屈明博

个人信息Personal Information

副教授

博士生导师

硕士生导师

性别:男

毕业院校:大连理工大学

学位:博士

所在单位:生物工程学院

学科:生物化工. 生物化学与分子生物学. 生理学. 生物工程与技术

办公地点:生物工程学院445

联系方式:0411-84706527

电子邮箱:mingboqu@dlut.edu.cn

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个人简介Personal Profile

屈明博,博士,副教授,博士生导师,2012年于大连理工大学获得博士学位。曾在美国加州大学Berkeley分校分子与细胞生物学系Randy Scheckman教授(2013年诺贝尔生理学或医学奖获得者)实验室,日本金泽大学纳米生物学研究中心Toshio Ando教授实验室访问研究。

主要研究方向是几丁质纳米生物学,即在纳米尺度揭示几丁质与几丁质代谢酶类的相互作用,揭示几丁质合成、装配及降解的分子机制,并应用于药物设计、生物材料以及几丁质资源的利用。先后主持国家级科研项目6项,包括国家自然科学基金面上项目2项,国家重点研发项目子任务1项,国家自然科学基金青年基金1项,中国博士后科学基金面上项目2项。目前以第一作者在ACS CatalysisCommunications BiologyJournal of Proteome ResearchJournal of Biological ChemistryInsect Biochemistry and Molecular BiologyInsect Science、Insect Molecular Biology等期刊发表SCI研究论文20余篇。担任Insect ScienceInsect Molecular BiologyJournal of Insect Physiology期刊审稿人。中国昆虫学会青年工作委员会委员。

常年招收生物工程、生物化工、生物学、生物工程与技术、生物与制药等专业的硕士研究生、博士研究生,欢迎咨询报考,有意者请发送简历至mingboqu@dlut.edu.cn

研究方向

几丁质纳米生物学:几丁质是自然界中存在的第二多的天然多糖,广泛分布于真菌,线虫,甲壳类动物以及昆虫中,是重要的生物质资源,在能源、医药领域有广泛的应用。同时,由于几丁质是病原菌、有害昆虫的重要结构成分,且不存在于高等动植物中,几丁质代谢相关的酶类被认为是潜在的绿色农药靶标。针对上述特点,本研究方向在纳米尺度揭示几丁质与几丁质代谢酶类的相互作用,揭示几丁质合成、装配及降解的分子机制,并应用于药物设计、生物材料以及几丁质资源的利用。

研究内容

理论研究通过基因组学、转录组学以及蛋白质组学,发现昆虫及其它物种中参与几丁质代谢相关蛋白;采用分子生物学,生物化学及生物物理学的研究方法,在纳米尺度揭示相关蛋白的生物学功能及作用机制。

实际应用:以功能重要的几丁质代谢相关蛋白为靶标,开发以dsRNA或蛋白质为毒力分子的生物农药;利用关键蛋白质实现几丁质资源的综合利用。

代表性成果

1. 通过组学发现几丁质代谢相关蛋白作为新的潜在靶标

通过对昆虫表皮转录组,蜕皮液和中肠消化液蛋白质组学研究。发现2种几丁质合酶、4种几丁质酶、4种几丁质外切水解酶、6种几丁质脱乙酰基酶、6种几丁质结合蛋白CPAP34种几丁质裂解酶参与几丁质代谢。为阐明昆虫蜕皮过程中表皮几丁质水解的机制(J Proteome Res2014),昆虫消化道不同部位的功能分化提供重要依据(Insect Mol Biol2018)。进一步,揭示了CPAP3家族几丁质结合蛋白的功能,首次鉴定出一种特异性结合脱乙酰基几丁质的结合蛋白CPAP3-D1Insect Mol Biol2017)。

2. 发现几丁质合酶(CHS)新的基因剪切机制

几丁质合酶是几丁质合成过程中的关键酶,通过分子生物学手段发现了几丁质合酶新的基因剪切位点,揭示了几丁质合酶通过可变剪切能够产生4种不同的转录产物,并利用RNA干扰证明它们对于昆虫的生长发育至关重要,为揭示昆虫几丁质合酶如何通过单基因实现多功能的分子机制提供了新的线索,为害虫防治提供新的靶标位点(Insect Biochem Mol Biol2011Insect Mol Biol2012)。

