2018年国家科学技术奖提名公示

2018年度国家科学技术奖励提名工作正在进行，为确保国家科学技术奖励的公正性，根据《2018年度国家科学技术奖励提名工作手册》要求，现将我单位2018年国家科学技术奖提名项目的相关情况在中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所网站公示7个自然日，征求意见。
自公布之日起，任何单位和个人对公布的情况有异议，或有文字错漏需要更正的，应当以真实身份书面向科研处提出，匿名异议不予受理。电话：021-54924283。
特此公告。

2017年12月12日

自然科学奖候选项目

项目名称：
倍半萜植保素生物合成与RNA干扰抗虫研究
Sesquiterpene phytoalexin biosynthesis and RNAi-based crop

提名意见：
项目由上海市科学技术奖励管理办公室提名。
病虫害严重影响农业生产和环境安全，次生代谢物在植物抗病抗虫反应中起重要作用。该项目以棉花-棉铃虫为模式，研究植物次生代谢和昆虫适应机制，发展新一代抗虫技术，取得了具有国际领先水平的原创性成果，2017年获上海市自然科学奖一等奖。
在植物萜类生物合成及调控研究领域，项目系统研究植物倍半萜植保素、尤其是棉酚生物合成途径及调控，克隆了棉花法呢基二磷酸合酶、杜松烯合酶和杜松烯羟化酶，催化三步连续反应；创制了种子特异低酚转基因棉花，为育种提供了种质资源。利用棉花分泌型漆酶提出了治理土壤污染的植物体外修复策略。阐述了植物防御激素茉莉素、转录因子WRKY1和MYC2等对次生代谢，尤其是倍半萜成分合成的调控。在植物-昆虫互作与植物抗虫新技术领域，项目研究棉铃虫对棉酚的解毒机制，提出次生代谢物促进昆虫抗药性发展的新观点，发明并优化了植物介导的RNA干扰抗虫技术，可以特异地控制昆虫生长，为研发新一代抗虫作物打下基础。
发表相关论文40篇，其中SCI 论文35 篇，获发明专利授权17项。8篇SCI代表性论文中包括2篇Nature Biotechnology论文，合计影响因子121.67，被引1298次，其中SCI他引1055次，单篇最高SCI他引438次。该项目成果促进了我国植物代谢等学科的发展，带动了新一代抗虫作物的研制，取得了重要的国际影响和学术地位。
提名该项目为国家自然科学奖 二 等奖。

