熊延(中科院上海逆境生物學研究中心研究員)

教育及工作經歷

09/1994-07/1998 南開大學生物化學系，理學學士
09/1998-07/2001 南開大學生物化學系，理學碩士
09/2001-08/2006 Iowa State University，理學博士
10/2006-12/2011 Harvard Medical School/Massachusetts General Hospital，博士後
01/2012-09/2013 Harvard Medical School/Massachusetts General Hospital，研究助理教授
09/2013-至今中科院上海逆境生物學研究中心，研究員

研究領域

在基礎生物學研究領域，一個最重要的和需要解決的問題是生物體如何協調和傳遞各種大量的內源營養信號和外界生物脅迫以及非生物脅迫信號，從而精確控制生物體自身的生長和發育。對一問題進行分子生物學和細胞生物學的系統闡述和研究會對將來的醫藥研究以及農業的發展都帶來積極的促進效果。我的研究組主要研究方向是利用擬南芥作為植物模型，通過分子遺傳學，系統生物學，基因組學，蛋白組學和代謝組學等手段，系統研究各種內源營養信號和外源脅迫信號對植物生長發育的影響和調控，從分子水平和基因層面揭示其內在規律，解析其代謝調控和信號轉導網路。
在哈佛醫學院和麻薩諸塞州總醫院工作和學習期間，我深入研究了TOR（target of rapamycin）蛋白激酶在植物生長和發育當中的作用。TOR蛋白激酶高度保守，存在於所有真核生物中。因為其可以整合各種營養，能量和脅迫信號來調控細胞的生長和分裂，TOR蛋白激酶被認為是一個最重要的生長和發育的巨觀調控者並成為近年來最大的一個研究熱點。在動物和人類中，TOR激酶主要被認為是通過蛋白翻譯調控來對細胞的生長，發育以及對疾病，例如癌症，糖尿病，肥胖症，衰老等進行精密的調節和控制。在植物中，由於tor突變體導致早期胚胎死亡，以及普遍認為的植物對藥物rapamycin的不敏感性，TOR激酶在植物中的遺傳學，分子學和功能學研究基本上還處於空白階段。為了克服這些研究難點，我首先建立了一整套全新和有效的系統來研究植物的TOR激酶，包括TOR激酶蛋白活性檢測系統，可誘導的tor突變體系統和TOR激酶化合物抑制劑系統。通過這些新的技術和方法，我揭示了兩個重大的發現。（1）推翻了傳統普遍認為的植物對藥物rapamycin耐受性的理論，證明了rapamycin仍然可以有效抑制擬南芥中的TOR激酶活性。我進一步發現過量表達FKBP12蛋白可以極大增強植物對rapamycin的敏感度，揭示了動物和植物中不同的FKBP12蛋白表達水平可能是造成動物和植物對藥物rapamycin的敏感度不同的主要原因。這個發現也為將來對改造和提高藥物rapamycin在人類疾病治療的效果提供了可能（Xiong et al., JBC, 2012）。（2）揭示了TOR蛋白激酶能夠接受和傳導葡萄糖的代謝信號來促進植物的生長。儘管TOR激酶被認為是主要作用於蛋白翻譯的調節，通過基因組學的研究，我們發現一個全新的TOR激酶功能：通過正向調控轉錄因子E2Fa來控制基因組表達變化並激活根尖分生組織的細胞分裂活性，激活細胞分裂循環從而促進植物的快速生長（Xiong et al, Nature，2013）。這些科研成果證明了植物的生長，發育和抗逆在很大程度上是通過TOR蛋白激酶偶連在一起的。此激酶在各種真核生物中的作用十分保守。因此，作為一項上游基理研究成果不僅在基礎研究中有很重要的作用，而且對各種農作物，特別是水稻、大豆、玉米等我國重要的高等農業作物，提供了轉基因性狀改良的有效靶點，因此有著極為廣泛的發展和套用前景。
我的研究組計畫在模式植物擬南芥中繼續深入研究TOR蛋白激酶調控細胞分裂，抗逆，抗病中的分子機理，尋找新的TOR信號通路成員，並把這些研究成果轉化和拓展到我國重要的農作物研究中，為我國的農業建設作出貢獻。
1. 進一步深入研究葡萄糖-TOR蛋白激酶信號傳導通路調控細胞分裂和分生組織激活的分子機理
植物的分生組織包含幹細胞。植物的生長與發育基本是胚體後進行並與分生組織的活性緊密相連。我們已經揭示了一個全新的葡萄糖-TOR蛋白激酶-E2Fa轉錄因子的信號通路來調控S-phase基因表達，從而控制細胞分裂和根尖分生組織激活的分子機制。我們的研究目標是進一步了解和闡述這一機制。
2. 研究TOR蛋白的亞細胞定位與其基因表達調控功能的內在聯繫
TOR激酶同時存在於細胞質和細胞核中，但是這些不同亞細胞定位TOR激酶的分子生物學功能還有待研究。我們計畫利用核聚集信號肽（nuclear localization signal）和核排出信號肽（nuclear exclusion signal）只在細胞質或細胞核中表達TOR蛋白，並構建相對應的擬南芥轉基因植物來細化和區分細胞質及細胞核定位的TOR生物學功能並進一步了解TOR蛋白是如何把營養、能量、激素、免疫和抗逆等多種信號通路整合在一起的。
3. 篩選，鑑定和研究新的TOR信號傳導通路成員
作為一個蛋白激酶，TOR蛋白的生物學功能的研究依賴於對新的TOR激酶底物的鑑定和研究，例如，對E2Fa這個TOR下游直接底物的鑑定是我們發現TOR在轉錄水平調控細胞分裂這個全新功能的基礎和前提。到目前為止，僅有數目有限的TOR信號傳導通路成員已被發現。因此，我們擬通過生物信息學，蛋白組晶片技術，磷酸化蛋白組學，正向遺傳學篩選鑑定等方法來篩選，鑑定新的TOR信號傳導通路成員。對這些新的TOR信號傳導通路成員的研究，無疑將會幫助我們進一步了解和掌握TOR這個最重要的生長巨觀調控者整合各種內源的營養信號和外源的脅迫信號來調控植物的生長，發育以及存活的分子基礎，並提供一個對TOR激酶全新的研究和認知視窗。
4. 在重要的農作物中研究TOR信號傳導通路
在之前對農作物的研究中，人們發現伴隨著植物生長能力的提高，植物抗逆和抗病的能力往往卻會下降，反之亦然。我們的科研成果證明了植物的生長，抗病和抗逆在很大程度上是通過TOR蛋白激酶偶聯在一起的。這一發現提供了一種可以解除植物生長和抗逆偶聯的方法，使同時提高植物產量和增強抗逆成為可能。編碼TOR，以及下游的靶蛋白，例如E2Fa的基因同樣也存在於我國重要的農作物水稻，大豆和玉米中。我們計畫一方面向農作物中轉化在擬南芥中的研究成果。另一方面，利用在擬南芥中積累的研究經驗，以水稻作為農作物的模式植物，開展研究TOR信號傳導通路在這些農作物中的生物學功能及其調控機理。

熊延(中科院上海逆境生物學研究中心研究員)

基本介紹

教育及工作經歷

研究領域

代表論著

相關詞條

熱門詞條