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本实验室以模式生物为研究对象，根据国际生命科学及发育生物学发展的趋势和规律，瞄准发育生物学研究领域的重大科学问题，面对国家和北京市经济与社会发展（特别是现代农业生产与人类健康）的重大需求，密切围绕“植物生殖发育及基因资源挖掘”、“植物逆境适应与耐逆基因应用”、“干细胞分化及其表观遗传调控”和“发育调控分子网络构建与设计”四大优势特色方向，实施多学科知识与技术的交叉与渗透，开展相关基础与应用性研究及相关技术研发，并培养该领域的创新性拔尖人才，使该实验室成为实现现代农业战略需求的基地。
研究方向1：植物生殖发育与基因资源挖掘
高等植物的有性生殖发育是完成植物个体发育的前提与基础，包括生殖细胞的形成、受精和胚胎早期分化与生长及生殖器官发育等关键事态，而且高等植物花器官的发育决定了植物生殖发育的时期和质量。在分子和细胞水平研究植物生殖细胞的形成、受精和胚胎与花的早期发育分子机制，为揭示高等植物生殖发育的规律及有效控制植物生长发育奠定基础。应用功能基因组学与蛋白质组学技术和生物信息学及分子生物学等方法，利用拟南芥和水稻等模式植物，主要开展植物生殖发育相关功能基因克隆及作用机理、植物生殖发育的信号转导分子机理和植物生殖发育功能基因表达调控等方面的研究，系统揭示了水稻颖果发育及胚乳细胞增殖与花器官形成的信号分子网络及其作用分子机制。该方向的研究成果将为揭示高等植物生殖发育分子机制提供理论支持，并可为利用生物技术开展植物种质资源创制提供功能基因与技术支撑。
研究方向2：植物逆境适应与耐逆基因应用
全球的环境与气候的急剧变化对我国粮食生产与生态安全的约束日益突出。面对环境变化下植物适应的分子机制这一重大科学问题和培育抗逆、高产作物品种是现代发育生物学面临的另一重要核心课题。本研究方向主要应用正向遗传学、反向遗传学和分子生物学以及细胞生物学等技术与方法，主要开展植物响应高温和干旱胁迫的细胞和分子机制，特别是对植物如何将高温和干旱这样的物理和化学信号转变为第一个生物信号的分子机理，植物发育逆境适应中激素调控机理、以及研究特殊生境中植物的抗逆机制以及抗逆功能基因挖掘利用等方面的研究。该方向的研究成果不仅具有重要的科学价值，而且有深刻与长远的应用前景，特别是对改良农作物和森林植被适应全球环境变化的方面具有重要指导意义。
研究方向3：干细胞分化及其表观遗传调控
动物胚胎期及出生后脑神经干细胞、脂肪干细胞和骨骼肌干细胞发生、增值、分化和组织发育是动物和人体生命活动的基本问题之一，研究动物神经细胞、成体脂肪细胞和骨骼肌细胞生长发育的表观遗传调控不仅对于揭示环境因子及其外来物质（药品、添加剂）在动物成体发育及其产品质量的控制具有重要现实意义，同时，对于人类重大疾病如肥胖症、糖尿病、脂肪肝、高脂血症及肿瘤发生机制的探讨具有一定的科学意义，且可为现代农业生产中提供优质畜禽产品提供技术支撑与保障。本研究方向主要以动物（猪、鸡）胚胎期及出生后脑神经干细胞、脂肪干细胞和骨骼肌干细胞的分化及其调控机理研究为主线，以核受体调控机体生长发育、干细胞的分化与脑神经细胞的发育及其基因表达调控为特色，开展转录因子超家族与相应的配基及众多共调节因子相互作用的基因表达调控，以及发掘影响动物表观遗传的影响因子，研究动物成体脂肪细胞和骨骼肌细胞生长发育的表观遗传学问题，探索其在动物发育中的调控机制和作用及其改善策略，揭示个体发育的基本规律，揭示神经系统发育与病变、动物行为差异以及肿瘤、肥胖与糖尿病等重大疾病的发病机理等。
研究方向4：发育调控分子网络构建与设计
随着模式生物和人类基因组序列的完成，以及蛋白质组学和代谢组学的兴起，生物信息学已经成为发育生物学中研究动植物的发育机制，构建发育调控分子网络的最有效工具。本研究方向主要是利用高通量测序方法、蛋白质组学结合基因组序列对植物生殖发育过程、植物在不同逆境中的生长发育过程以及动物脑神经干细胞、脂肪干细胞和骨骼肌干细胞的增殖和分化过程中基因的不同剪切、转录和表达进行生物信息学的分析，构建动植物特定发育过程中的分子调控网络。对于发育过程中分子调控网络的研究，不但能极大的深化我们对于动植物发育机理的认识，而且能为国家和北京市的未来的现代农业生产提供优质、高产、抗逆的种质资源和优质健康的畜禽产品奠定坚实的基础。