華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科技學(xué)院導(dǎo)師：彭良才 正文

　　教育與研究經(jīng)歷：
　　彭良才，男，博士，教授，博導(dǎo)，2006年長(zhǎng)江學(xué)者。1963年生于湖北省漢川市，1979-1983年華中農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)系學(xué)習(xí)獲農(nóng)學(xué)學(xué)士學(xué)位，1983-1984年中南民族大學(xué)任教，1984-1987年中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院學(xué)習(xí)獲碩士學(xué)位和優(yōu)秀碩土論文獎(jiǎng)，1987-1992年中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所助理研究員，主持國(guó)際科學(xué)基金和國(guó)家自然科學(xué)基金兩項(xiàng)研究課題，1992-1993年澳大利亞國(guó)立大學(xué)醫(yī)學(xué)科學(xué)研究院國(guó)際科學(xué)基金支助訪問(wèn)學(xué)者，1993-1994年澳大利亞國(guó)立大學(xué)生物科學(xué)研究院特邀訪問(wèn)學(xué)者，1994年同期獲澳大利亞國(guó)立大學(xué)，墨爾本Monash大學(xué)和悉尼Macquarie大學(xué)博士生獎(jiǎng)學(xué)金，1994-1997年澳大利亞國(guó)立大學(xué)生物科學(xué)研究院學(xué)習(xí)獲生物化學(xué)與分子生物學(xué)博士，1997-2000年美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校植物生物系博士后研究員，2000-2004年美國(guó)農(nóng)業(yè)部植物基因表達(dá)中心/加州大學(xué)柏克萊分校遺傳學(xué)研究員，2004-2006年美國(guó)加州大學(xué)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(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院和作物遺傳改良國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授。現(xiàn)為美國(guó)植物生物學(xué)家會(huì)員，澳大利亞生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員，澳大利亞/新西蘭細(xì)胞生物學(xué)家會(huì)員，中國(guó)作物學(xué)會(huì)會(huì)員等。

　　研究領(lǐng)域與方向：
　　植物纖維素生物合成的分子機(jī)理；植物細(xì)胞壁分子結(jié)構(gòu)和功能；生物能源物質(zhì)合成和植物碳源分配；生物能源物質(zhì)降解和轉(zhuǎn)化；植物和微生物(酵母)抗氧化和抗環(huán)境脅迫反應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與分子通道；生物DNA分子斷裂和修補(bǔ)的機(jī)理。此外，將利用現(xiàn)代遺傳操作技術(shù)和分子育種途徑，選育抗逆性強(qiáng)、生物產(chǎn)量高和品質(zhì)優(yōu)良的高效生物能源作物。

