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為從根本上治理楊、柳飛絮污染，克服楊樹和柳樹產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題提供了創(chuàng)新解決方案。 一、項目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡介 （1）闡明了楊樹和柳樹的遺傳分化機(jī)制，建立了楊柳科植物大遺傳系統(tǒng)研究平臺，創(chuàng)建了木本植物遺傳研究的新模式體系。本項目首次在基因組水平明確了楊屬和柳屬兩個姊妹屬的進(jìn)化關(guān)系，比較基因組學(xué)結(jié)果表明：楊柳科植物的共同祖先經(jīng)過二倍化形成了楊樹，楊樹的兩條染色體發(fā)生了斷裂與重新融合，染色體重新融合的結(jié)果導(dǎo)致柳樹的產(chǎn)生。以前楊樹和柳樹是作為獨立的體系進(jìn)行遺傳研究的，由于兩者基因組有高度的相似性，本項目建立了將兩者作為一個大遺傳系統(tǒng)進(jìn)行研究的分子平臺。 （2）闡明了楊樹和柳樹的性別決定系統(tǒng)以及楊柳科植物性染色體演化的分子機(jī)制。發(fā)現(xiàn)楊樹性別決定基因定位在19 號染色體近端粒區(qū)域，為XY 性別決定系統(tǒng)；而柳樹性別決定基因均定位在15 號染色體的著絲粒附近，為ZW 性別決定系統(tǒng)。楊柳科植物雖然起源于同一個古四倍體祖先，但這兩個姊妹屬的性染色體分別由兩條不同的常染色體進(jìn)化而來，并且常染色體向性染色體的轉(zhuǎn)變發(fā)生在楊樹和柳樹物種分化之后，性染色體在這兩個姊妹屬中獨立起源和進(jìn)化，分別演化形成XY 和ZW 兩種完全不同的性別決定系統(tǒng)。 （3）發(fā)現(xiàn)了飛絮發(fā)生發(fā)育過程，揭示了楊樹性別決定基因及其作用機(jī)制。發(fā)現(xiàn)美洲黑楊性別決定區(qū)的2 個Y染色體特有的基因FERR-R 和MSL。FERR-R 基因具有抑制雌蕊發(fā)育的功能，該基因是由一個在雌花發(fā)育早期特異表達(dá)的促雌基因（FERR）復(fù)制產(chǎn)生。楊樹雄株中，F(xiàn)ERR-R 基因通過產(chǎn)生small RNA 對FERR 基因的啟動子進(jìn)行甲基化，同時降解FERR 基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，在楊樹雄株中關(guān)閉了FERR 基因的表達(dá)，從而導(dǎo)致雄株中雌蕊不發(fā)育；而雌株中沒有FERR-R 基因，F(xiàn)ERR 基因表達(dá)不受抑制，雌蕊可以正常發(fā)育。MSL 基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生長片段非編碼RNA，具有促進(jìn)雄蕊發(fā)育的功能。楊樹雄株由于存在MmS 促雄基因，所以雄花原基發(fā)育，但雌株中沒有MmS 促雄基因，所以雄花原基不發(fā)育。 （4）建立了楊樹和柳樹的性別早期鑒定和標(biāo)記輔助選擇育種技術(shù)體系。選育雄株品種在生產(chǎn)上進(jìn)行推廣，可以有效的解決楊、柳飛絮問題，因此苗木性別的早期鑒定至關(guān)重要。然而苗木性別的早期鑒定一直存在可靠性低、誤檢率高等問題。本項目利用楊樹Y 染色體特異序列和柳樹W 染色體特異序列開發(fā)了用于楊、柳性別鑒定的特異分子標(biāo)記，分別在美洲黑楊、山楊和簸箕柳苗木性別的早期鑒定工作中實現(xiàn)100%準(zhǔn)確率。楊、柳性別早期鑒定技術(shù)在“國家林草局南方林木種子檢驗中心”開展的楊、柳種苗抽檢工作中得到應(yīng)用。 本項目取得的原始創(chuàng)新性研究成果，不僅使我國在相關(guān)研究領(lǐng)域處于國際領(lǐng)跑地位。通過解決技術(shù)瓶頸背后的核心科學(xué)問題，促使基礎(chǔ)研究成果走向應(yīng)用，為從根本上治理楊、柳飛絮污染，克服楊樹和柳樹產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題提供了創(chuàng)新解決方案，為通過科技創(chuàng)新服務(wù)生態(tài)文明和美麗中國建設(shè)提供了典型案例，將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。