项目简介：
项目属生物学（植物生理学、分子遗传学）和生物工程（基因工程）学科，植物分子生物学和农业生物技术领域，与农业和生态环境密切相关。次生代谢物在植物抵御病原微生物和植食性动物（及昆虫）的防御反应中起重要作用。在长期协同进化中，昆虫与植物形成了复杂的互利互作和攻防关系。项目以棉花-棉铃虫为主要模式，研究次生代谢和昆虫适应机制，发明发展新一代抗虫技术，取得了一系列具有国际先进水平的研究成果。
科学发现一：萜类生物合成及调控研究。棉酚等倍半萜醛衍生物具有广谱毒性，能抑制昆虫生长，但限制棉籽的利用。项目组系统研究棉酚生物合成途径，先后克隆鉴定了法尼基二磷酸合酶（FPS）、杜松烯合酶（CAD）和杜松烯羟化酶（CYP706B1），催化三步连续的反应。棉籽富含油脂和蛋白质，利用种子特异启动子表达CYP706B1基因的双链RNA，创制了种子低酚、植株棉酚含量正常的转基因棉花新种质，提供育种单位培育。发现分泌型漆酶参与棉酚合成，通过基因工程使植物根部分泌漆酶，可转化土壤中酚类污染物，被Nature Biotechnology誉为“脱毒分泌物”。
植物次生代谢受各种因子的精确调控，项目组解析了环境因子、防御激素茉莉素和生长发育信号共同调控次生代谢的分子机理。分离了植物中首个调控倍半萜合成的转录因子GaWRKY1，以及调控抗疟药物倍半萜内脂青蒿素合成的ERF类转录因子。发现赤霉素和茉莉素通过转录因子MYC2共同调控倍半萜的合成与释放，揭示了植物生长发育和环境因子调控次生代谢的新模式。
科学发现二：植物-昆虫互作与植物抗虫新技术。次生代谢产物抑制昆虫生长，但昆虫不仅仅是被动解毒。项目组发现棉酚既抑制棉铃虫生长又诱导解毒酶基因表达，导致幼虫解毒能力提高，进而提出可诱导的解毒基因是害虫抗药性发展的重要分子基础。项目组以棉铃虫解毒基因为靶标，发明了植物介导的RNAi抗虫技术，即在植物中表达昆虫基因的双链RNA，干扰前来取食的昆虫的基因表达进而抑制其生长。2007年以封面形式在Nature Biotechnology发表论文。Nature评论称之为“RNAi杀虫剂”。该技术为开发新一代安全有效的转基因抗虫植物（如抗虫棉）奠定了基础。继化学、蛋白质（BT）杀虫剂之后，核酸技术（RNA干扰）的发明与应用是害虫控制领域的重大突破。
项目取得了系统性重大成果：解析了棉酚等萜类生物合成途径，提出了次生代谢物诱导昆虫农药抗性发展的新观点，发明了植物介导的RNAi抗虫技术，为研制新一代抗虫作物开创先河，也为植食性昆虫基因功能研究提供了新方法。发表核心论文40篇，包括SCI论文35篇，获国内外发明专利授权17项。8篇SCI代表性论文合计影响因子121.67，他引1298次，其中SCI他引1055次，单篇最高SCI他引438次。2017年获上海市自然科学奖一等奖。成果促进了我国植物代谢等学科的发展，带动了新一代抗虫作物的研制，取得了重要的国际影响和学术地位。

