组蛋白甲基化和小RNA调控植物生长发育和转座子跳跃的机制研究提名

项目名称：组蛋白甲基化和小RNA调控植物生长发育和转座子跳跃的机制研究提名专家：1.姓名：李家洋工作单位：中国科学院遗传与发育生物学研究所技术职称：研究员学科专业：植物分子遗传提名专家意见：该项目瞄准国际前沿科学问题，综合运用遗传学、分子生物学、细胞生物学、基因组学和表观遗传组学等方法，系统探索了高等植物生长发育的表观遗传调控机理，在植物组蛋白甲基化和小分子RNA等表观遗传学领域进行了系统深入的研究，提出了具有重要科学意义的创新性学术观点，取得了具有重大国际影响的原创性科研成果，引领了相关领域的国际前沿。首次在基因组水平上证实了转座子为调控元件的假设，揭示了组蛋白甲基化调控转座子沉默的分子机理，鉴定了植物中首个H3K27去甲基化酶，明确了水稻小分子RNA加工酶DCL蛋白家族成员在各种小分子RNA生物合成途径和植物生长发育过程中的功能。这一系列系统性的原创成果开辟了水稻表观遗传学研究的新方向，为引导和促进作物表观遗传学的发展做出了重要的贡献。提名该项目为国家自然科学奖二等奖。2.姓名：韩斌工作单位：中国科学院上海生命科学研究院技术职称：研究员学科专业：植物基因组与遗传学提名专家意见：本人认真审阅了项目推荐书及附件材料，确认全部材料真实有效，相关栏目均符合国家奖励办的填写要求。项目组围绕表观遗传调控转座子沉默和植物发育这一关键科学问题，开展了系统深入的研究，取得了具有重要理论意义和应用价值的系统性创新成果。包括：1）鉴定了植物中首个组蛋白H3K27me3去甲基化酶,阐明了其调控基因表达和植物发育的分子机制；2）阐明了植物组蛋白甲基化和去甲基化调控转座子沉默的表观遗传新机制；3）系统阐明了水稻小RNA合成途径及调控水稻生长发育的作用机制，首次在基因组水平上证实转座子是调控元件。该项目组的8篇代表性论文发表在NatureGenetics,PNAS,PlantCell等国际权威期刊上，得到了国内外学术界的高度评价。Cell等重要学术刊物对项目组发表的论文作亮点推荐和评论。项目组的研究工作系统、创新性强。研究成果取得了重要的理论创新，开辟了水稻小RNA生物合成研究的新领域，对我国和国际植物表观遗传学研究的发展起到了重要的推动作用。提名该项目为国家自然科学奖二等奖。3.姓名：林鸿宣工作单位：中国科学院上海生命科学研究院技术职称：研究员学科专业：遗传学提名专家意见：转座子一度被视为基因组内的“垃圾DNA”、“自私DNA”或“暗物质”，转座子的生物学功能以及它们是如何被沉默的，一直是科学界的未解之谜。该项目组紧密围绕这一关键科学问题，并针对农业生产上普遍关心的表观遗传是否能用于作物育种实践的需求，在国际上率先开展了高等模式植物的表观遗传调控机制研究，取得了一系列重要的科学发现。1.系统鉴定了植物组蛋白甲基化和去甲基化的关键因子，揭示了组蛋白甲基化和去甲基化在调控转座子跳跃和植物发育的分子机理；2.首次在基因组水平上证实了转座子具有调控功能，发现水稻基因组中存在大量的MITE类转座子可产生小RNA精细调控旁邻基因的表达，从而控制重要性状。3.在国际上率先开展水稻小RNA的研究，阐明了4个水稻DCL酶分别催化不同类型小RNA的生物合成，揭示了小RNA对水稻生长发育的重要调控作用。该项目组在植物表观遗传调控方面取得的一系列突破性成果具有重要科学意义和重要国际影响力，开辟了水稻小RNA生物合成研究的新领域，引领和推动了相关学科的发展。提名该项目为国家自然科学奖二等奖。项目简介表观遗传是指DNA序列不变的情况下发生的可遗传的基因表达的改变，其机制主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和小RNA调控等。表观遗传在调控生长发育、应对环境变化和维持基因组稳定性等各个生物学过程中发挥了重要的调控功能。转座子作为表观遗传调控的重要靶位点，是指能够在基因组中移动并整合到新位点的DNA片段。