中国科学院上海植物逆境生物学研究中心
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逆境生物学研究部
感知环境变化并对变化的环境做出适当的响应对于所有的生物都具有非常重要的意义。植物与其他生物的一个重要区别在于植物是固着生长的，因此植物在生长过程中不得不忍受和适应环境的改变。我们研究目的是了解植物耐受环境胁迫的遗传学和表观遗传学基础，分离鉴定植物和作物响应外界胁迫并且最终在农业上有重要作用的关键基因。水资源是限制全球农业生产的最重要因素，农业生产用水占人类总用水量的70%以上。由于城市化发展以及耕地开垦、灌溉等人类活动导致土壤和地下水的盐分增加，可利用的淡水资源数量和质量下降，制约了未来农业生产。全球变暖和气候异常也加剧了干旱、盐和其它非生物胁迫对农业生产的影响。到本世纪中期世界人口将达到90亿，需要消耗的粮食将达到现有粮食产量的70-100%以上，所以农业生产方式需要进行重大变革，满足人口增长对粮食需求增长。未来水资源的需求与供给之间的缺口问题，要求我们通过提高作物水分利用效率、增加耐盐性从而显著增强作物对干旱和盐胁迫等非生物逆境的适应能力，以保障全球粮食安全。因此，开展植物和作物对逆境胁迫响应的分子机理，不仅是目前和将来的研究热点和前沿，同时还对农业生产具有重要的指导意义。
总体目标
加深对植物干旱和盐胁迫的信号传递途径和耐受机理的认识。研究植物对干旱、盐胁迫信号的感知、传导机理，分离在逆境信号传导中的关键因子和调控机理，进一步认识表观遗传对基因表达调控以及在非生物胁迫中作用的研究，获得在作物生长和农业生产上有重要作用的基因。
重点研究方向
1)植物干旱胁迫的信号转导途径和抗旱机理研究
2)植物盐胁迫的信号转导途径和耐盐机理研究
3)植物耐热、耐寒机理研究
4)表观遗传学与非生物胁迫抗性
5)可遗传操作的极端生境植物的利用
表观遗传学研究部
表观遗传学(Epigenetics)是指核苷酸序列不发生变化而基因表达出现了可遗传变化的一种反经典遗传的现象。相较于经典遗传学提供了生命所必需的遗传信息，表观遗传学信息提供了何时、何地以及如何应用遗传学信息的指令。整个基因组通过DNA精确地复制、转录和翻译，保证了遗传信息的稳定和连续，同时又通过表观遗传学机制使基因在内外环境下选择性表达或不表达，最终形成遗传性状。对于植物而言，表观遗传学机制不仅参与细胞的分裂分化并调节植物的生长发育，还在植物适应环境变化的过程中起到了关键作用。在植物发育及植物对生物和非生物环境产生反应的过程中，DNA甲基化、组蛋白修饰、核小体占有率和组蛋白变体应用等表观遗传机制广泛应用于基因表达调控研究中。表观遗传在维持基因组稳定、调控杂交过程中基因组的相互作用和植物传代记忆机制中也起了重要作用。现在，人们已越来越认识到表观遗传机制是杂交优势的重要基础;而在还没有深入了解到它的内在机制之前，杂交优势就已被广泛应用于农业育种中。毫无疑问，对杂交优势控制机制的研究将开启促进农业进步新的有效育种策略的智能设计。
总体目标
表观遗传学研究团队将致力于研究组蛋白修饰、组蛋白变体和DNA甲基化等表观遗传机制，后生过程非编码RNA的控制机理和附基因调控在植物生物学中的影响。
重点研究方向
1)获得模型表观遗传景观和农作物表观遗传景观的综合性结论，并得到表观遗传学调控的主要规律
2)植物生长发育和对环境变化的反应过程中，在组织甚至单个细胞水平上绘制表观遗传景观图谱
3)控制DNA甲基化擦除、建立和维持的分子机制，包括小DNA如何形成及如何指导DNA甲基化研究
4)组蛋白变体或组蛋白修饰如何寻靶至包括在此过程中的长片段非编码RNA等特异性位点研究
5)植物传代记忆机制研究
6)杂交优势的表观遗传基础研究
发育和生殖机理研究部
植物发育与生殖与农作物的产量与品质是密切相关的。除了许多蔬菜类及生物燃料作物外，农产品(如豆谷瓜果等)一般是有性生殖的产物，而这些产品的产量也取决于生长与发育。因为植物不像动物能通过移动来逃避逆境，进化过程中植物演化了独特的生长，发育与生殖的方式与机理。植物的生长与发育基本是胚体后进行，即种子萌发后，植物不断形成根茎叶，所以生长与发育分不开，并受环境影响调节，也决定了生物量。根茎叶也被称为营养生长。植物有性生殖是在营养生长的末期发育转化到生殖生长(即开花结果)，生殖生长基本上依靠大量调动营养生长的物质。因而，作物产量同时受营养生长与生殖生长的影响。阐明植物发育与生殖的细胞，分子与遗传调控机理将为改良作物产量与品种提供有价值的基因与理论基础。因此，阐明植物发育与生殖机理是植物科学的前沿学科，能为农业生物技术发展起着极为重要的推动作用。
