重要的见解。

3

Yan, J., Zhao, C., Zhou, J., Yang, Y., Wang, P., Zhu, X.,... Zhu, J. K. (2016). The miR165/166 Mediated Regulatory Module Plays Critical Roles in ABA Homeostasis and Response in Arabidopsis thaliana. [Journal Article]. PLoS Genet, 12(11), e1006416. doi: 10.1371/journal.pgen.1006416(注:开源 paper 可下载)

miRNA165/166 在调控拟南芥的 ABA 脱落酸内稳态和介导逆境应答方面起关键作用

摘要: miR165 / 166 在植物生长和发育中的功能已被广泛研究,然而,其在非生物胁迫应答中的作用仍然很大程度上未知。这里我们报道了,miR165 / 166 在干旱和冷抗性表型中的表达减少,在拟南芥种子萌发、种子萌发之后幼苗生长时期 ABA(脱落酸)的过敏表型中的表达也出资按减少。 我们进一步研究发现,ABA 过敏表型与改变 ABA 应答基因的转录丰度有关,也与 ABI4 基因的高表达水平相关,ABI4 作为靶基因受到 miR165 / 166 的直接调控。 此外,我们还发现 miR165 / 166 表达的减少导致 ABA 表达水平的升高,这种现象的发生少部分是通过增加 BG1 的表达,BG1 是由 miR165 / 166 直接调节的靶基因。总之,我们的研究揭示了,miR165 / 166 在调控 ABA 和非生物胁迫应答和 ABA 稳态方面独一无二的作用。

如您对朱健康教授的研究非常关注,请您关注即将在 2017 年 3 月 24、25 日在上海举办的 “基因编辑专题研讨会”。朱健康教授将在会议上就他的研究同各位做深入探讨。

拓展阅读:

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代表性论文:

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1. Mahfouz MM, Li L, Shamimuzzaman M, Wibowo A, Fang X, Zhu JK. 2011. De novo-engineered transcription activator-like effector (TALE) hybrid nuclease with novel DNA binding specificity creates double-strand breaks. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108:2623-2628.

2. Quintero FJ, Martinez-Atienza J, Villalta I, Jiang X, Kim WY, Ali Z, Fujii H, Mendoza I, Yun DJ, Zhu JK, Pardo JM. 2011. Activation of the plasma membrane Na/H antiporter Salt-Overly-Sensitive 1 (SOS1) by phosphorylation of an auto-inhibitory C-terminal domain. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108:2611-2616.

3. Fujii H, Verslues PE, Zhu JK. 2011. Arabidopsis decuple mutant reveals the importance of SnRK2 kinases in osmotic stress responses in vivo. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108:1717-1722.

4.Gao Z, Liu HL, Daxinger L, Pontes O, He X, Qian W, Lin H, Xie M, Lorkovic ZJ, Zhang S, Miki D, Zhan X, Pontier D, Lagrange T, Jin H, Matzke AJ, Matzke M, Pikaard CS, Zhu JK. 2010. An RNA polymerase II- and AGO4-associated protein acts in RNA-directed DNA methylation. Nature 465:106-109.

5. Ren Z, Zheng Z, Chinnusamy V, Zhu J, Cui X, Iida K, Zhu JK. 2010. RAS1, a quantitative trait locus for salt tolerance and ABA sensitivity in Arabidopsis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107:5669-5674.

6. Melcher K, Ng LM, Zhou XE, Soon FF, Xu Y, Chinnusamy V, Suino-Powell KM, Kovach A, Li J, Yong EL, Zhu JK, Xu HE. 2010. Identification and Mechanism of ABA Receptor Antagonism. Nat. Struct. Mol. Biol. 17:1102-1108.

7. Liu Q, Wang J, Miki D, Xia R, Yu W, He J, Zheng Z, Zhu JK, Gong Z. 2010. DNA Replication Factor C1 Mediates Genomic Stability and Transcriptional Gene Silencing in Arabidopsis. Plant Cell 22:2336-2352.

8. Jin H, Zhu JK. 2010. How many ways are there to generate small RNAs? Mol. Cell 38:775-777.

9. Klingler JP, Batelli G, Zhu JK. 2010. ABA receptors: the START of a new paradigm in phytohormone signalling. J. Exp. Bot. 61:3199-3210.

10. Jin H, Zhu JK. 2010. A viral supprossor protein inhibits host RNA silencing by hooking up with Argonautes. Genes Dev. 24:853-856.

11. Law JA, Ausin I, Johnson LM, Vashisht AA, Zhu JK, Wohlschlegel JA, Jacobsen SE. 2010. A Protein Complex Required for Polymerase V Transcripts and RNA- Directed DNA Methylation in Arabidopsis. Curr. Biol. 20:951-956.

12. Zhu J, Ha Lee B, Dellinger M, Cui X, Zhang C, Wu S, Nothnagel EA, Zhu JK. 2010. A cellulose synthase-like protein is required for osmotic stress tolerance in Arabidopsis. Plant J. 63:128-140.

