華中農業(yè)大學植物科技學院導師：彭良才 正文

　　教育與研究經歷：
　　彭良才，男，博士，教授，博導，2006年長江學者。1963年生于湖北省漢川市，1979-1983年華中農業(yè)大學農學系學習獲農學學士學位，1983-1984年中南民族大學任教，1984-1987年中國農業(yè)科學院研究生院學習獲碩士學位和優(yōu)秀碩土論文獎，1987-1992年中國農業(yè)科學院油料作物研究所助理研究員，主持國際科學基金和國家自然科學基金兩項研究課題，1992-1993年澳大利亞國立大學醫(yī)學科學研究院國際科學基金支助訪問學者，1993-1994年澳大利亞國立大學生物科學研究院特邀訪問學者，1994年同期獲澳大利亞國立大學，墨爾本Monash大學和悉尼Macquarie大學博士生獎學金，1994-1997年澳大利亞國立大學生物科學研究院學習獲生物化學與分子生物學博士，1997-2000年美國加州大學戴維斯分校植物生物系博士后研究員，2000-2004年美國農業(yè)部植物基因表達中心/加州大學柏克萊分校遺傳學研究員，2004-2006年美國加州大學戴維斯分校微生物系博士后研究員/助理研究員，2006年起任華中農業(yè)大學植物科學技術學院和作物遺傳改良國家重點實驗室教授?，F為美國植物生物學家會員，澳大利亞生物化學與分子生物學學會會員，澳大利亞/新西蘭細胞生物學家會員，中國作物學會會員等。

　　研究領域與方向：
　　植物纖維素生物合成的分子機理；植物細胞壁分子結構和功能；生物能源物質合成和植物碳源分配；生物能源物質降解和轉化；植物和微生物(酵母)抗氧化和抗環(huán)境脅迫反應的信號轉導與分子通道；生物DNA分子斷裂和修補的機理。此外，將利用現代遺傳操作技術和分子育種途徑，選育抗逆性強、生物產量高和品質優(yōu)良的高效生物能源作物。

