校督导车代弟推荐语:
《植物生物技术》是生命科学学院生物技术、生物科学专业一门重要的专业课，面向大三学生开设，是在植物学相关专业继续攻读研究生的必要基础课程。
《植物生物技术》课程注重理论联系科研实际，纪巍老师讲课的特点是语音洪亮，激情饱满，熟练生动，交流充分，特别是在课堂讲授植物生物技术相关理论和方法的同时，将科研反哺教学理念融入课堂，结合自身科研项目及成果，引入现代分子生物学和植物生物技术发展前沿热点，联系生产实际情况和课外实践，教研深度融合，激发学生对科学研究的兴趣，培养学生的逻辑思维和科学创新意识，为其深入开展专业学习和科学研究工作奠定了基础。该课程对探讨科研反哺教学的育人新机制，有效的实现科研和教学协同育人的统一具有很好的借鉴意义。
植物生物技术作为一门前沿交叉学科，涵盖植物基因工程、细胞工程、组织培养等多个领域。在讲授植物生物技术相关经典理论的基础之上，将最新科研成果反哺于教学是提升植物生物技术教学质量的重要途径，可以让学生理解较抽象的知识点，以达到融会贯通、培养高素质复合型人才的目的。
教学不只是重复经典，教师更要透过解决当前科学问题的实例，更新、丰富学生的科学理论知识，促进学生在创新思维指导下开展创新性研究。而教师自身亦能通过此种教学探索总结心得经验，实现教学与科研双项能力的共同提高。
以下为植物生物技术科研反哺教学在实践教学中的应用案例：
一、教学背景
植物遗传转化的目的是将外源基因导入受体细胞中，使之稳定表达相应的蛋白质产物。实际应用中需要根据不同的受体植物或不同的转化目的来选择相应类型的转化方法及转化载体。对于植物表达载体根据需要可进行多方面的改造，以达到最佳的外源基因表达效果。启动子的功能是与RNA聚合酶结合及其他DNA结合蛋白结合，起始外源基因的转录，在基因表达调控中具有重要作用。近年来，对于启动子活性的研究发展迅速，尤其对于植物诱导型启动子的开发和应用已成为植物基因工程中新的热点，因此，对植物启动子的学习是利用植物生物技术手段进行外源基因高效表达，将理论联系生产实际典型应用。
二、教学目标
1.知识目标：掌握植物启动子的结构、类型及活性分析方法。
2.能力目标：通过对启动子结构、类型的学习，培养学生根据实际科研目的选择载体、设计载体的实际应用能力；让学生了解前沿技术——启动子靶向编辑在科研工作中的真实应用实例，体会技术进步对科研发现的贡献。
3.德育目标：使学生形成以科学问题为导向的科研思维，为以后高阶科研学习奠定基础，激发学生的科研兴趣与专业自豪感。
三、教学内容
1.植物启动子的结构、主要类型：包括启动子核心元件及上游调控元件的主要功能。
2.启动子的主要类型，启动子的活性分析方法。
3.启动子研究应用前沿。
四、教学重点难点分析
1.教学重点：植物启动子的结构和主要类型。
处理方法：重点讲解；运用多媒体图片直观展示启动子的结构，分析核心元件及上游调控元件的主要功能；分析启动子的基本类型，结合启动子活性分析探讨实际应用中启动子的选用和改进方案。
2.教学难点：
（1）植物启动子的结构；
处理方法：首先引导学生思考，外源基因要进入并整合到植物细胞中需要什么媒介？回答——载体媒介。载体的主要构成部件有哪些？引出起始外源基因转录的启动子的重要性，通过图片对启动子结构包含的各种元件的功能进行重点讲解。
（2）启动子的类型及应用；
处理方法：运用实验图片直观展示不同类型启动子在科研实际的应用；通过科研实例的讲解，引导学生在科研中理论联系实际，探讨科学研究方法。重点讲解。
五、教学亮点分析
基因敲高（Knock-up）是与基因敲除相反、通过各种手段实现对靶基因表达量提高的方法。目前主要通过转基因技术进行靶基因的过量表达，或者在靶基因附近插入增强子来实现。但是这些方法都会不可避免的引入外源序列，在生物育种应用方面可能会受到限制，那么如何能够在不引入外源序列的前提下实现靶基因的上调表达呢？
