专题32：国家自然基金重点项目简介

      绿色新闻网报道：为贯彻落实教育部关于庆祝教师节的工作要求，树立先进典型，弘扬正能量，在我国第31个教师节来临之际，学校印发了《2014-2015年度获得部分重要表彰奖励及重大项目的教职工个人和集体名单》，大力开展校内宣传。学校号召广大教职工向身边的榜样学习，并对他们取得的成绩表示祝贺，以此表达对所有教职工爱岗敬业、无私奉献的敬意。

      《锈革孔菌科真菌在全球范围的多样性和系统发育》： 戴玉成（主持人，微生物所）

      锈革孔菌科Hymenochaetaceae是高等担子菌中最重要的类群之一，包括重要的药用真菌50余种，如具有抗肿瘤活性的著名真菌桑黄 Inonotus sanghuang Sheng H. Wu、T. Hatt. & Y.C. Dai和桦褐孔菌 Inonotus obliquus (Ach. ex Pers.) Pilát都是该科的成员；该科还包括重要的林木病原菌40余种，如在北美洲引起柏科树木根朽病的韦尔小木层孔菌 Phellinidium weirii (Murrill) Y.C. Dai和在东南亚引起阔叶树根朽病的有害小木层孔菌 Phellinidium noxium (Corner) Bondartseva & S. Herrera等。从分子水平研究生物物种多样性、系统发育和分子进化已经成为近年生物学研究的热点，而这3个方面也是目前真菌学研究的热点领域。虽然过去对锈革孔菌科物种多样性和系统发育有一些研究，但研究的范围都是区域性的，系统发育研究也是基于该科的部分属和少数种类，分子进化方面的研究几乎还未开展。因此，广泛收集世界范围内的该科真菌样品，进而开展锈革孔菌科在全球范围内的分类学、系统发育及分子进化研究，对全面认识该科的物种多样性、明确不同类群（属及属下分类单元）之间的亲缘关系，建立该科更为自然和科学的分类体系，探讨该科真菌的起源和演化等学术问题具有重要理论意义，同时对保护、开发和利用药用真菌资源及防治森林病害等具有重要现实意义。此外，该研究还能够促进我国真菌学研究占据本领域的国际前沿，提高我国真菌学研究在世界范围内的影响力。

      杨树异源三倍体营养生长优势的分子基础：康向阳（主持人，生物学院）

      杨树三倍体比二倍体生长快的生物学机制问题一直倍受学界关注。项目组经过20多年研究，成功建立了一套人工诱导杨树染色体加倍技术体系，三倍体诱导率达40-80%，并获得了一大批杨树三倍体新种质，其中‘北林雄株1号’、‘北林雄株2号’于2014年通过国家审定良种；同时还基于创制的三倍体群体材料，揭示了杨树同源重组特点以及不同来源的2n配子传递母本杂合性差异等，为本项目的实施奠定了坚实的基础。项目重点以染色体加倍途径（FDR、SDR、PMR型2n配子）不同、杂合性不同的杨树三倍体群体以及同亲本二倍体群体为对象，采用转录组学和蛋白组学分析技术，研究染色体加倍后与光合碳同化相关基因变化，解析三倍体群体光合作用相关差异基因转录与表达水平和模式；探讨杂和性不同的不同2n配子类型来源的三倍体群体间，以及光合速率显著差异三倍体间在转录和翻译水平的基因差异表达变化；构建三倍体相关差异基因调控网络；阐明杨树三倍体营养生长遗传调控机制，从而揭示杨树异源三倍体营养生长优势形成的分子基础，为进一步制定杨树以及类似植物三倍体育种策略提供依据。

      菊花头状花序发育的遗传调控机理：戴思兰（主持人，园林学院）

      菊花（ Chrysanthemum  ×morifolium   Ramat.）起源于中国，是中国传统名花，也是世界著名花卉，在世界花卉产业中其产值和产量始终位居前列，因此对其观赏性状形成机理的研究始终备受关注。花型是观赏植物最重要的品质性状之一，具有新奇花型的花卉往往会成为市场上的宠儿。经过长期的杂交、栽培和人工选育，菊花已成为花型变异最为丰富多样的观赏植物。由于菊花花型的复杂性，迄今对其形成机理缺乏深入研究，使得菊花花型改良育种存在很大的偶然性，难于稳定定向，影响了菊花丰富的花型资源开发利用。菊花头状花序由两类小花组成，分别是位于肉质花托边缘的舌状花和位于中心的管状花，两者分别发育和定位发育的机制决定了头状花序的形成，继而决定菊花的花型。北京林业大学园林学院戴思兰教授课题组，在多年收集菊花品种种质资源的基础上，利用高通量转录组测序技术，筛选两类小花形态建成过程中差异表达的关键基因，继而通过分子遗传学和生物信息学手段，构建其分别发育和定位发育的基因调控网络，以阐明菊花头状花序形成的遗传调控机制。项目的实施对于菊花花型改良育种具有实际指导意义，对高等植物花的进化发育生物学研究也具有重要理论价值。

