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施明哲
施明哲
特聘研究員兼中研院南部院區籌備委員會主任委員
東海大學生物系學士 (1976)
美國愛荷華大學遺傳博士 (1978-1983)
美國哈佛大學遺傳系博士後研究 (1984-1988)
美國愛荷華大學生物系助理教授 (1988-1994)
美國愛荷華大學生物系副教授 (1994-2003)
美國愛荷華大學比較基因體中心主任 (2005-2007)
美國愛荷華大學生物系教授 (2003-2009)
中央研究院農生中心特聘研究員兼主任 (2008-2016)
中央研究院農生中心特聘研究員兼中央研究院秘書長 (2016- 至今)

辦公室:農科大樓B棟 B208     電話:(02) 2789-9403    
E-mail:mcshih@gate.sinica.edu.tw
       

研究方向

阿拉伯芥及水稻缺氧反應的分子機制

本計畫之主要目標是探討植物對淹水所造成的缺氧之反應的分子機制,以期將來能應用於改良農作物之淹水抗性。在實驗室近期的研究成果中,我們發現植物在淹水缺氧及復氧兩階段的反應皆為決定植物耐受缺氧逆境的關鍵時期(Fig. 1),並進一步指出乙烯是兩關鍵時期控制基因表現及代謝的主要訊息傳遞者。植物亦誘導關鍵轉錄因子WRKY22大量表現,以預防在淹水期間或洪水退去後的病菌感染。另一方面,我們藉由蛋白質體學分析發現淹水缺氧初期,蛋白激(SnRK1)磷酸串連反應調控缺氧代謝及關鍵缺氧反應基因的蛋白轉譯。

Fig.1 Schematic of our studies in flooding stress. Fig.1 Schematic of our studies in flooding stress.

根據以上的發現,實驗室正深入分析阿拉伯芥淹水逆境下,SnRK1調控蛋白轉譯的分子機制及乙烯如何調節缺氧與復氧時期的代謝流向(Fig. 2)。除此之外,我們也針對在淹水缺氧初期能活化免疫抗病相關基因表現(如WRKY22)的上游分子進行研究。我們發現許多lectin receptor-like kinases (LecRKs) 家族的基因突變影響了植物抗病及耐淹水的反應,未來將深入分析LecRKs是否為淹水下誘導免疫反應基因表現的受體。

Fig.2 Model of TCA cycle replenishment in response to reoxygenation Fig.2 Model of TCA cycle replenishment in response to reoxygenation

Sub1A1是已知的水稻關鍵淹水抗性基因,其基因表現受淹水調控並屬於ethylene response factor VII (ERFVII) 轉錄因子家族,ERFVII家族蛋白在其蛋白序列N端都具有N-degron (Met-Cys-Gly-Gly)序列。在有氧的環境下,有這段序列的蛋白會被具感應氧氣濃度能力的N-end rule路徑辨識降解; 在缺氧環境下,N-end rule路徑活性被抑制,ERFVII蛋白則穩定累積。但Sub1A1是目前唯一已知的具有N-degron 卻不被N-end rule路徑降解的ERFVII轉錄因子。另一方面,我們發現兩個ERFVII 轉錄因子,ERF66ERF67,其蛋白被N-end rule辨識且基因表現在淹水下受Sub1A1調控。顯示淹水下,ERF66和ERF67蛋白不僅穩定累積,還藉由Sub1A的轉錄調控放大ERF66 和 ERF67調控的耐淹水反應。總合以上的發現,我們提出Sub1A,ERF66 和 ERF67三者經由基因表現及N-end rule調節的新耐淹水調控路徑。目前,我們正深入探討Sub1A蛋白如何不受N-end rule調控及藉Sub1A-ERF66 /ERF67調控的訊息路徑。

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台灣蝴蝶蘭功能性基因資料庫建構與生物技術研究

此計畫的主要目標是建立一個完整的台灣蝴蝶蘭台灣阿嬤-Phalaenopsis aphrodite 的基因體資料庫。台灣阿嬤是高市佔率的白色蝴蝶蘭之繁殖親本。我們計畫運用此基因體資料庫結合分子生物育種以及基因轉殖技術創建蘭花育種的新平台。 目前,我們團隊已藉由次世代定序分析組建高品質的台灣阿嬤基因體序列草圖以及其連鎖圖譜,並且結合 BAC contig assembly以及標記分型(Marker typing)技術建立高覆蓋率,低錯誤率的基因體序列草圖。達此標準的基因體序列草圖才適用於常規基因序列分析及搜尋(Fig. 3)。

另一方面,我們現在亦針對蘭花花卉色素,香味合成及發育調控建構轉錄體及代謝體資料。希望可以藉由這些資訊選拔出具短生長週期,不同花色香味以及僅需短時間低溫誘導開花的蝴蝶蘭。

Fig.3 Orchidstra 2.0 Fig.3 Orchidstra 2.0

生物農藥開發

Pseudomonas taiwanensis 是從台灣北部土壤中篩出,能生長於以蝦殼粉做單一碳源及氮源培養基的新型假單胞菌屬土壤菌, 藉由基因體學、影像質譜儀(matrix-assisted laser desorption/ionization imaging mass spectrometry)及Tn5 突變庫分析,我們發現P. taiwanensis能經由第六型分泌系統 (Type 6 Secretion System) 釋出新型pyoverdine抑制(Xoo)生長 (Fig. 4)。除了抗水稻白葉枯病,我們亦在P. taiwanensis跟其他土壤微生物發現抗真菌化合物以及抗蟲的蛋白。未來,我們將開發P. taiwanensis及其他微生物作為生物農藥的來源並與生技公司合作進行田間試驗,以期能拓展至實際農業應用。

Fig.4 Schematic of the pyoverdine secretion pathways in P. taiwanensis. Fig.4 Schematic of the pyoverdine secretion pathways in P. taiwanensis.