转座子在基因组中是如何被稳定的以及它们的生物学意义一直是科学界的谜团，也因此成为Science杂志提出的125个最具挑战性的重要科学问题之一。该项目组瞄准表观遗传调控转座子沉默和植物发育这一关键科学问题，开展了系统深入的研究，取得了具有重要理论意义和应用价值的系统性创新成果。1.鉴定了首个植物组蛋白H3K27三甲基化(H3K27me3)去甲基化酶组蛋白甲基化的生成与去除是表观遗传学研究的关键科学问题。组蛋白H3K27me3修饰在多细胞生物的不同细胞类型命运决定中发挥着至关重要的调控作用。在该项目组的工作之前人们对于植物中H3K27的甲基化修饰是如何被去除的一直存在巨大争议。该项目组突破研究局限，率先建立了植物体内组蛋白去甲基化酶活性检测体系，鉴定了首个植物H3K27me3去甲基化酶，阐明了H3K27me3动态调控的机理，“填补了组蛋白修饰调控机制方面的一个重要空白”(附件2)。2.揭示了组蛋白甲基化和去甲基化调控转座子跳跃和植物发育的分子机理转座子的异常跳跃会引发基因组不稳定并导致性状的改变，多种癌症的发生与转座子异常跳跃密切相关。该项目组阐述了植物组蛋白甲基化在转座子沉默和植物发育中的重要调控功能与机制，也为与转座子跳跃相关的癌症研究提供了新线索。3.系统阐明了水稻小RNA的产生途径,在基因组水平上证实转座子具有调控功能小RNA的发现不仅揭示了困扰科学家多年的基因沉默现象的本质，还改变了人们对基因的传统认识。该项目组在国际上率先开展水稻小RNA的研究，阐明了水稻DCL酶家族成员催化不同类型小RNA的生物合成，揭示了小RNA调控水稻生长发育的作用机制，开辟了水稻小RNA生物合成研究的新领域。麦克林托克因在玉米中首次发现了转座子而获得诺贝尔奖。但她提出的“转座子为调控元件”的假说却一直未在基因组水平上得到证实。该项目组发现水稻中大量散布于基因附近的MITE类转座子可产生小RNA，并通过这些小RNA精细调控旁侧基因的表达，从而控制重要农艺性状。该研究首次在基因组水平上证实了麦克林托克的假设，揭示了转座子可以作为转录调控元件精细调控宿主的转录组，在生物进化和境适应性中具有重要的意义，为从表观遗传角度进行作物分子育种提供新的线索和手段。8篇代表论文发表在NatureGenetics,PNAS,PlantCell等国际权威期刊上，他引总次数880次，其中SCI他引756次。该项目第一完成人曹晓风被选为国际植物表观遗传学专家委员会委员；被邀请作为欧盟FP7项目的咨询专家；应邀在国内外会议和知名学术机构做特邀报告100余次。该项目组在植物表观遗传调控方面取得的系统性原创成果具有重要的科学价值，产生了重要的国际影响，开辟了水稻小RNA生物合成研究的新领域，引领了植物表观遗传学学科的发展。客观评价1.学术评价该成果8篇代表论文分别发表在NatureGenetics,AnnualReviewofPlantBiology,PNAS(2篇),PlantCell(2篇),PlantPhysiology和PlantJournal上。在国际上被广泛正面引用或专文评述，迄今已被他引880次，其中SCI他引756次，其中三篇代表论文分别被SCI他引100次以上。项目组发现MITE类转座子依赖DCL3a产生的小分子RNA调控转座子旁侧基因的表达进而对水稻重要农艺性状进行精细调控(代表论文1)。《自然中国》将此论文作为研究亮点进行了重点推荐(附件8)。植物小分子RNA研究领域权威科学家、台湾中央研究院MarjoriMatzke研究员在AnnualReviewofPlantBiology上发表的综述文章中对本发现点进行了积极的正面评价(引文1)。项目组揭示组蛋白H3K9甲基转移酶SDG714调控转座子Tos17的转录和转座活性(代表论文2)，Cell杂志“LeadingEdge-MolecularBiologySelect”专栏进行了题为“ConnectingtheDotsbetweenHistoneMethylationandDNAMethylation”的专题报道(引文2)。