彭良才简介

彭良才简介

 

　　彭良才，男，博士，教授，博导，2006年长江学者。1963年生于湖北省汉川市，1979-1983年华中农业大学农学系学习获农学学士学位，1983-1984年中南民族大学任教，1984-1987年中国农业科学院研究生院学习获硕士学位和优秀硕土论文奖，1987-1992年中国农业科学院油料作物研究所助理研究员，主持国际科学基金和国家自然科学基金两项研究课题，1992-1993年澳大利亚国立大学医学科学研究院国际科学基金支助访问学者，1993-1994年澳大利亚国立大学生物科学研究院特邀访问学者，1994年同期获澳大利亚国立大学，墨尔本Monash大学和悉尼Macquarie大学博士生奖学金，1994-1997年澳大利亚国立大学生物科学研究院学习获生物化学与分子生物学博士，1997-2000年美国加州大学戴维斯分校植物生物系博士后研究员，2000-2004年美国农业部植物基因表达中心加州大学柏克莱分校遗传学研究员，2004-2006年美国加州大学戴维斯分校微生物系博士后研究员助理研究员，2006年起任华中农业大学植物科学技术学院和作物遗传改良国家重点实验室教授。现为美国植物生物学家会员，澳大利亚生物化学与分子生物学学会会员，澳大利亚新西兰细胞生物学家会员，中国作物学会会员等。  
　　研究领域与方向：  
　　植物纤维素生物合成的分子机理；植物细胞壁分子结构和功能；生物能源物质合成和植物碳源分配；生物能源物质降解和转化；植物和微生物(酵母)抗氧化和抗环境胁迫反应的信号转导与分子通道；生物DNA分子断裂和修补的机理。此外，将利用现代遗传操作技术和分子育种途径，选育抗逆性强、生物产量高和品质优良的高效生物能源作物。  
　　主要学术成绩及其科学意义：  
　　植物细胞壁(plant cell wall)主要由纤维素(cellulose)，半纤维素(hemi-celluloses)，果胶质(pectins)，木质素(lignins)，壁蛋白和其它少量化合物所组成。植物纤维素是细胞壁中含量最高的成分，是地球上生产量最大的生物能源物质(biomass)。业已证明纤维素在很大程度上决定植物细胞壁的机械支撑作用，并对植物形态学(morphogenesis)中的许多特性和特征起着中心调控作用，此外纤维素的生化代谢合成可能对植物的生长发育，生理特性和生化代谢(如碳水化合物的代谢与分配，细胞分裂与衰老，细胞骨架建立与装配等)以及对外界环境胁迫(abiotic stress)的有机反应起着一定的调节作用。由于纤维素在造纸，纺织，食品，林业，生物能源等诸多工农业领域有着广泛的经济和商业价值，探明植物纤维素和细胞壁生物合成的分子机理，不仅在生物科学基础理论研究中有着极其重要的意义，而且对农业应用基础研究和生物产品开发利用有其必要性，如改良棉花，树木的纤维品质，改进重要农作物种子品质和增强农作物的抗逆能力(如抗倒伏，抗旱，抗虫等)，以及强化农作物残留物(如玉米，水稻，小麦的秸杆)转化为生物能源物质(如酒精)的效率等。  
　　由于植物细胞壁结构的复杂性和功能的多元化，加上提取植物纤维素合成酶复合体(约由三十六个单体组成)在技术上的难度，过去几十年对植物纤维素生物合成的研究进展极为缓慢，而近期研究的重大突破来自于植物纤维素合成酶基因(CesA)的发现。作为最主要两名研究人员之一，彭良才博士在澳大利亚国立大学生物学院攻读博士期间，通过筛选和鉴定四个拟南芥(Arabidopsis)的突变体(rsw1, 2, 3, 5)首次发现和鉴定了植物纤维素合成酶基因，并提供了充足的生化和遗传证据。彭博士首先通过改进一个便于简易提取和测定微小拟南芥植物细胞壁结构和成份的化学方法，测定了这些拟南芥突变体的纤维素合成严重受阻并同时生产大量的非晶体状纤维素(non-crystalline cellulose)和淀粉(starch)。由于此非晶体状纤维素具有能够有效被纤维素酶(endo-cellulase)分解或被弱酸全部降解成单糖(glucose)的特性，为利用现代生物技术去提高植物纤维素降解并高效转化成生物能源提供了可行性的理论依据。此外，从突变体积累了大量的淀粉现象中，彭博士同时提出了一个全新的关于植物碳源分配(carbon partitioning)通道的理论，即光合作用产生的碳水化合物可以从纤维素中转存于淀粉里，从而可提高淀粉植物(如小麦，玉米，水稻)的淀粉产量。“科学” 杂志刊登其论文，并发表了特别社论(1-3)，世界最大电视有限通讯网(CNN)和“澳大利亚人”(Australian)报等称此项发现终于圆了全球科学家几十年的梦想，随后其它有关具体研究结果发表于德国的“植物”(Planta)杂志(4)，并申请了国际专利，所发表的两篇论文至今已被其它科学论文引用超过250次，其中绝大多数科学论文发表于国际一流杂志。  
　　随后在美国加州大学戴维斯分校，彭博士通过利用两种独特纤维素抑制剂(2,6-dichlorobenzonitrile, DCB; CGA 325’615, CGA)，进一步发现了固醇糖甙(steryl-glucoside, SG)分子是棉花纤维素合成的必需前驱物(primer)，并通过改进酵母(Saccharomyces cerevisiae)基因表达系统和建立一个特殊酶反应基质在植物体外(in vitro)的试管中合成了限量植物纤维素物质，还初步探明了两种抑制剂抑制纤维素合成的独特作用：即CGA主要阻抑纤维素合成酶形成玫瑰状复合体(rosette)，导致非晶体状态纤维素的大量积累；而DCB则抑制前驱物(SG) 的合成，致使纤维素合成量的直接减少。此外还发现纤维素降解酶(CelA)作用于SG的解离，并使纤维素链能够不断延长。基于以上研究结果，一个可鉴定植物纤维素生物合成酶和植物细胞壁合成酶超大基因群(大约50基因)功能的实验系统由此建立起来，从而可深入研究纤维素生物合成的分子机理和全部通道(见附图)，并用现代分子遗传操作技术去改良植物纤维素品质，增加纤维素的数量，调控碳水化合物从纤维素转化到淀粉或其它聚合体(如半纤维素，脂肪)的效率。相关三篇论文先后发表于“科学”和美国“植物生理学(Plant Physiology)” 杂志(5-7)，“科学”杂志同期发表了专家的评论，称纤维素生物合成机理的研究迈出了关键的第一步(8)，国际相关科技互联网作了相应的新闻报导，多家国际生物技术公司进行了多次电话技术咨询，所发表三篇论文至今已被国际一流杂志引用多达150余次。  
　　此外磷酸化脂类(phospholipid)分子可以与固醇糖甙形成脂类固醇糖甙(acylated sitosterol glucoside)，由此可能转入到植物细胞与外界环境交流的信号传导(signaling transduction)途径中。业已证明在其它生物(如真菌fungi，霉菌slime molds，人体成纤维细胞human fibroblasts)中，固醇糖甙受到外界环境胁迫(如热激处理，盐和酒精胁迫)的高效诱导，从而推论固醇糖甙分子可能是生物对外界环境胁迫反应中信号传导的调控因子，有关固醇糖甙分子在植物中的相关作用目前尚无任何报道。基于植物纤维素生物合成研究所取得的进展以及它可能涉及转入到碳水化合物分配与代谢和对外界环境胁迫反应的信号传导之中，彭博士提出了一个全新的关于植物纤维素生物合成通道的模式(见附图)，以此作为此项研究的方向和依据，并确保该领域的研究始终站在国际前沿和领先地位。  