　　主要學術成績及其科學意義：
　　植物細胞壁(plant cell wall)主要由纖維素(cellulose)，半纖維素(hemi-celluloses)，果膠質(pectins)，木質素(lignins)，壁蛋白和其它少量化合物所組成。植物纖維素是細胞壁中含量最高的成分，是地球上生產量最大的生物能源物質(biomass)。業(yè)已證明纖維素在很大程度上決定植物細胞壁的機械支撐作用，并對植物形態(tài)學(morphogenesis)中的許多特性和特征起著中心調控作用，此外纖維素的生化代謝合成可能對植物的生長發(fā)育，生理特性和生化代謝(如碳水化合物的代謝與分配，細胞分裂與衰老，細胞骨架建立與裝配等)以及對外界環(huán)境脅迫(abiotic stress)的有機反應起著一定的調節(jié)作用。由于纖維素在造紙，紡織，食品，林業(yè)，生物能源等諸多工農業(yè)領域有著廣泛的經濟和商業(yè)價值，探明植物纖維素和細胞壁生物合成的分子機理，不僅在生物科學基礎理論研究中有著極其重要的意義，而且對農業(yè)應用基礎研究和生物產品開發(fā)利用有其必要性，如改良棉花，樹木的纖維品質，改進重要農作物種子品質和增強農作物的抗逆能力(如抗倒伏，抗旱，抗蟲等)，以及強化農作物殘留物(如玉米，水稻，小麥的秸桿)轉化為生物能源物質(如酒精)的效率等。
　　由于植物細胞壁結構的復雜性和功能的多元化，加上提取植物纖維素合成酶復合體(約由三十六個單體組成)在技術上的難度，過去幾十年對植物纖維素生物合成的研究進展極為緩慢，而近期研究的重大突破來自于植物纖維素合成酶基因(CesA)的發(fā)現。作為最主要兩名研究人員之一，彭良才博士在澳大利亞國立大學生物學院攻讀博士期間，通過篩選和鑒定四個擬南芥(Arabidopsis)的突變體(rsw1, 2, 3, 5)首次發(fā)現和鑒定了植物纖維素合成酶基因，并提供了充足的生化和遺傳證據。彭博士首先通過改進一個便于簡易提取和測定微小擬南芥植物細胞壁結構和成份的化學方法，測定了這些擬南芥突變體的纖維素合成嚴重受阻并同時生產大量的非晶體狀纖維素(non-crystalline cellulose)和淀粉(starch)。由于此非晶體狀纖維素具有能夠有效被纖維素酶(endo-cellulase)分解或被弱酸全部降解成單糖(glucose)的特性，為利用現代生物技術去提高植物纖維素降解并高效轉化成生物能源提供了可行性的理論依據。此外，從突變體積累了大量的淀粉現象中，彭博士同時提出了一個全新的關于植物碳源分配(carbon partitioning)通道的理論，即光合作用產生的碳水化合物可以從纖維素中轉存于淀粉里，從而可提高淀粉植物(如小麥，玉米，水稻)的淀粉產量。“科學” 雜志刊登其論文，并發(fā)表了特別社論(1-3)，世界最大電視有限通訊網(CNN)和“澳大利亞人”(Australian)報等稱此項發(fā)現終于圓了全球科學家?guī)资甑膲粝?，隨后其它有關具體研究結果發(fā)表于德國的“植物”(Planta)雜志(4)，并申請了國際專利，所發(fā)表的兩篇論文至今已被其它科學論文引用超過250次，其中絕大多數科學論文發(fā)表于國際一流雜志。
　　隨后在美國加州大學戴維斯分校，彭博士通過利用兩種獨特纖維素抑制劑(2,6-dichlorobenzonitrile, DCB; CGA 325’615, CGA)，進一步發(fā)現了固醇糖甙(steryl-glucoside, SG)分子是棉花纖維素合成的必需前驅物(primer)，并通過改進酵母(Saccharomyces cerevisiae)基因表達系統和建立一個特殊酶反應基質在植物體外(in vitro)的試管中合成了限量植物纖維素物質，還初步探明了兩種抑制劑抑制纖維素合成的獨特作用：即CGA主要阻抑纖維素合成酶形成玫瑰狀復合體(rosette)，導致非晶體狀態(tài)纖維素的大量積累；而DCB則抑制前驅物(SG) 的合成，致使纖維素合成量的直接減少。此外還發(fā)現纖維素降解酶(CelA)作用于SG的解離，并使纖維素鏈能夠不斷延長。基于以上研究結果，一個可鑒定植物纖維素生物合成酶和植物細胞壁合成酶超大基因群(大約50基因)功能的實驗系統由此建立起來，從而可深入研究纖維素生物合成的分子機理和全部通道(見附圖)，并用現代分子遺傳操作技術去改良植物纖維素品質，增加纖維素的數量，調控碳水化合物從纖維素轉化到淀粉或其它聚合體(如半纖維素，脂肪)的效率。相關三篇論文先后發(fā)表于“科學”和美國“植物生理學(Plant Physiology)” 雜志(5-7)，“科學”雜志同期發(fā)表了專家的評論，稱纖維素生物合成機理的研究邁出了關鍵的第一步(8)，國際相關科技互聯網作了相應的新聞報導，多家國際生物技術公司進行了多次電話技術咨詢，所發(fā)表三篇論文至今已被國際一流雜志引用多達150余次。
　　此外磷酸化脂類(phospholipid)分子可以與固醇糖甙形成脂類固醇糖甙(acylated sitosterol glucoside)，由此可能轉入到植物細胞與外界環(huán)境交流的信號傳導(signaling transduction)途徑中。業(yè)已證明在其它生物(如真菌fungi，霉菌slime molds，人體成纖維細胞human fibroblasts)中，固醇糖甙受到外界環(huán)境脅迫(如熱激處理，鹽和酒精脅迫)的高效誘導，從而推論固醇糖甙分子可能是生物對外界環(huán)境脅迫反應中信號傳導的調控因子，有關固醇糖甙分子在植物中的相關作用目前尚無任何報道?；谥参锢w維素生物合成研究所取得的進展以及它可能涉及轉入到碳水化合物分配與代謝和對外界環(huán)境脅迫反應的信號傳導之中，彭博士提出了一個全新的關于植物纖維素生物合成通道的模式(見附圖)，以此作為此項研究的方向和依據，并確保該領域的研究始終站在國際前沿和領先地位。
 

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