蔡强　教授、博士生导师
　武汉大学生命科学学院
　杂交水稻国家重点实验室（武汉）
　学科专业：植物科学

　招生专业：发育生物学

　邮箱：Qiang.cai@whu.edu.cn

　电话：
　地址：武汉大学当代楼杂交水稻国家重点实验室
　　　　北-403



欢迎对植物与病原生物互作研究感兴趣的本科生、研究生（硕士、博士）、博士后加入实验室！

教育经历

2003.09-2007.06 学士，华中农业大学，生命科学技术学院，国家生命科学与技术基地班
2007.09-2009.06 硕士，华中农业大学，植物科学技术学院，作物遗传育种
2009.09-2014.09 博士，上海交通大学，生命科学技术学院，发育生物学


主要工作经历与任职情况：
2014.12-2019.08 博士后，加州大学河滨分校，植物病理与微生物系
2019.09-至今 教授，武汉大学，生命科学学院，杂交水稻国家重点实验室


研究方向：　植物发育与逆境应答

主要研究领域及兴趣：
　　我们实验室主要研究植物免疫和病原体毒力的分子机制，重点关注细胞通讯在植物与病原生物互作中的调控过程。我们的最终目标是制定有效且环保的策略来控制植物病害保证粮食安全生产。

1. 胞外囊泡（Extracellular vesicles, EVs）在跨界细胞通讯中的作用机制
　　植物和病原微生物之间的交流需要从细胞外环境中分泌和吸收功能分子，这对植物及其病原体的生存至关重要。实现细胞间通讯和分子交换的一种潜在途径是EV途径。EVs 是脂质双层封闭球体，包含来自分泌细胞的不同功能分子，穿过细胞外环境，并进入相互作用的生物体，在调节宿主-病原体相互作用中发挥重要作用。在动物系统中，EV的一种类型，外泌体 （Exosomes）被大量研究，发现其含有蛋白质和 RNA 分子，在调节细胞通讯、受精、免疫反应、疾病过程、转移性肿瘤细胞生长等过程中发挥重要作用。目前动物系统中的EV研究主要集中在单个生物的不同组织、器官或细胞间互相转运，其在跨界调控宿主和病原体互作方面的研究比较相对较少。
　　由于植物中 EV 分离和检测方法的限制，人们对植物中 EV 的了解仍处于初级阶段， 植物中EV的功能研究是一个较新的研究领域。我们的研究表明，植物EVs作为一种新的免疫机制，通过将小RNAs (sRNAs)包裹并传递到病原体中，从而介导跨界的RNAi，使病原体毒力相关基因沉默（Cai et al., 2018,Science）。在这一过程中，RNA结合蛋白在sRNAs向EV中装载发挥重要的作用（He# and Cai# et al., 2021,Nature Plants）。因此EVs介导的植物-真菌基因沉默中sRNA跨界转运，在植物抗病中的重要作用。但在这一生物学过程中，还有很多基本生物学问题不明确，需要进一步深入研究。比如：1.植物外泌体的形成和分泌的途径是什么？2. RNA和蛋白质如何选择性地加载到 EV 中进行运输？3. EVs 是如何被受体细胞吸收的？4.EVs携带的其他重要的通讯分子是什么？我们正在利用多种方法研究EVs在跨界细胞通讯中的作用机制，并期望回答以上问题。

EV 介导的跨界 RNAi 是植物-微生物相互作用中的一种通讯机制（引自Cai et al., 2021, Annual Review of Plant Biology）


2. 病原菌关键RNA致病因子的功能分析及植物的防御机制
　　sRNAs是短的非编码RNA调节分子，通过引导mRNA 切割、翻译抑制或染色质修饰来诱导RNA干扰 (RNAi)。sRNA诱导的基因沉默在植物对抗病原菌中起着重要作用；而病原菌产生的sRNAs也能增强病原菌的致病性。大多数 sRNAs在自身细胞中发挥功能（内源性功能）。但最近研究表明，真菌病原体入侵植物过程中，其转座因子区域产生的sRNAs被递送到植物中，通过一种称为“跨界 RNAi”的现象使相互作用生物体中的基因反式沉默。因此sRNAs也被认为是除蛋白和代谢物外，病原体的重要致病因子。目前，水稻上病原真菌产生的关键致病sRNAs及其如何在宿主中发挥作用、以及水稻如何对应防卫的过程不清楚。我们将通过组学鉴定水稻病原真菌产生的关键致病sRNAs,并通过实验验证其在宿主中调控的基因和影响的免疫途径；同时将在细胞层面上研究病原真菌关键致病sRNAs如何转运出真菌细胞后，又通过何种途径进入水稻细胞中；水稻中RNAi系统关键组分如何变化响应外源sRNAs，建立植物防御的机制。除sRNAs外，我们也研究长的非编码RNA（Long non-coding RNA）在这一过程中的作用。