13. Yao Y, Ni Z, Peng H, Sun F, Xin M, Sunkar R, Zhu JK, Sun Q. 2010. Non-coding small RNAs responsive to abiotic stress in wheat (Triticum aestivum L.). Funct. Integr. Genomics. 10:187-190.

14. Fedoroff NV, Battisti DS, Beachy RN, Cooper PJ, Fischhoff DA, Hodges CN, Knauf VC, Lobell D, Mazur BJ, Molden D, Reynolds MP, Ronald PC, Rosegrant MW, Sanchez PA, Vonshak A, Zhu JK. 2010. Radically rethinking agriculture for the 21st century. Science 327:833-834.

15. Zheng Z, Xing Y, He XJ, Li W, Hu Y, Yadav SK, Oh J, Zhu JK. 2010. An SGS3-like protein functions in RNA-directed DNA methylation and transcriptional gene silencing in Arabidopsis. Plant J. 62:92-99.

16. Fujii H, Chinnusamy V, Rodrigues A, Rubio S, Antoni R, Park SY, Cutler SR, Sheen J, Rodriguez PL, Zhu JK. 2009. In vitro reconstitution of an abscisic acid signalling pathway. Nature 462:660-664.

17. He XJ, Hsu YF, Zhu S, Liu HL, Pontes O, Zhu J, Cui X, Wang CS, Zhu JK. 2009. A conserved transcriptional regulator is required for RNA-directed DNA methylation and plant development. Genes Dev. 23:2717-2722.

18. Melcher K, Ng LM, Zhou XE, Soon FF, Xu Y, Suino-Powell KM, Park SY, Weiner JJ, Fujii H, Chinnusamy V, Kovach A, Li J, Wang Y, Li J, Peterson FC, Jensen DR, Yong EL, Volkman BF, Cutler SR, Zhu JK, Xu HE. 2009. A gate-latch-lock mechanism for hormone signalling by abscisic acid receptors. Nature 462:602-608.

19. Zhu JK. 2009. Active DNA Demethylation Mediated by DNA Glycosylases. Annu. Rev. Genet. 43:143-166.

20. Yang Q, Chen ZZ, Zhou XF, Yin HB, Li X, Xin XF, Hong XH, Zhu JK, Gong Z. 2009. Overexpression of SOS (Salt Overly Sensitive) Genes Increases Salt Tolerance in Transgenic Arabidopsis. Mol. Plant 2:22-31.

21. He XJ, Hsu YF, Zhu S, Wierzbicki AT, Pontes O, Pikaard CS, Liu HL, Wang CS, Jin H, Zhu JK. 2009. An effector of RNA-directed DNA methylation in Arabidopsis is an ARGONAUTE 4-and RNA-binding protein. Cell 137:498-508.

22. Park SY, Fung P, Nishimura N, Jensen DR, Fujii H, Zhao Y, Lumba S, Santiago J, Rodrigues A, Chow TF, Alfred SE, Bonetta D, Finkelstein R, Provart NJ, Desveaux D, Rodriquez PL, McCourt P, Zhu JK, Schroeder JI, Volkman BR, Cutler SR. 2009. Abscisic acid inhibits type 2C protein phosphatases via the PYR/PYL family of ABA binding START proteins. Science 324:1068-1071.

23. Fujii H, Zhu JK. 2009. Arabidopsis mutant deficient in three abscisic acid-activated protein kinases reveals critical roles in growth, reproduction and stress. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106:8380-8685.

24. Bertorello AM, Zhu JK. 2009. SIK1/SOS2 networks: decoding sodium signals via calcium-responsive protein kinase pathways. Pflugers Arch. 458:613-619.

25. He XJ, Hsu YF, Pontes O, Zhu J, Lu J, Bressan RA, Pikaard C, Wang CS, Zhu JK. 2009. NRPD4, a protein related to the RPB4 subunit of RNA polymerase II, is a component of RNA polymerase IV and V and is required for RNA-dicrected DNA methylation. Genes Dev. 23:318-330.

26. Chinnusamy V, Zhu JK. 2009. Epigenetic regulation of stress responses in plants. Curr. Opin. Plant Biol. 12:133-139.

27. Fujii H, Zhu JK. 2009. An autophosphorylation site of the protein kinase SOS2 is important for salt tolerance in Arabidopsis. Mol. Plant. 2:183-190.

28. Dong CH, Zolman BK, Bartel B, Lee BH, Stevenson B, Agarwal M, Zhu JK. 2009. Disruption of Arabidopsis CHY1 reveals an important role of metabolic status in plant cold stress signaling. Mol. Plant. 2:59-72.

29. Bressan R, Bohnert H, Zhu JK. 2009. Abiotic stress tolerance: from gene discovery in model organisms to crop improvement. Mol. Plant. 2:1-2.

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