隨著國家森林資源保護(hù)的進(jìn)一步深入，我國木材供給結(jié)構(gòu)將發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變。目前，隨著完善天然林保護(hù)制度的要求，我國已全面停止天然林的商業(yè)性采伐。這導(dǎo)致木材資源的供需矛盾，使得未來我國國內(nèi)所能提供的原料由采伐天然林向采伐人工林的歷史性轉(zhuǎn)變。人工林木材主要包括杉木、松木、楊木、泡桐等，具有生長速度快、產(chǎn)量高、采伐周期短等特點。但是其材質(zhì)較差、密度及表面硬度低，其制品的尺寸穩(wěn)定性差、產(chǎn)品性能弱、附加值低。如何利用這些低質(zhì)速生材成為木材加工企業(yè)亟待解決的問題。 浙大團(tuán)隊能夠在保留木材年輪等結(jié)構(gòu)的條件下，使0.3-0.5密度的入工林木材（楊木、桐木等）強(qiáng)化至0.9-1.1以上（目前最高數(shù)據(jù)為1.67,但如何穩(wěn)定獲得產(chǎn)品還需進(jìn)一步研究），同時均勻地染色，添加所需要的香味。用純物理技術(shù)快速地讓速生木達(dá)到高端紅木的密度、強(qiáng)度、顏色、香味等各項特性。采用靜流體超高壓技術(shù)所生產(chǎn)的強(qiáng)化木是整體強(qiáng)化，強(qiáng)化后內(nèi)外強(qiáng)度均勻，并且二次切割加工不受限，另一方面使強(qiáng)化后的產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力極低，強(qiáng)化后不回彈，強(qiáng)化品質(zhì)極高。

隨著社會老齡化以及人民生活水平的提高，以干細(xì)胞為核心的再生醫(yī)學(xué)發(fā)揮著越來越重要的作用。關(guān)節(jié)軟骨損傷及其退行性病變-骨關(guān)節(jié)炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質(zhì)量的下降。本項目利用納秒脈沖電場選擇性降低DNA甲基化，提升干細(xì)胞干性，促進(jìn)干細(xì)胞多向分化。

隨著體育活動普及以及生活水平提高，關(guān)節(jié)軟骨損傷及其退行性病變-骨關(guān)節(jié)炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質(zhì)量的下降。因應(yīng)這些挑戰(zhàn)，以生物材料、干細(xì)胞和生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)為基礎(chǔ)的先進(jìn)治療方式逐漸涌現(xiàn)。在長期研究的基礎(chǔ)上，實驗室首先發(fā)現(xiàn)并優(yōu)化了多肽（饑餓激素，ghrelin）促進(jìn)干細(xì)胞軟骨分化和體內(nèi)軟骨再生的方法。多肽可以作為體外研究和體內(nèi)軟骨再生的重要手段，有良好的臨床和產(chǎn)業(yè)化價值。

隨著體育活動普及以及生活水平提高，關(guān)節(jié)軟骨損傷及其退行性病變-骨關(guān)節(jié)炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質(zhì)量的下降。因應(yīng)這些挑戰(zhàn)，以生物材料、干細(xì)胞和生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)為基礎(chǔ)的先進(jìn)治療方式逐漸涌現(xiàn)。在長期研究的基礎(chǔ)上，實驗室首先發(fā)現(xiàn)并優(yōu)化了多肽（饑餓激素，ghrelin）促進(jìn)干細(xì)胞軟骨分化和體內(nèi)軟骨再生的方法。多肽可以作為體外研究和體內(nèi)軟骨再生的重要手段，有良好的臨床和產(chǎn)業(yè)化價值。