客观评价：
项目将植物次生代谢与昆虫解毒机制结合起来研究，深入剖析植物-昆虫互作与植物抗虫反应，在国际同行中具有鲜明特色，在理论研究和应用开发两方面取得了一系列重要进展。项目发表核心论文40篇，其中SCI论文35篇，主编参编著作5本(其他附件20)。8篇SCI代表作他引次数达1298次，其中SCI他引1055次(附件3)，3篇归入Web of Science高被引论文(Top 1%)，单篇最高他引次数为542次(其中SCI他引438次)；8篇SCI代表性论文的影响因子合计121.67，单篇最高影响因子为41.667，包括2篇Nature Biotechnology，以及Plant Cell、Plant Physiology、Molecular Plant等重要刊物论文。获得国内外发明专利17项(其他附件7～17)，2017年获上海市自然科学奖一等奖。
虫害严重影响农业生产和环境安全。棉铃虫是广谱植食性昆虫，能以包括棉花在内的多种作物为食，是主要害虫之一。目前推广种植的Bt转基因作物，虽能有效控制棉铃虫及鳞翅目虫害，但由于其局限性，迫切需要新的抗虫技术。项目组率先研发并报道了植物介导RNA干扰抗虫新方法，研究成果在国际著名杂志Nature Biotechnology作为封面论文(Article)发表(代表作3)。美国孟山都公司同期也发表了类似技术的报道(Report)，进一步说明了这项技术的可行性。该杂志同期发表题为“RNAi for insect-proof plants” 长篇评论，认为这项技术为开发新一代安全有效的转基因抗虫植物(如抗虫棉)奠定了基础(Transgene–encoded ingestible dsRNA may one day stand alongside Bt transgenes in insect management programs)，“第一次成功报道利用植物自身表达昆虫基因的双链RNA来抑制植食性昆虫防御基因的论文” (Two papers in this issue show the potential of using RNA interference (RNAi) induced by hairpin RNAs as a new line of defense against coleopteran and lepidopteran pests.) (附件2-3)。Nature和Science等杂志对该项成果给予高度评价(其他附件4，5)，Nature将其列为亮点论文之一，称之为“RNAi杀虫剂”(RNAi on the offensive)，Science评论为“农场种植RNA”(Planting RNA on the Farm)。论文发表后受到国内外同行的高度肯定，应邀在国内外学术大会做特邀报告。实验技术和方法得到国内外大量实验室的引进，广泛用于不同害虫控制和昆虫基因功能的研究。该论文目前他引542次，其中SCI他引438次，归入Web of Science高被引论文(Top 1%)。专利“利用RNAi技术改良植物抗虫性的方法”与美国孟山都公司签订专利与技术许可合同，与上海益海企业发展有限公司共同投资组建苏州凯益生物科技有限公司(以技术作价1340万元人民币入股，占注册资本的57％)，致力于农作物抗虫技术及其产品的研发和经营(其他附件1)。在技术成果转化方面取得突破，也从第三方证实了这项技术的商业价值。近年来，该技术的应用取得长足进展。2017年6月，美国环保署批准了第一个以RNA干扰技术为基础的抗根虫玉米。我国转基因重大专项也取得突破，研制了RNAi抗盲蝽棉花和RNAi抗黄萎病棉花。
项目通过阐述棉铃虫对棉酚的适应性机制，进一步揭示了植物-昆虫共进化的复杂机制，对昆虫适应性和抗药性的形成提出了新观点(代表作5)。同期Molecular Ecology特邀Schuler教授撰写专评，认为该工作揭示了鳞翅目昆虫与植物防御系统进化的复杂性机制(their data highlight the complexity of the defence systems evolving in lepidopterans and other insect pests.) (附件2-5)。
在棉酚生物合成途径的研究中取得了系统性成果，克隆了其合成途径上游三步反应的关键酶基因(FPS、CAD和CYP706B1)，对棉酚合成的基因工程调控有重要价值。美国学者利用我们克隆的CAD基因序列，通过在种子中特异抑制该基因的表达，获得了一个棉籽棉酚含量极低而不影响植株其它部分棉酚类化合物含量的棉花新种质(Sunilkumar et al., PNAS, 2006)。杜松烯羟化酶(代表作7)被Plant Journal的P450研究综述评论为“CYP706B1是倍半萜合成途径最早被报道的P450之一，也是CYP706家族中第一个被鉴定功能的酶”(Only one has an assigned function. CYP706B1 from cotton (Gossypium arboreum) is a (+)-δ-cadinene-8-hydroxylase, in the pathway for gossypol biosynthesis.) (附件2-7)。项目另一项成果利用棉酚途径分泌性漆酶进行土壤修复(代表作6)，被同期Nature Biotechnology短评为“脱毒分泌物”(Detoxifying exudates)，称“该工作展示了一项有生命力的植物修复策略，即通过植物释放解毒酶”(This work demonstrates the viability of using the release of detoxifying enzymes by plants as a strategy for phytoremediation.) (附件2-6)。
棉酚等萜类代谢调控研究论文获得国内外同行的高度评价和正面引用。WRKY因子调控棉酚合成关键酶基因(代表作4)，被Trends in Plant Science、Current Opinion in Plant Biology数篇综述论文评价为萜类合酶基因转录因子的首次报道(The first identification of a transcription factor that regulates floral and herbivore-induced expression of a terpene synthase gene)，推荐为萜类合成调控研究的重要进展(special interest)(附件2-4)，评为优秀工作(the exception of excellent work)(其他附件6)。在植物学通报综述论文《2004年中国植物科学若干领域研究进展》中予以介绍。赤霉素和茉莉素通过MYC2共同调控倍半萜在花中的合成与释放(代表作1)，论文在国际植物科学权威期刊Plant Cell上发表，目前SCI他引138次，归入Web of Science高被引论文(Top 1%)，在2014年Current Opinion in Plant Biology发表的《茉莉素信号途径与赤霉素及乙烯互作》的综述中被列入显著成果(outstanding interest)(附件2-1)。茉莉素因子调控青蒿素合成(代表作2)，目前SCI他引85次，归入高被引论文(Top 1%)，被评为“中国科技期刊2016年度优秀论文” (其他附件2)。
上述研究成果具有国际领先或先进水平，相关论文获得国内外同行的高度评价和正面引用，在植物科学研究领域取得重要的国际影响和学术地位，应邀在国际生物互作会议、北美植物化学年会、植物代谢工程戈登会议(Gordon Research Conference)等报告或主持分会，创办了在我国举行的植物代谢国际学术大会，促进了我国植物次生代谢、代谢组学、抗虫生物技术等学科的发展。