　　(1) Arioli, T., Peng, L., et al., Molecular analysis of cellulose biosynthesis, Science, 279 717 (1998).  
　　(2) Carpita, N., & Vergara, C., A recipe for cellulose, Science, 279 672 (1998).  
　　(3) Atalla, R. H., Cellulose biosynthesis in Arabidopsis, Science, 282 593a (1998).  
　　(4) Peng, L., et al., Fractionation of carbohydrates in Arabidopsis root cell walls shows that three radial swelling loci 
are specifically involved in cellulose production, Planta, 211 406 (2000).  
　　(5) Peng, L., et al., Sitosterol-β-1,4-glucoside as primer for cellulose synthesis in plants, Science, 295 147 (2002).  
　　(6) Peng, L., et al., The experimental herbicide CGA 325’615 inhibits synthesis of crystalline cellulose and causes accumulation of non-crystalline-1,4-glucan associated with CesA protein, Plant Physiol, 126 981-992 (2001).  
　　(7) Lane,D., Wiedemeier, A., Peng, L., et al., Temperature-sensitive alleles of rsw2 link the KORRIGAN endo-b-1,4-glucanase to cellulose synthesis and cytokinesis in Arabidopsis, Plant Physiol, 126 278 (2001).  
　　(8) Read, S., & Bacic, T., Prime time for cellulose, Science, 295 59 (2002).