“植物碳氮代谢与性状改良”是中国科学院上海生命科学研究院“十二五”阶段“一六十”规划重点培育方向之一，是以植物生理生态研究所为核心组织实施的。
五年间，植生生态所聚焦研究方向，以“精诚合作、特色突出、重点突破、引领发展”为发展思路，通过构筑人才高地、搭建创新平台、承担重大任务、力推国际评估、加强合作交流等系列举措，取得了一系列重大研究成果。
在《自然》《科学》《自然—遗传学》《植物细胞》《美国国家科学院院刊》等高水平杂志上发表研究论文30余篇；获得授权专利72项；获得可用于分子育种的作物新品系与种质资源54份；获得国家审定新品种1个。
其中，“水稻复杂数量性状的分子遗传调控机理”项目以我国最主要的粮食作物水稻作为研究对象，结合农业生产领域的迫切需求，开展了水稻耐盐、产量等数量性状的分子遗传调控机理研究。该项目成功克隆了植物抗逆研究领域的第一个数量性状基因SKC1，阐明了通过调控钠离子运输提高水稻耐盐性的分子机制；首次克隆了控制水稻籽粒粒宽和粒重的主效数量性状基因GW2，揭示了影响水稻产量性状的遗传基础；克隆了决定水稻株型从野生稻的匍匐生长到直立生长的关键基因PROG1，揭示了野生稻人工驯化过程中株型改变这一标志性驯化事件的分子调控机理。该项目的成果为作物复杂数量性状的研究提供了范例，促进了重要作物如水稻、小麦、玉米的数量性状遗传学研究的发展。项目获得4项发明专利，并获得2012年度国家自然科学二等奖。
此外，“水稻重要生理性状调控的分子机理与育种应用基础”荣获2014年度国家自然科学二等奖；“水稻高产优质性状的分子基础及其应用研究”荣获 2013年中国科学院“杰出科技成就奖”。
在植物碳氮代谢研究方面，找到了调控植物“青春期”起始的“甜蜜”信号，阐明了光合作用产物糖调控植物发育的进程；揭示光合硝酸根同化的偶联与解偶联是植物分配能量与物质的关键机制。
在植物性状形成的分子机理解析方面，构建了一张水稻全基因组遗传变异的精细图谱，揭开栽培稻驯化和起源之谜；初步阐明了控制水稻落粒性、芒发育、籽粒大小、胚乳发育等复杂性状形成的分子遗传机制，为新一代分子育种提供有价值的遗传信息；深入解析了水稻杂种优势和劣势的分子机理，为培育具有超亲优势的常规稻新品种奠定重要基础；同时，研究也再一次证明了中国是世界文明的发源地之一，展示了中国古代农业文明的辉煌。
在植物抗逆生理研究方面，揭示了脱落酸通过放大生长素信号促进侧根生长增强抗旱性；发现促进植物节水抗旱的脱落酸类似物AM1，可增强植物的耐旱性；通过对胞外钙信号感受与植物体内气孔运动和蒸腾速率的调节的研究，揭示了植物抗旱新机制，对于培育节水抗旱植物具有潜在应用价值；克隆了作物中第一个抗高温的数量性状基因位点OgTT1，揭示了植物细胞响应高温新机制，对提高全球气候变暖引发的粮食安全有重大意义；发现通过调控细胞死亡提高作物抗高温能力，使作物既抗高温又增产；阐明了下调茉莉酸信号途径可以促使水稻快速生长、产量增加，为抗病及高产协调的农作物设计育种提供了思路；获得了禾谷镰孢侵染小麦幼苗胚芽鞘过程的全基因组表达谱，揭示了禾谷镰孢侵染植物的分子策略随侵染进程，促进了对禾谷镰孢致病机制的进一步理解，有助于小麦赤霉病等的抗病设计。
“植物碳氮代谢与性状改良”标志性重大进展为植生生态所贯彻落实《“率先行动”计划》、扎实推进分子植物科学卓越创新中心建设奠定了扎实的基础，为最终建立“高产、优质、高效、可持续”农业生产体系提供了思想基础和技术支撑。■