代表性论文专著目录：
1)Gao-Jie Hong, Xue-Yi Xue, Ying-Bo Mao, Ling-JianWang, and Xiao-Ya Chen*. (2012) Arabidopsis MYC2 interacts with DELLA proteins in regulating sesquiterpene synthase gene expression. Plant Cell 24:2635-2648.
2)Zong-Xia Yu, Jian-Xu Li, Chang-Qing Yang, Wen-Li Hu, Ling-Jian Wang and Xiao-Ya Chen*. (2012) The jasmonate-responsive AP2/ERF transcription factors AaERF1 and AaERF2 positively regulate artemisinin biosynthesis in Artemisia annua. Molecular Plant 5:353-365.
3)Ying-Bo Mao, Wen-Juan Cai, Jia-Wei Wang, Gao-Jie Hong, Xiao-Yuan Tao, Ling-Jian Wang, Yong-Ping Huang, Xiao-Ya Chen*. (2007) Silencing a cotton bollworm P450 gene by plant-mediated RNAi impairs larval tolerance to gossypol. Nature Biotechnology 25:1307-1313.
4)Yan-Hua Xu, Jia-Wei Wang, Shui Wang, Jian-Ying Wang, and Xiao-Ya Chen*. (2004) Characterization of GaWRKY1, a cotton transcription factor that regulates the sesquiterpene synthase gene (+)-？-cadinene synthase-A. Plant Physiology 135(1): 507-515.
5)Xiao-Yuan Tao, Xue-Yi Xue, Yong-Ping Huang, Xiao-Ya Chen, Ying-Bo Mao*. (2012) Gossypol-enhanced P450 gene pool contributes to cotton bollworm tolerance to a pyrethroid insecticide. Molecular Ecology 21:4371-4385.
6)Guo-Dong Wang, Qian-Jin Li, Bin Luo, Xiao-Ya Chen*. (2004) Ex planta phytoremediation of trichlorophenol and phenolic allelochemicals via an engineered secretory laccase. Nature Biotechnology 22(7):893-897.
7)Ping Luo, Yan-Hong Wang, Guo-Dong Wang, Margaret Essenberg, Xiao-Ya Chen*. (2001) Molecular cloning and functional identification of (+)-？-cadinene-8-hydroxylase, a cytochrome P450 monooxygenase (CYP706B1) of cotton sesquiterpene biosynthesis. Plant Journal 28(1): 95-104.
8)Ying-Bo Mao*, Xiao-Yuan Tao, Xue-Yi Xue, Ling-Jian Wang, Xiao-Ya Chen. (2011) Cotton plants expressing CYP6AE14 double-stranded RNA show enhanced resistance to bollworms. Transgenic Research 20(3):665-673.