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隨著社會老齡化以及人民生活水平的提高，以干細(xì)胞為核心的再生醫(yī)學(xué)發(fā)揮著越來越重要的作用。關(guān)節(jié)軟骨損傷及其退行性病變-骨關(guān)節(jié)炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質(zhì)量的下降。本項目利用納秒脈沖電場選擇性降低DNA甲基化，提升干細(xì)胞干性，促進(jìn)干細(xì)胞多向分化。應(yīng)用范圍 本項目可用于誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS）制備；干細(xì)胞分化前準(zhǔn)備和成骨、成脂以及成軟骨分化；體內(nèi)骨、軟骨再生；骨關(guān)節(jié)炎的早期干預(yù)和對癥治療；細(xì)胞治療；細(xì)胞分泌因子調(diào)控等領(lǐng)域。 項目階段 1.納秒脈沖電場是新興的、能夠精確控制場強(qiáng)和脈寬的電場技術(shù)，可以比傳統(tǒng)電場更加精準(zhǔn)地控制參數(shù)，以及提升場強(qiáng)到KV/cm。它有效地穿透細(xì)胞膜、作用到細(xì)胞器和染色質(zhì)，發(fā)揮廣泛的生物學(xué)效應(yīng)。 2.我們發(fā)現(xiàn)納秒脈沖電場的不同參數(shù)組合（場強(qiáng)、脈寬、頻率、刺激個數(shù)、應(yīng)用時間點等）會引起不同的生物學(xué)作用。基于該理念，實驗室前期工作發(fā)展了使用納秒脈沖電場：a.選擇性DNA去甲基化；b.提升干細(xì)胞干性；c.促進(jìn)干細(xì)胞分化（成骨、成脂和成軟骨）；d.促進(jìn)處理后的干細(xì)胞體內(nèi)軟骨再生的能力；e.提升細(xì)胞分泌因子能力；f. 改良傳統(tǒng)的“電擊杯”(BTX electroporationcuvette #45-0125)，開發(fā)出能夠連續(xù)為細(xì)胞施加刺激的導(dǎo)電薄膜。

隨著體育活動普及以及生活水平提高，關(guān)節(jié)軟骨損傷及其退行性病變-骨關(guān)節(jié)炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質(zhì)量的下降。因應(yīng)這些挑戰(zhàn)，以生物材料、干細(xì)胞和生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)為基礎(chǔ)的先進(jìn)治療方式逐漸涌現(xiàn)。在長期研究的基礎(chǔ)上，實驗室首先發(fā)現(xiàn)并優(yōu)化了多肽（饑餓激素，ghrelin）促進(jìn)干細(xì)胞軟骨分化和體內(nèi)軟骨再生的方法。多肽可以作為體外研究和體內(nèi)軟骨再生的重要手段，有良好的臨床和產(chǎn)業(yè)化價值。

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發(fā)現(xiàn)鈣調(diào)蛋白激酶CaMKII可以直接磷酸化Beclin 1的絲氨酸90位點，并促進(jìn)后者發(fā)生K63型泛素化進(jìn)而激活自噬，同時，CaMKII也可以磷酸化分化抑制蛋白Id1和Id2，磷酸化的Id蛋白進(jìn)而與泛素連接酶TRAF6結(jié)合，促進(jìn)Id蛋白的K63型泛素化，泛素化的Id1和Id2通過與自噬受體P62的結(jié)合被帶入到自噬體中降解。Id蛋白的降解促進(jìn)了神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞分化，從而達(dá)到抑制腫瘤的目的。       這一研究揭示了CaMKII激活到Id蛋白的自噬性降解進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞分化的分子機(jī)制，為臨床上神經(jīng)母細(xì)胞瘤靶向治療提供了新的靶標(biāo)。