　　主要學(xué)術(shù)成績(jī)及其科學(xué)意義：
　　植物細(xì)胞壁(plant cell wall)主要由纖維素(cellulose)，半纖維素(hemi-celluloses)，果膠質(zhì)(pectins)，木質(zhì)素(lignins)，壁蛋白和其它少量化合物所組成。植物纖維素是細(xì)胞壁中含量最高的成分，是地球上生產(chǎn)量最大的生物能源物質(zhì)(biomass)。業(yè)已證明纖維素在很大程度上決定植物細(xì)胞壁的機(jī)械支撐作用，并對(duì)植物形態(tài)學(xué)(morphogenesis)中的許多特性和特征起著中心調(diào)控作用，此外纖維素的生化代謝合成可能對(duì)植物的生長(zhǎng)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(xì)胞分裂與衰老，細(xì)胞骨架建立與裝配等)以及對(duì)外界環(huán)境脅迫(abiotic stress)的有機(jī)反應(yīng)起著一定的調(diào)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(nóng)業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的經(jīng)濟(jì)和商業(yè)價(jià)值，探明植物纖維素和細(xì)胞壁生物合成的分子機(jī)理，不僅在生物科學(xué)基礎(chǔ)理論研究中有著極其重要的意義，而且對(duì)農(nóng)業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)研究和生物產(chǎn)品開(kāi)發(fā)利用有其必要性，如改良棉花，樹(shù)木的纖維品質(zhì)，改進(jìn)重要農(nóng)作物種子品質(zhì)和增強(qiáng)農(nóng)作物的抗逆能力(如抗倒伏，抗旱，抗蟲等)，以及強(qiáng)化農(nóng)作物殘留物(如玉米，水稻，小麥的秸桿)轉(zhuǎn)化為生物能源物質(zhì)(如酒精)的效率等。
　　由于植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和功能的多元化，加上提取植物纖維素合成酶復(fù)合體(約由三十六個(gè)單體組成)在技術(shù)上的難度，過(guò)去幾十年對(duì)植物纖維素生物合成的研究進(jìn)展極為緩慢，而近期研究的重大突破來(lái)自于植物纖維素合成酶基因(CesA)的發(fā)現(xiàn)。作為最主要兩名研究人員之一，彭良才博士在澳大利亞國(guó)立大學(xué)生物學(xué)院攻讀博士期間，通過(guò)篩選和鑒定四個(gè)擬南芥(Arabidopsis)的突變體(rsw1, 2, 3, 5)首次發(fā)現(xiàn)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(jù)。彭博士首先通過(guò)改進(jìn)一個(gè)便于簡(jiǎn)易提取和測(cè)定微小擬南芥植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和成份的化學(xué)方法，測(cè)定了這些擬南芥突變體的纖維素合成嚴(yán)重受阻并同時(shí)生產(chǎn)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(xiàn)代生物技術(shù)去提高植物纖維素降解并高效轉(zhuǎn)化成生物能源提供了可行性的理論依據(jù)。此外，從突變體積累了大量的淀粉現(xiàn)象中，彭博士同時(shí)提出了一個(gè)全新的關(guān)于植物碳源分配(carbon partitioning)通道的理論，即光合作用產(chǎn)生的碳水化合物可以從纖維素中轉(zhuǎn)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(chǎn)量。“科學(xué)” 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(wǎng)(CNN)和“澳大利亞人”(Australian)報(bào)等稱此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)終于圓了全球科學(xué)家?guī)资甑膲?mèng)想，隨后其它有關(guān)具體研究結(jié)果發(fā)表于德國(guó)的“植物”(Planta)雜志(4)，并申請(qǐng)了國(guó)際專利，所發(fā)表的兩篇論文至今已被其它科學(xué)論文引用超過(guò)250次，其中絕大多數(shù)科學(xué)論文發(fā)表于國(guó)際一流雜志。
　　隨后在美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校，彭博士通過(guò)利用兩種獨(dú)特纖維素抑制劑(2,6-dichlorobenzonitrile, DCB; CGA 325’615, CGA)，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了固醇糖甙(steryl-glucoside, SG)分子是棉花纖維素合成的必需前驅(qū)物(primer)，并通過(guò)改進(jìn)酵母(Saccharomyces cerevisiae)基因表達(dá)系統(tǒng)和建立一個(gè)特殊酶反應(yīng)基質(zhì)在植物體外(in vitro)的試管中合成了限量植物纖維素物質(zhì)，還初步探明了兩種抑制劑抑制纖維素合成的獨(dú)特作用：即CGA主要阻抑纖維素合成酶形成玫瑰狀復(fù)合體(rosette)，導(dǎo)致非晶體狀態(tài)纖維素的大量積累；而DCB則抑制前驅(qū)物(SG) 的合成，致使纖維素合成量的直接減少。此外還發(fā)現(xiàn)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(zhǎng)?；谝陨涎芯拷Y(jié)果，一個(gè)可鑒定植物纖維素生物合成酶和植物細(xì)胞壁合成酶超大基因群(大約50基因)功能的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由此建立起來(lái)，從而可深入研究纖維素生物合成的分子機(jī)理和全部通道(見(jiàn)附圖)，并用現(xiàn)代分子遺傳操作技術(shù)去改良植物纖維素品質(zhì)，增加纖維素的數(shù)量，調(diào)控碳水化合物從纖維素轉(zhuǎn)化到淀粉或其它聚合體(如半纖維素，脂肪)的效率。相關(guān)三篇論文先后發(fā)表于“科學(xué)”和美國(guó)“植物生理學(xué)(Plant Physiology)” 雜志(5-7)，“科學(xué)”雜志同期發(fā)表了專家的評(píng)論，稱纖維素生物合成機(jī)理的研究邁出了關(guān)鍵的第一步(8)，國(guó)際相關(guān)科技互聯(lián)網(wǎng)作了相應(yīng)的新聞報(bào)導(dǎo)，多家國(guó)際生物技術(shù)公司進(jìn)行了多次電話技術(shù)咨詢，所發(fā)表三篇論文至今已被國(guó)際一流雜志引用多達(dá)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(zhuǎn)入到植物細(xì)胞與外界環(huán)境交流的信號(hào)傳導(dǎo)(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(xì)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(dǎo)，從而推論固醇糖甙分子可能是生物對(duì)外界環(huán)境脅迫反應(yīng)中信號(hào)傳導(dǎo)的調(diào)控因子，有關(guān)固醇糖甙分子在植物中的相關(guān)作用目前尚無(wú)任何報(bào)道?；谥参锢w維素生物合成研究所取得的進(jìn)展以及它可能涉及轉(zhuǎn)入到碳水化合物分配與代謝和對(duì)外界環(huán)境脅迫反應(yīng)的信號(hào)傳導(dǎo)之中，彭博士提出了一個(gè)全新的關(guān)于植物纖維素生物合成通道的模式(見(jiàn)附圖)，以此作為此項(xiàng)研究的方向和依據(jù)，并確保該領(lǐng)域的研究始終站在國(guó)際前沿和領(lǐng)先地位。
 

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