主要完成人情况：
1．姓名：陈晓亚
排名：第一完成人
行政职务：无
技术职称：研究员
工作单位：中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所
完成单位：中国科学院上海生命科学研究院
对本项目技术创造性贡献：项目的总体学术负责人，提出整个项目的总体学术思想，科研项目主持人，负责实验设计、研究指导。项目科学发现一“萜类生物合成及调控研究”和科学发现二“植物-昆虫互作与植物抗虫新技术”的首要完成人。为6篇代表性论文的责任作者，另外2篇代表性论文的署名作者，全部17项专利的第一发明人。
2．姓名：毛颖波
排名：第二完成人
行政职务：无
技术职称：研究员
工作单位：中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所
完成单位：中国科学院上海生命科学研究院
对本项目技术创造性贡献：本项目科学发现成果二植物-昆虫互作与植物抗虫新技术的主要完成人。在棉铃虫对棉酚耐受性机制的研究，植物介导的昆虫RNA干扰机制及应用研究，利用半胱氨酸蛋白酶增强植物介导的昆虫RNA干扰等工作中取得成果。为4篇代表性论文的署名作者，其中2篇为第一作者，2篇为责任作者，11项专利的发明人。
3．姓名：洪高洁
排名：第三完成人
行政职务：无
技术职称：副研究员
工作单位：浙江省农业科学院病毒学与生物技术研究所
完成单位：中国科学院上海生命科学研究院
对本项目技术创造性贡献：研究生在读期间参与项目科学发现一和科学发现二的部分工作，从事赤霉素和茉莉酸信号调控拟南芥倍半萜生物合成的研究，参与植物介导的RNAi抗虫技术研发。为2篇代表性论文的署名作者，其中1篇为第一作者，1项专利的发明人。
4．姓名：于宗霞
排名：第四完成人
行政职务： 无
技术职称：讲师
工作单位：大连大学生命科学与技术学院
完成单位：中国科学院上海生命科学研究院
对本项目技术创造性贡献：研究生在读期间参与项目科学发现一的部分工作，从事植物倍半萜合酶基因的转录调控研究，发现青蒿中受茉莉酸诱导的AP2转录因子（AaERF1和AaERF2）调控青蒿素生物合成途径，以及年龄因子MicroRNA156靶基因SPL直接调控倍半萜合酶基因表达。为1篇代表性论文的第一作者，1项专利的发明人。
5．姓名：王凌健
排名：第五完成人
行政职务：无
技术职称：副研究员
工作单位：中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所
完成单位：中国科学院上海生命科学研究院
对本项目技术创造性贡献：项目科学发现一和科学发现二的主要参加人，从事萜类生物合成和转录因子在植物次生代谢中的调控机制研究，发明并优化植物介导的RNAi抗虫技术。参与研究实验，结果分析，项目实施管理等工作。为4篇代表性论文的署名作者，14项专利的发明人。

完成人合作关系说明：
该项目研究成果由5名完成人在同单位同一研究组完成。
第一完成人陈晓亚研究员为中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所研究组组长，是该项目的总体学术负责人，提出整个项目的总体学术思想，科研项目主持人，负责实验设计、研究指导，代表性论文1，2，3，4，6，7，8的责任作者（附件1-1～4、6～7），全部17项专利的第一发明人（其他附件7～17）。项目科学发现一“萜类生物合成及调控研究”和科学发现二“植物-昆虫互作与植物抗虫新技术”的首要完成人。2008年获得何梁何利科学技术进步奖，2010年获全国优秀博士学位论文指导教师奖（其他附件18～19）。
第二完成人毛颖波于2000年9月至2006年12月在第一完成人陈晓亚研究员指导下攻读博士研究生，毕业后继续留在第一完成人的研究组工作。本项目科学发现成果二植物-昆虫互作与植物抗虫新技术的主要完成人。在棉铃虫对棉酚耐受性机制的研究，植物介导的昆虫RNA干扰机制及应用研究，利用半胱氨酸蛋白酶增强植物介导的昆虫RNA干扰等工作中取得成果。为代表作3和8的第一作者（附件1-3，8），代表作5和8的责任作者（附件1-5，8），代表作1署名作者（附件1-1），11项专利的发明人（其他附件7，8，11～13）。
第三完成人2004年9月至2011年8月在第一完成人陈晓亚研究员指导下攻读博士研究生。参与项目科学发现一和科学发现二的部分工作，从事赤霉素和茉莉酸信号调控拟南芥倍半萜生物合成的研究，参与植物介导的RNAi抗虫技术研发，为代表作1的第一作者和代表作3的署名作者（附件1-1，3），1项专利的发明人（其他附件11）。
第四完成人2007年9月至2013年7月在第一完成人陈晓亚研究员指导下攻读博士研究生。参与项目科学发现一的部分工作，从事植物倍半萜合酶基因的转录调控研究，发现青蒿中受茉莉酸诱导的AP2转录因子（AaERF1和AaERF2）调控青蒿素生物合成途径，以及年龄因子MicroRNA156靶基因SPL直接调控倍半萜合酶基因表达（其他附件3）。为项目代表性论文2的第一作者（附件1-2），1项专利的发明人（其他附件9）。
第五完成人王凌健副研究员2004年5月到第一完成人的研究组工作，为项目科学发现一和科学发现二的主要参加人，从事萜类生物合成和转录因子在植物次生代谢中的调控机制研究，发明并优化植物介导的RNAi抗虫技术。参与研究实验，结果分析，项目实施管理等工作。为代表作1，2，3，8署名作者（附件1-1，2，3， 8）；14项专利的发明人（其他附件7～14）。