项目组鉴定了首个植物组蛋白H3K27me3去甲基化酶(代表论文4)，《自然中国》专题评述认为“该研究在理解植物组蛋白修饰机制方面填补了一个重要空白”(附件2)；在Facultyof1000上被国际同行2次推荐阅读(附件3)。NatureGenetics(引文4)和CurrentOpinioninPlantBiology(引文5)等综述文章大量、整段、多次引用本项目多篇代表论文。国际表观遗传学研究领域权威、英国皇家学会会员、美国科学院外籍院士、英国JohnInnesCentre研究所CarolineDean研究员在发表的Nature和PNAS等文章对于该发现均进行了正面的引用。植物表观遗传学研究领域权威、美国科学院院士、HHMI研究员、美国加州大学洛杉矶分校的StevenJacobsen教授在发表的Cell、NatureGenetics和PNAS等文章中正面引用了本项目的代表论文4和8。项目组鉴定了一系列参与水稻小分子RNA加工的DCL蛋白，丰富了小分子RNA生物合成途径(代表论文6、7和8)。《自然中国》将代表论文6作为研究亮点重点推荐(附件7)。项目组在国际上率先解析了phasiRNA生物合成的途径，开辟了phasiRNA研究的新领域。RNA沉默领域研究权威、美国密苏里大学的BlakeMeyers教授在其发表的综述论文(引文6)中大量引用了该成果3篇论文(代表论文6、7和8)，其中2篇(代表论文6和7)被列为“ofoutstandinginterest”类论文。长江学者、植物小RNA研究领域权威科学家、清华大学戚益军教授发表论文(引文8)正面引用本项目两篇代表论文(代表论文6和8)。植物小分子RNA研究领域先驱、HHMI研究员、冷泉港实验室RobertMartienssen研究员在Nature(引文3)和NatureReviewsMolecularCellBiology(引文7)上发表的文章中正面引用了本项目代表论文3、7和8。2.学术影响由于项目第一完成人在国际植物表观遗传学领域的突出学术贡献，多次应邀在AnnualReviewofPlantBiology，NationalScienceReview和CurrentOpinioninPlantBiology等著名学术刊物撰写综述文章。2006年入选国家人事部“百千万国家级人才”计划，2011年享受国务院颁发的“政府特殊津贴”。先后担任中国科学院“创新团队国际合作伙伴计划”(首席科学家)；2006和2009年分别获得国家基金委创新研究群体项目，任首席科学家；2008年，担任科技部973重大科学研究计划项目“植物重要器官形成的遗传和表观遗传调控机理研究”首席科学家。2008年获得“美国杜邦青年科学家奖”(附件9)；2010年获“中国青年女科学家奖”(附件10)。2013年入选中组部“万人计划”第一批百千万工程领军人才。2015年入选中国科学院院士，2016年当选为发展中国家科学院院士。该成果研究工作的系统性和原创性得到国际同行的认可，在植物表观遗传学研究领域具有重要的国际影响和学术地位。作为国际植物表观遗传学专家委员会委员，项目第一完成人曹晓风参与撰写该委员会(包括8名美国科学院院士)发布的植物表观遗传学发展方向白皮书(附件11)；被邀请作为专家对欧盟FP7项目(项目参加人中包括3位美国科学院院士)进行咨询(附件12)。目前担任《中国科学》和JournalofGeneticsandGenomics副主编，先后担任PlantCell和CurrentOpinioninPlantBiology等十种期刊的编委。应邀在美国Keystone、国际拟南芥大会、冷泉港等国内外会议和德国马普所等知名学术机构做特邀报告100余次。同时作为大会特邀报告人，曹晓风博士2007年参加了国家自然科学基金委举办的表观遗传学“双清论坛”，详细介绍了植物表观遗传学国内外研究现状和未来的发展趋势，推动了基金委重大研究计划“细胞编程和重编程的表观遗传机制”的实施，并任指导专家组副组长。项目组在高等植物的表观遗传调控研究方