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主要从事水稻联合固氮微生物的功能基因组和合成生物学研究，以及抗除草剂、耐辐射、抗盐耐旱等特殊功能微生物基因资源的开发利用。近年来主持和参加国家863计划“特殊微生物基因资源开发利用”、国家杰出青年科学基金项目“固氮施氏假单胞菌A1501功能基因组”、国家973计划“联合固氮菌固氮基因网络调控与酶催化分子机理”、国家转基因重大专项“抗逆和抗除草剂关键基因克隆及功能验证”、科技部国际合作重大课题“转基因成分检测技术的研究”等课题。
近年来开展了系统深入的研究工作并取得如下进展：
（1）完成了斯氏假单胞菌A1501全基因组测序,是目前国际上完成全基因组序列分析的第一例联合固氮菌。利用基因芯片、适时定量PCR和非极性突变株构建等方法，鉴定了一系列可能参与细菌氮信号传导或保持最佳固氮水平的新基因，开展了固氮系统进化、固氮网络调控、以及固氮调控元件和功能模块的合成生物学系统研究。
（2）从极端环境如新疆戈壁滩、核爆炸中心区沙漠土壤取样，建立了微生物生态基因组文库并开始进行了元基因组测序，鉴定了多株耐辐射微生物属新种，开展了耐辐射新种D. gobiensis I-0全基因组、转录组和蛋白组分析以及极端抗性机制的研究工作。获得一系列具有潜在抗逆能力如耐盐/抗旱的功能基因。耐辐射总体调控基因irrE在大肠杆菌中的表达增强细胞的耐辐射能力和提高细胞抗氧化能力，将irrE基因导入烟草、油菜中，明显提高了植物耐盐抗旱性能。
（3）克隆了一系列新型草甘膦抗性EPSPS编码基因。构建了含草苷膦抗性EPSP合酶基因和草甘膦N-乙酰转移酶（GAT）基因的单价和双价植物表达质粒，通过脓杆菌介导方法导入不具草甘膦抗性的烟草、油菜、玉米品种中，通过花粉管通道法转入棉花中，分别获得了能够耐受草甘膦的转基因棉花、油菜、水稻、玉米、大豆、小麦等。转基因棉花和油菜已进入生物安全评价的中间试验阶段，转基因抗草甘膦玉米已批准进入环境释放。
申请与抗草甘膦基因和耐盐抗旱基因相关的国内专利二十余项，国际PCT专利4项，其中获国内专利4项, 美国专利1项。在PNAS， PLoS ONE，AEM， IJSEM, Microbiology，BMC Genomics等国际刊物上发表SCI论文40余篇，主编专著3部。培养硕士研究生12名，指导博士研究生15名。
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