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生物芯片技术随着人类基因组计划的启动和实施应运而生，它是为满足人类对数以万计基因的研究和应用的迫切需要而发明的，被评为1998年度世界十大科技突破之一。北大-耶鲁植物分子生物和农业生物技术联合研究中心早在2000年9就与美国耶鲁大学合作开始了对生物芯片技术的研究和开发，并使之广泛地应用于植物分子生物学及发育生物学研究的各个领域中。我的研究主要关注于通过该项技术以及结合其它新技术在转录水平上研究模式植物基因组成千上万基因在特定条件下的表达模式。因此，研究主要分为两部分。第一部分是利用基因芯片技术研究在重金属离子铅处理下双子叶模式植物拟南芥细胞内部感受胁迫的应答机制；第二部分是通过基因芯片技术结合激光捕获显微分离技术研究单子叶模式植物水稻生长发育各时期单独细胞类型的表达谱。
植物细胞能够对重令属的胁迫采取多种多样的应答机制。目前，对于植物脱毒的研究仍局限在生化的水平上，总结起来主要分为两类，一类是通过启动细胞内的抗氧化酶系统抵抗由于重金属胁迫而产生的过量自由基；另一类是通过细胞内一些化合物的螯合去除重金属离子的毒害。我们采用重金属离子铅，通过在浓度梯度和时间梯度下对拟南芥加以处理，然后利用生物芯片的技术从转录水平进行研究，实验的结果不光证实了植物中上述两种主要的耐受机制，发现了大量的小分子化合物如谷胱甘肽、有机酸、氨基酸等物质以及金属硫蛋白、植物螯合肽等大分子物质参与了植物的脱毒；同时从转录水平发现参与一些新的化合物、多肽的代谢合成以及编码一些重要的酶的基因在重金属离子的处理下过量表达，如海藻糖、热休克蛋白、细胞色素P450等。更重要的是发现了硫的吸收途径、IAA的合成与代谢途径、茉莉酸的合成及氮的代谢是参与植物对重金属离子胁迫的耐受机制的重要角色。由此首次从转录水平阐明这些物质在其生理代谢途径中是通过有序的调控来维持细胞内部的正常生理过程及相应的代谢平衡的。
与此同时，生物芯片技术目前作为重要的生物学研究工具已经与许多其它的新技术结合进行更为深入的生物学研究。激光捕获显微分离技术就是其中的一项。我们通过结合这两项新的技术用于研究单子叶模式植物水稻在各个发育时期、各器官单独细胞类型的表达谱。迄今为止，我们利用激光捕获显微分离技术已捕获了32种包括水稻胚萌发期各组织成分、幼苗期根、茎、叶等各种组织和细胞类型，然后采用水稻全基因组DNA芯片的杂交技术研究了这些细胞类型的表达谱，该项研究结果已经成为水稻基因组权威数据库TIGR（www.tigr.org）的重要信息资源。