3. 几丁质降解酶的功能及协同机制

几丁质水解酶包括几丁质二糖水解酶(Hex)、几丁质酶(Cht裂解性多糖单加氧酶(LPMO,它们共同参与几丁质的降解。

昆虫中存在4种不同的几丁质二糖水解酶。通过研究发现这4种二糖水解酶具有不同的功能。其中Hex1参与几丁质的水解,可以作为潜在的农药靶标;Hex2参与糖蛋白的水解;Hex3辅助Hex1实现几丁质的水解,Hex4参与糖基化修饰,明确了不同家族几丁质二糖酶的生理功能(Int J Biol Sci, 2012Arch Insect Biochem Physiol2013PLoS ONE2014)。

几丁质酶主要将几丁质水解为几丁质二糖,在昆虫中存在多个家族,其中内切几丁质酶ChtIChtII和外切几丁质酶Chi-h参与表皮几丁质的降解。ChtII具有复杂的多结构域组成,研究发现ChtII具有内切几丁质酶的性质,能够将难降解的晶态几丁质水解产成蓬松的结构,帮助其它几丁质酶实现几丁质的快速高效水解(J Biol Chem2018Insect Science2021)。进一步利用高速原子力显微镜,在单分子水平上揭示了Chi-h具有进程性,其进程性水解的启动过程是限速步骤。ChtIChtII通过显著提高Chi-h在几丁质纤维上的进程性以及结合量实现内切几丁质酶-外切几丁质酶之间的协同作用(ACS Catal2020)。

LPMO是近年来在微生物中发现的参与几丁质降解的一类新酶,昆虫中是否具有类似的酶,其功能如何?申请人通过大数据分析发现昆虫中存在多种LPMO,并通过RNAi揭示两种不同LPMO15基因15-1和15-3在蝗虫发育过程的关键作用,他们分别参与昆虫表皮,中肠围食膜中几丁质的代谢。LPMO15为几丁质降解过程最后一块拼图,该发现革新了人们对于昆虫几丁质降解体系的认识Communications Biology2022Insect Science2022。相关成果阐明新靶标昆虫LPMO15家族基因参与几丁质降解的分子机制,为将其开发为绿色农药靶标提供关键科学证据。


代表性论文

1. Qu Mingbo#, Guo Xiaoxi, Tian Suang, Yang Qing*, Kim Myeongjin#, Mun Seulgi, Noh Mi Young, Kramer Karl J., Muthukrishnan Subbaratnam, Yasuyuki Arakane*. AA15 lytic polysaccharide monooxygenase is required for efficient chitinous cuticle turnover during insect molting. Communications Biology, 2022, 5, 518. doi: 10.1038/s42003-022-03469-8.(中科院1区,Top;JCR 1区)

2. Qu Mingbo, Guo Xiaoxi, Kong Lin, Hou Lingjie, Yang Qing*. A midgut-specific lytic polysaccharide monooxygenase of Locusta migratoria is indispensable for the deconstruction of the peritrophic matrix. Insect Science, 2022, doi: 10.1111/1744-7917.13016. SCI: 000780143000001. (中科院1区,Top;JCR 1区)

3. Qu Mingbo, Merzendorfer Hans*, Moussian Bernard*, Yang Qing*. Bioinsecticides as future mainstream pest control agents: opportunities and challenges. Frontiers of Agricultural Science and Engineering, 2022, 9(1): 82‒97. SCI: 000752495700008.