总体目标
由于以拟兰芥与水稻作为模式植物研究植物的发育与有性生殖机理，目前对控制这些过程的分子与基因有初步的了解，并为阐明这些机理提供了良好的基础。将借助这些基础建立跨学科的团队攻克并阐明植物发育与生殖一些重要过程的细胞，分子与遗传机理;深入研究与发育密切相关的细胞极性形成，干细胞发育，早期胚胎发育，根与叶片产生，营养生长到生殖生长的转化，授粉与受精等过程的机理。为全面认识这些过程的分子遗传与细胞机理，将注重采用多学科的研究手段，包刮尖端显微技术，数学模拟，基因组学，蛋白组学等。
重点研究方向
1)细胞极性形成与非对称性分裂的分子机理及调控网路研究
2)干细胞功能与发育机理
3)胚胎与胚乳发育的分子机理与调控网络研究
4)侧根与叶片发育调控细胞与分子机理及调控网络研究
5)花期的调控因素与调控机理研究
6)花粉萌发与生长的调控机理、花粉管与雌蕾互作的信号分子、信号的感受与传递机理、受精的分子机理研究
植物信号转导研究部
植物具有复杂的信号转导网络来协调体内发育信号(如激素、位置、年龄和时间等)和体外环境信号(如土壤水分、盐碱性、光照、温度、营养和压力等)，并以此来优化自身的生长发育过程。这些信号转导网络调节控制植物不同的形态特征和产量构成，产量构成决定了农业综合生产力。光照、季节和生物节律等信号决定了光合作用效率、生物量输出、开花和成熟时间、粮食产量与质量、杂交优势和疾病抵抗力;激素信号主要控制植物组织器官形态和构成建立的通路;而水、温度和生物胁迫等信号综合决定了短周期作物产量以及作物种植的长期性和持久性。虽然我国在过去十几年中对很多植物信号转导途径的遗传调控网络的研究取得了长足发展，但是对于植物细胞信号转导途径的研究还远远不够，除了进一步建立完全的单一途径，这些信号转导组分在生化和细胞水平是如何被调节的，不同信号途径组分之间是如何交叉的是将来研究的重点。另外，还要充分理解植物信号转导途径及其相互作用网络必须要在器官、组织以及细胞层面上解决特异性和专一性的问题。比如，同一个信号转导途径或者遗传途径在不同组织和器官中的工作模式可能是不同的。并且，对各种单一刺激的基因表达谱分析也产生了大量数据。植物本身作为一个整体，其最终命运是由多种信号相互作用的结果而决定的。但是对这些信号途径是如何相互作用，进而共同调控一批基因表达的分子和生化机制才刚刚起步。因此，以研究基础比较好的植物模式系统为材料，采用复合遗传学、蛋白的翻译后修饰、蛋白互作网络分析、蛋白与核酸的互作、蛋白的亚细胞定位、基于高通量测序的基因表达和基因调控，从而建立植物不同信号转导机制及其相互作用机制，为新一代农业规范提供理论基础，并为现有品种的改良和作物新性状的挖掘提供有用基因。
研究目标
研究水稻和拟南芥中信号转导系统和分子机制，重点进行信号转导网路和通路遗传构成的系统性全基因组分析。在压力反应下，基因表达调控通路决定生理和形态反应，通过研究将阐明基因表达调控通路中体内外信号的综合调控机理。提供在不同生长环境下促进作物产量增加和可持续发展的方法。
重点研究方向
1)光照、季节和时间信号转导研究
2)激素信号转导研究
3)环境压力信号转导研究
4)多肽及新信号分子的功能及感受与传递机理
生物技术发展研究部
生物学研究进展和生物学知识的应用都依靠于生物技术的发展突破，如T-DNA介导的植物遗传转化引发了植物生物学和农业生物技术的革命，病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术能在不同植物物种间进行基因功能研究。植物科学基础研究的最终目的是将有关知识及关键基因通过先进的新技术应用于作物的改良。
总体目标
生物技术发展部将综合集成逆境生物学、宿主-微生物、表观遗传学、发育和生殖机制、植物信号转导、微生物基因组学、代谢调控、合成生物学等研究部研究成果，作为基础研究到应用重要出口。将这些部门产生的重要知识产权，通过转化型研究工作开发新的农作物转化技术、新的杂交育种技术，作物新品种、新的基因工程技术、以小RNA为基础的基因调控技术、产生高通亮检测在单细胞水平基因表达的新的成像技术、高通量植物表型的自动化成像技术、植物生物反应器技术等生物工程技术。
重点研究方向
1)研发基因工程、作物转化与杂交育种新技术
2)培育通过系统设计的作物新品种
3)研发单细胞水平基因表达的高通量成像新技术
4)生物体信息的捕获与处理技术研究
5)研发高通量植物表型的自动化成像技术
6)植物生物反应器技术等生物工程技术研究
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