知情同意证明：
申请奖种：2018年国家自然科学奖
主要完成人：陈晓亚、毛颖波、洪高洁、于宗霞、王凌健
完成单位：中国科学院上海生命科学研究院
代表性论文:
1.Hong GJ, Xue XY, Mao YB, Wang LJ, Chen XY*. (2012) Arabidopsis MYC2 interacts with DELLA proteins in regulating sesquiterpene synthase gene expression. Plant Cell 24:2635-2648. （第一作者：洪高洁）
2.Yu ZX, Li JX, Yang CQ, Hu WL, Wang LJ, Chen XY*. (2012) The jasmonate-responsive AP2/ERF transcription factors AaERF1 and AaERF2 positively regulate artemisinin biosynthesis in Artemisia annua. Molecular Plant 5:353-365. （第一作者：于宗霞）
3.Mao YB, Cai WJ, Wang JW, Hong GJ, Tao XY, Wang LJ, Huang YP, Chen XY*. (2007) Silencing a cotton bollworm P450 gene by plant-mediated RNAi impairs larval tolerance to gossypol. Nature Biotechnology 25:1307-1313. （第一作者：毛颖波）
4.Xu YH, Wang JW, Wang S, Wang JY, Chen XY*. (2004) Characterization of GaWRKY1, a cotton transcription factor that regulates the sesquiterpene synthase gene (+)-？-cadinene synthase-A. Plant Physiology 135(1): 507-515.（第一作者：许燕华）
5.Tao XY, Xue XY, Huang YP, Chen XY, Mao YB*. (2012) Gossypol-enhanced P450 gene pool contributes to cotton bollworm tolerance to a pyrethroid insecticide. Molecular Ecology 21:4371-4385. （第一作者：陶晓园）
6.Wang GD, Li QJ, Luo B, Chen XY*. (2004) Ex planta phytoremediation of trichlorophenol and phenolic allelochemicals via an engineered secretory laccase. Nature Biotechnology 22(7):893-897. （第一作者：王国栋）
7.Luo P, Wang YH, Wang GD, Essenberg M. Chen XY*. (2001) Molecular cloning and functional identification of (+)-？-cadinene-8-hydroxylase, a cytochrome P450 monooxygenase (CYP706B1) of cotton sesquiterpene biosynthesis. Plant Journal 28(1): 95-104. （第一作者：骆萍）
8.Mao YB*，Tao XY, Xue XY, Wang LJ, Chen XY. (2011) Cotton plants expressing CYP6AE14 double-stranded RNA show enhanced resistance to bollworms. Transgenic Research 20(3):665-673. （第一作者：毛颖波）

本人为其中1篇论文的第一作者，同意陈晓亚等项目完成人使用上述论文专著报奖，并已知晓“获奖项目所用论文专著不得再次用于申报国家科技奖、未获奖项目所用论文专著不得连续两年使用”等有关规定。

签名：王国栋、许燕华、陶晓园、骆萍
日期：2017年11月

附件：知情同意报奖证明.pdf