      囊泡转运参与重要膜蛋白功能的调控机制：林金星（主持人，生物学院）

      植物细胞膜蛋白作为细胞膜的重要组分，是许多生物学功能的执行者。在过去的几年里，项目组的研究发现, 囊泡转运所介导的双向性运输在细胞内外物质交换和信号传递过程中发挥重要作用(相关成果发表在PNAS、Trends in Plant Science, Development, Plant Cell, Plant Journal和Plant Methods等著名刊物)。然而，囊泡转运是如何调控细胞膜蛋白的功能，在植物中仅有零星的报道，尚缺乏系统的总结。本项目针对过去研究中存在的问题和不足，将运用我们业已建立的单分子技术平台，着重选取两类6个重要蛋白为研究对象，着重开展以下四方面的研究：(1) 明确这两类6个重要膜蛋白在膜微区的分布与运动规律，以及在质膜上的聚合状态；(2) 膜蛋白的胞吞方式及胞吞速率的比较分析；(3) 膜蛋白的胞内转运途径和蛋白去向研究；(4) 囊泡转运对膜蛋白的功能调控机制。此外，借助多种新型光学成像技术，包括可变角度的全内反射荧光显微镜(variable-angle total internal reflection fluorescence microscopy, VA-TIRFM)观察、荧光相关光谱(fluorescent correlated spectroscopy, FCS)、荧光互相关光谱(fluorescent cross correlated spectroscopy, FCCS)等技术，并结合空间荧光强度分布分析(spatial intensity distribution analysis, SpIDA)、蛋白接近指数分析(protein proximity indexes, PPI)等分析方法，分别对选取的6个膜蛋白展开研究，旨在揭示活体状态下这些重要膜蛋白在细胞质膜上的异质性动力学特征，阐明膜蛋白在胞吞途径和胞内转运途径等方面的异同，以阐释植物细胞中囊泡转运参与膜蛋白功能的调控机制。

      林木半纤维素与木质素复合物结构解析及高值化利用基础研究：孙润仓（主持人，材料学院）

      纤维素、半纤维素和木质素是生物质的主要组分，三者的含量占生物质总量的90%以上。纤维素是以β-糖苷相连的多糖；半纤维素是一类多糖的总称，包括木聚糖、木葡聚糖和半乳葡萄甘露聚糖等；木质素主要是由三种醇单体（对香豆醇、松柏醇及芥子醇）形成的复杂三维网状聚合物。然而，从生物质转化为新能源、功能材料和化学品是一个复杂的过程，需要将生物质各组分进行有效分离，并将各组分进行定向转化利用，才能实现生物质的高值化利用。林木半纤维素的高效分离和转化既是生物质利用的重要组成部分，也是木质纤维高效利用面临的重要问题。本项目以不同生长阶段的桉树为原材料，在阐明桉树木质素-碳水化合物复合体（LCC）的化学结构特征、变化规律和解离机制的基础上；研究不同生长阶段半纤维素组分的组成和溶出机制，构建半纤维素组分的清洁高效分离新技术，并通过结构和流变特性研究半纤维组分的化学结构特征和理化性质。再以分离的半纤维素组分为原料，通过多种化学修饰构建半纤维素基膜材料、多孔材料和催化材料；揭示半纤维素理化性能与材料结构、性能关系；并探讨半纤维素基功能材料在食品包装、药物载体、催化反应等方面的应用，阐明材料结构与性能的调控途径。

      基于稳定同位素的典型森林生态系统水、碳过程及其耦合机制研究：余新晓（主持人，水保学院）

      北京山区是华北土石山区的重要组成部分，其森林生态系统是华北地区社会经济发展的重要生态屏障。森林生态系统碳、水过程是地球表层系统物质循环与能量交换的基本生物物理过程，尽管目前在叶片尺度的瞬时水分蒸腾过程和光合过程能够被很好地理解和量化，而怎样确定更长时间尺度（时，日，月，季，年）以及更大空间尺度（生态系统尺度）上的水、碳交换过程仍然不清楚。本项目以北京山区典型森林生态系统侧柏为研究对象，依托首都圈森林生态系统国家定位观测研究站，通过多点定位观测和连续原位观测的协同观测体系，利用稳定同位素技术，基于不同时间尺度，掌握典型森林生态系统大气、植物和土壤等的碳氢氧稳定同位素时空变化特征，实现系统水分通量和净碳通量及其各组分构成的定量表达，了解系统尺度水、碳耦合关系与变化过程，通过可控实验阐明叶片/单株尺度植物水、碳耦合关系与变化过程并确定水、碳耦合最优区间，多尺度研究和整合水、碳耦合关系与变化过程，阐明水、碳耦合机制，揭示北京山区在不同环境条件下典型森林生态系统水、碳适应与变化过程，项目成果将有助于进一步了解森林生态系统碳−水耦合的关键生物物理和生物化学过程，并可为提高森林生态系统经营管理和生态系统服务评价水平提供理论依据。（A16）