根据对启动子的介绍，引导学生从启动子精确调控基因表达的角度去思考，提出一种在不引入外源序列的同时也不改变基因编码序列的前提下，实现上调靶基因表达量的新思路——启动子靶向编辑。
举例一：水稻IPA1（Ideal Plant Architecture 1）是控制穗型、株型与分蘖数的多效性基因，但其调控穗型大小和分蘖数的权衡效应限制了其增产潜力。中国科学院院士李家洋等科研人员2022年在“Cell discovery”杂志上发表了题为“Targeting a gene regulatory element enhances rice grain yield by decoupling panicle number and size”的文章，对IPA1启动子区域进行基因编辑，优化其在幼穗和茎基部等组织器官中的表达模式，从而解码其制约分蘖数和穗粒数的权衡效应，获得了分蘖数、穗粒数和产量同时增加基因编辑株系，打破了育种瓶颈，实现了优异性状“鱼与熊掌”兼得，为改良水稻产量提供了新的技术策略。中国工程院院士万建民等科研人员也通过对水稻重要抽穗期基因启动子的高效编辑，实现优良品种抽穗期的精细调控和不同生态区的适应性，扩大了优良品种的适宜种植区域。
举例二：2023年3月，“Plant Biotechnology Journal”杂志上发表了一篇题为“Rapid production of novel beneficial alleles for improving rice appearance quality by targeting a SLG7 promoter regulatory element”的研究论文。该研究通过CRISPR/Cas9技术编辑水稻（WYJ30）细长粒型的主效QTL（Quantitative trait loci）SLG7的启动子关键调控元件，结果发现对T3区域启动子的编辑可以提高SLG7基因的表达，从而增加籽粒长宽比、减少垩白率，提高籽粒的外观质量，同时这种变化并没有导致产量和口感等方面有明显的降低。为了进一步探索为什么对T3区域启动子进行编辑会导致SLG7表达量上调以及上述性状的改变，作者分析了该编辑区域，发现该区域存在一个AC II顺式调控元件（ACCAATCC），该顺式调控元件可以与转录因子AH2互作，且在已有研究中表明AH2是一个转录抑制因子。因此作者猜想是否是因为T3位点的突变导致了AH2与SLG7的启动子互作减弱从而导致了SLG7表达量的升高，通过酵母单杂、EMSA以及双荧光素酶报告基因实验证实T3位点的突变确实会导致AH2与SLG7的启动子互作强度减弱。
以上科研实例通过对启动子区域的编辑可以实现靶基因表达量的上调，从而实现靶基因的基因敲高。其内在的分子调控机制是转录抑制因子与突变后启动子区域的顺式调控元件结合减弱，从而导致对靶基因的转录抑制减弱，最终表现为靶基因的转录上调，即基因敲高。如果有些顺式作用元件结合的是转录激活因子，那么该顺式作用元件的突变会导致基因的表达降低，这些最新科研发现和前沿技术为学生带来最新的植物生物技术科研动向，是对教材中经典知识点的更新和补充，具有创新性;而基因编辑技术亦可以作为学生后期开展自己科研工作的一种有利工具，具有实用性。本节课以经典“科学问题”贯穿全程，以真实科研工作为例，让学生对植物生物技术的科研方向及研究方法有所了解，辅以生动教学材料，不仅可以提升学生对所学课程的兴趣，还能有助于将平面的理论立体视觉化，便于学生对重难点的理解，进而牢记掌握。
科研反哺教学在植物生物技术中的应用具有重要意义。通过合理的方法和策略，能够有效提升教学质量，培养适应社会需求的创新型人才。在未来的教学中，应不断探索和完善这一模式，为植物生物技术的教学和科研发展尽绵薄之力。