4.Qu Mingbo, Sun Shaopeng, Liu Yuansheng, Deng Xiaorui, Yang Jun, Yang Qing*. Insect group II chitinase OfChtII promotes chitin degradation during larva–pupa molting. Insect Science, 2021, 28(3): 692-704. SCI: 000558850200001. (中科院1区,Top;JCR 1区)

5. Qu Mingbo, Watanabe-Nakayama, Takahiro, Sun Shaopeng, Umeda Kenichi, Guo Xiaoxi, Liu Yuansheng, Ando Toshio, Yang Qing*. High-speed atomic force microscopy reveals factors affecting the processivity of chitinases during interfacial enzymatic hydrolysis of crystalline chitin. ACS catalysis, 2020, 10, 13606−13615. SCI: 000592978900044(中科院1区,Top;JCR 1区)

6. Chen Wei#, Qu Mingbo #, Zhou Yong, Yang Qing*. Structural analysis of group II chitinase (ChtII) catalysis completes the puzzle of chitin hydrolysis in insects. Journal of Biological Chemistry, 2018, 293(8): 2652–2660. SCI: 000426051900003.(中科院Top;JCR 1区)

7. Liu Lin#, Qu Mingbo #, Yang Jun, Yang Qing*. The physiological differentiation along the midgut of Bombyx mori --- inspirations from the proteomics and gene expression patterns of the secreted proteins in the ectoperitrophic space. Insect Molecular Biology, 2018, 27(2): 247-259. SCI: 000426611500011.(JCR 1区)

8. Qu Mingbo, Ren Yuezhou, Liu Yuansheng, Yang Qing*. Studies on the chitin/chitosan binding properties of six cuticular proteins analogous to peritrophin 3 from Bombyx mori. Insect Molecular Biology, 2017, 26: 432–439. SCI: 000404619300007.(JCR 1区)

9. Qu Mingbo #, Ma Li#, Chen Peng, Yang Qing*. Proteomic analysis of insect molting fluid with a focus on enzymes involved in chitin degradation, Journal of Proteome Research, 2014, 13: 2931–2940. SCI: 000337074500021.(JCR 1区)

10. Qu Mingbo, Liu Tian, Chen Peng, Yang, Qing*. A sperm–plasma β-N-Acetyl-D-Hexosaminidase interacting with a chitinolytic β-N-Acetyl-D-Hexosaminidase in insect molting fluid, PLoS ONE, 2013, 8(8): e71738. SCI:000323097300150.(JCR 1区)

11. Qu Mingbo, Yang, Qing*. Physiological significance of alternatively-spliced exon combinations of the single-copy gene OfCHSA in the insect Ostrinia furnacalis (Lepidoptera), Insect Molecular Biology, 2012, 21(4): 395–404. SCI: 000306079300001.(JCR 1区)

12. Qu Mingbo, Yang, Qing*. A novel alternative splicing site of class A chitin synthase from the insect Ostrinia furnacalis --- gene organization, expression pattern and physiological significance, Insect Biochemistry and Molecular Biology, 2011, 41(12): 923–931. SCI: 000297889800001. (中科院1区,Top;JCR 1区)

#并列一作*通讯作者

  • 教育经历Education Background
  • 工作经历Work Experience
  • 研究方向Research Focus
  • 社会兼职Social Affiliations
  • 通过基因组学,转录组学结合蛋白质组学,发现昆虫中参与几丁质代谢的关键蛋白,并通过昆虫生理生化及分子生物学方法研究其生理功能,为农药的开发提供重要的前期理论基础。
  • 应用针对几丁质代谢过程的关键基因,一方面设计高活性的dsRNA通过干扰这些基因的表达调控,实现害虫控制;另一方面对关键基因进行重组表达,制备出的大量高活性蛋白通过破坏昆虫几丁质,实现害虫控制。

团队成员Research Group

生物分子靶标研究室

大连理工大学生物分子靶标研究室依托生物化工国家和辽宁省重点学科、生物工程辽宁省重点实验室。学术带头人杨青教授, 课题组现有教授2人, 副教授2人。课题组拥有雄厚的科研实力, 承担和参与多项国家基金项目。 其中承担国家杰出青年基金一项,自然科学基金重点项目1项,面上项目3项。十二五支撑计划1项; 霍英东青年教师基金资助项目1项; 教育部新世纪优秀人才1项; 中国瑞典政府间国际合作项目1项。   课题组以分子结构生物学与生物化学为基础对酶进行研究。 致力于通过对酶的基础机理的研究促进酶应用的发展。 通过将生物化学与生物信息学相结合, 获得高纯度新酶, 发现其催化机理和在生物体内相关作用机制。