植物和相互作用病原体中的跨界 RNA 转移和基因沉默（引自Cai et al., 2018，Current Opinion in Microbiology）


3. Tetraspanins在细胞通讯和信号中的作用
　　四跨膜蛋白Tetraspanins（TET）是一类在进化中结构保守的跨膜蛋白，包含四个跨膜结构域，一个小的胞外环，一个大的富含Cys的胞外环、一个胞内环，广泛存在于所有高等生物中，参与细胞间物质交换，细胞识别，移动，粘连和融合。TET构成一个膜蛋白家族，其成员在哺乳动物中有 33 个，黑腹果蝇中有36个，秀丽隐杆线虫有20个，拟南芥中有17个，水稻中有15个。目前已被证明TET在膜上形成微域，可能通过膜区室化来调节选择性相关蛋白的运输及调控其功能。在动物中的研究发现，TET具有分子支架的功能，参与生物体的发育、繁殖和免疫。另外，TET成员CD9、CD81 和 CD63 等蛋白显著富集在外泌体上，因此作为外泌体的典型标志物。植物中，发现TET在拟南芥整个生命周期的不同部位特异表达，调控配子融合、根和叶片发育等。另外，拟南芥TET蛋白，TET8和TET9在病原菌侵染条件下诱导表达，并形成异源复合体，在ARA6标记的MVBs上共转运，作为植物外泌体的标记物。目前，在植物中对TET功能的了解还知之甚少。我们以水稻和拟南芥为材料，具体研究TET家族介导的细胞通讯在发育和抗病中的功能。我们将探讨TET在细胞信号中的作用，研究TET与膜上的伙伴蛋白的互作，以及这些相互作用对信号激活的特定细胞反应，重点研究TET对抗病受体介导的细胞内信号激活的调控作用。同时我们也将对TET蛋白翻译后修饰（棕榈酰化、N-连接糖基化和泛素化）如何调节细胞信号传递进行研究。

植物Tetraspanins膜蛋白 TET8 和 TET9 的预测结构和拓扑结构与人类 CD63 相似（引自Cai et al., 2018, Science）



实验室成员：　
科研助理

博士研究生

硕士研究生


代表性论文（#并列第一作者，*通讯作者）：
1. Qiang Cai, Lulu Qiao, Ming Wang, Baoye He, Feng-Mao Lin, Jared Palmquist, Hsien-Da Huang, and Hailing Jin*. (2018). Plants send small RNAs in extracellular vesicles to fungal pathogen to silence virulence genes. Science.

2. Baoye He#, Qiang Cai#, Lulu Qiao, Chien-Yu Huang, Shumei Wang, Weili Miao, Tommy Ha, Yinsheng Wang and Hailing Jin*. (2021). RNA-binding proteins contribute to small RNA loading in plant extracellular vesicles. Nature Plants.

3. Qiang Cai, Baoye He, Shumei Wang, Stephen Fletcher, Dongdong Niu, Neena Mitter, Paul R. J. Birch, and Hailing Jin*. (2021). Message in a bubble: shuttling small RNAs and proteins between cells and interacting organism using extracellular vesicles. Annual Review of Plant Biology.

4. Qiang Cai, Baoye He, Arne Weiberg, Amy H. Buck and Hailing Jin*. (2019). Small RNAs and extracellular vesicles-new mechanisms of cross-species communication and innovative tools for disease control. PLOS Pathogens.

5. Qiang Cai, Baoye He, and Hailing Jin*. (2019). A safe ride in extracellular vesicles-small RNA trafficking between plant hosts and pathogens. Current Opinion in Plant Biology.

6. Qiang Cai, Baoye He, Karl-Heinz Kogel and Hailing Jin*. (2018). Cross-kingdom RNA trafficking and environmental RNAi-nature’s blueprint for modern crop protection strategies. Current Opinion in Microbiology.

7. Huanhuan Wang#, Liang Zhang#, Qiang Cai#, Wei Fan, Yun Hu, Ling Li, Zhenming Jin, Taotao Wang, Qianming Huang, Zhijing Luo, Mingjiao Chen, Dabing Zhang & Zheng Yuan*. (2015). MADS32 interacts with B-function proteins and regulates rice flower development. Journal of Integrative Plant Biology.


8. Qiang Cai#, Zheng Yuan#, Mingjiao Chen, Changsong Yin, Zhijing Luo, Xiangxiang Zhao, Wanqi Liang, Jianping Hu & Dabing Zhang*. (2014). Jasmonic acid regulates spikelet development in rice. Nature Communications.