主要完成人：张宪省、赵翔宇、王芳、苏英华、李兴国

    奖励等级：2012年获山东省自然科学一等奖

    成果简介：花和种子是植物重要的生殖器官，其发育过程是植物成功繁育的关键。系统研究生殖器官发育对理解植物生殖发育机理和认识作物产量品质的形成具有重要的理论意义和应用前景。本项目从器官、细胞和分子水平上系统研究了植物生殖器官发育的分子基础，深入探讨了激素调控生殖器官发生的分子机制，取得了如下主要研究成果。

    ① 探讨了小麦光周期调控开花时间的分子机理，丰富了谷类作物开花时间调节的理论。克隆了12个调控植物生殖器官发育的基因（TaGI1，TaMADS1，Triae;cycD2;1，TaYAB1, TaAS2，Orysa;CycB1;1，OsARGOS，OsAS2，HAG1，HoMADS1，SHB1，AtCESA2），分析了其生物学功能。发现TaGI1是光周期调控小麦生殖发育的关键基因，其节律性表达受光周期诱导，且发生在腹面靠近叶脉的特定细胞内，表明光周期在叶片中诱导该基因表达，其产物极有可能通过输导组织从叶中转运至茎端分生组织，调控小麦小穗的发育以及抽穗时间。

    ② 解析了SHB1和细胞周期相关基因在调节种子发育中的重要作用，为作物品种改良提供了重要科学资料。拟南芥SHB1通过调节种子发育关键基因MINI3和IKU2的表达，协调胚和胚乳中细胞分裂和细胞分化，最终控制种子大小。水稻Orysa;CycB1;1和OsARGOS直接调节胚乳和胚的细胞分裂，进而调节种子的发育。从水稻中系统鉴定出80个细胞周期的重要调节基因，其中12个基因在胚中表达，4个基因在胚乳中表达，23个基因在胚和胚乳中均有表达，揭示了单双子叶植物的细胞周期关键调节基因在数目及结构上的保守性，发现Orysa;CycB1;1为调控胚和胚乳发育的重要基因。

    ③ 建立了多种植物生殖器官高效定向再生系统，揭示了激素调节植物器官发生的重要机制。成功地将植株上植物器官发生的高度复合状态简化为激素与再生器官的简单对应关系，实现了多种生殖器官的高效定向离体再生，为研究激素调控器官发生机理提供了简单可控的理想实验系统。提出了花芽再生是各轮花器官按程序从花分生组织中分化的过程，不同花器官的分化需要不同的激素浓度，每一轮花器官分化后期必定会自动调整内源激素浓度以适合下一轮花器官分化的观点。发现了花器官特征决定基因的表达受激素调节，特别是胚珠特征决定基因的表达受激素浓度的控制。揭示了在体细胞胚胎发生过程中，生长素的极性分布诱导了干细胞组织中心关键基因WUS的表达，进而决定了干细胞的形成和胚胎发生。

    该成果获得国家发明专利3项，3篇学位论文入选省优秀博（硕）士学位论文，发表学术论文94篇，其中单篇影响因子大于7的有3 篇，最高影响因子10.648。成果相关论文共被引用907次，他引831次，包括被Nature Reviews Cancer（IF:37.878)、PNAS（IF:10.591）、Current Opinion in Plant Biology（IF:9.933）、Current Opinion in Cell Biology（IF:13.29）、Current Biology（IF:11.435）、Plant Cell（IF:10.648）等国际著名学术刊物的多次引用。在本成果中激素调控器官再生分子基础的研究在国内乃至国际同行中形成了鲜明的特色，产生了较大的影响，为提升我国在该领域的研究水平发挥了积极作用。先后应邀为Molecular Plant（杂志封面文章）、Journal of Intergrative Plant Biology、Plant Signaling & Behavior 等国际杂志撰写综述。