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个人信息

博士生导师
研究员

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研究方向

植物RNA生物学

杨小飞

个人简介

2004年9月- 2008年7月，南昌大学生命科学学院，学士
2008年9月- 2015年2月，中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所，博士
2015年2月-2022年2月，约翰英纳斯研究中心(John Innes Centre, UK)，博士后
2022年3月-至今，中国科学院分子植物科学卓越创新中心，研究员

研究工作

全球气候变化导致的环境改变对植物生长发育和农业生产具有显著影响。植物通过多种途径感知外部环境，并进一步调节基因表达从而适应环境变化。基因表达的中间分子 — RNA的折叠依赖于细胞环境，环境变化导致的RNA结构改变可以“打开”或“关闭”下游基因的表达，从而发挥“分子开关”的功能。但目前科学界对于植物RNA开关的了解还非常浅显，本研究组主要研究方向包括：
1）植物RNA开关的鉴定及功能分析
2）基于RNA开关的农艺性状设计与基因编辑育种

本实验室高度鼓励个人兴趣发展，共同营造团结和谐、积极向上的工作环境，致力于培养全面发展的青年人才，为青年人才的职业发展提供最大的帮助。本实验室长期招聘博士后，热忱欢迎优秀青年人才加入本实验室，探索创新科学，服务社会发展。联系方式 xfyang@cemps.ac.cn.

主要成果

1. RNA G4四链体结构调节蛋白质翻译及植物生长发育

基因表达的可塑性受到多种功能性RNA结构元件的调节，与特定的生物学过程紧密关联。比如，复杂的RNA结构G4四链体(RG4)与哺乳动物的癌症和神经退行性疾病有关。在植物中对RG4的研究起步较晚且数量稀少，但有研究表明RG4与植物的筛管发育相关联。然而由于缺少在活细胞中定量检测RG4结构的方法，导致缺乏RG4调节关键基因表达的有力证据，极大地限制了对RG4生物学功能的深入研究。

为了攻克该技术短板，课题组利用了RG4独特的化学标记特征，设计了一整套RG4活体标记和定量计算的标准流程SHALiPE-seq，以实现对全转录组单个RG4结构折叠的定量评估。SHALiPE-seq在水稻和拟南芥中检测到了上百个RG4的折叠，RG4的折叠抑制了蛋白质的翻译。对单个重要的RG4进行突变以后，显著地影响了拟南芥根的生长。该项研究提供了RG4在真核细胞中存在并发挥重要调节功能的直接证据，为细胞中是否存在RG4这一长期争议给出了确定的答案。开发了RG4定量测定方法SHALiPE-seq，为深入探索 RG4 的功能开辟了新途径。

2. RNA G4四链体结构介导植物对低温的感知

利用SHALiPE-seq方法对经过冷处理和未经冷处理拟南芥的RG4折叠进行了定量测定，发现冷处理拟南芥中RG4的折叠系数显著提高，表明低温促进了植物RG4的折叠。进一步对冷处理前后mRNA的降解速率进行分析发现，冷响应RG4抑制了mRNA的降解，从而提高RG4基因在冷胁迫中的表达水平。利用遗传学和生理学的手段证明，突变重要的冷响应RG4结构减弱了冷处理对拟南芥生长的抑制。这些结果揭示了一条以RG4折叠调控为核心的冷响应途径：即“冷胁迫?RG4折叠?基因高表达?植物生长抑制”。该研究证明了RG4具有低温响应的能力，在植物中发挥“低温感受器”的作用。首次发现了RG4结构贡献于mRNA的稳定性维持，为进一步深入解析RG4的基因表达调节功能开辟了新的方向。

3. RNA结构调节多倍体亚基因组的翻译不对称性

多倍化是植物物种形成的主要途径之一，许多重要农作物例如小麦、油菜等均是典型的异源多倍体物种。多倍体亚基因组之间序列相似的同源基因具有高度的适应可塑性，同源基因之间数量庞大的突变导致基因的亚功能化和表达不对称性，是形成多倍体优势的潜在原因。但是同源基因之间的突变如何贡献于亚基因组基因功能可塑性的分子机理一直不清楚。

碱基突变是造成RNA结构改变的重要因素之一，RNA结构的改变能在很大程度上造成基因活性或功能的改变。课题组开发了高精度的RNA结构测定方法SHAPE-structure-seq，该方法能在单碱基水平测定全转录组RNA结构，从而有效区分同源基因之间的RNA结构差异。绘制了四倍体小麦亚基因组之间13000多对同源基因的RNA结构图谱和翻译组学图谱，发现同源基因之间的RNA结构差异导致了亚基因组的翻译不对称，从而提高小麦基因表达的可塑性。有意思的是，与不改变RNA结构的突变相比，改变同源基因RNA结构的突变具有更高的固定指数，表明小麦的驯化过程伴随着同源基因RNA结构的差异化选择。该成果首次在翻译水平研究了多倍体亚基因组表达的不对称性，为表达不对称性提供了新的内涵，因此填补了这一重要的知识空白。阐明了RNA结构的差异化选择是翻译不平衡的主要因素，是小麦人工驯化的重要驱动力之一。

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