973項(xiàng)目申報(bào)書(shū)——主要農(nóng)作物核心種質(zhì)重要農(nóng)藝性狀單元型區(qū)段及互作研究

1、項(xiàng)目名稱(chēng)：主要農(nóng)作物核心種質(zhì)重要農(nóng)藝性狀單元型區(qū)段及互作研究首席科學(xué)家：張學(xué)勇 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所起止年限：2010年1月-2014年8月依托部門(mén)：農(nóng)業(yè)部一、研究?jī)?nèi)容以水稻、小麥、大豆全基因組單元型區(qū)段分析及關(guān)聯(lián)分析為切入點(diǎn)，重點(diǎn)研究和篩選控制高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病及水肥高效的優(yōu)異單元型區(qū)段 （或基因），揭示其形成基礎(chǔ)和遺傳本質(zhì)，闡明不同功能單元型間的互作效應(yīng)，為三大作物設(shè)計(jì)育種奠定材料基礎(chǔ)。重點(diǎn)從以下四個(gè)方面開(kāi)展研究：1、種質(zhì)資源中重要單元型區(qū)段的發(fā)掘 對(duì)水稻、小麥、大豆微核心種質(zhì)中的重要基因組區(qū)段進(jìn)行精細(xì)掃描，結(jié)合系譜分析，摸清我國(guó)育種中穩(wěn)定傳遞的單元型區(qū)段及其形成和演變過(guò)程；通過(guò)標(biāo)記

2、/性狀關(guān)聯(lián)分析，明確一些區(qū)段所控制的重要性狀，系統(tǒng)分析這些單元型區(qū)段在核心種質(zhì)樣本中的變異及主要載體（品種）。2、 控制重要性狀單元型區(qū)段的遺傳及互作效應(yīng)分析以重要單元型區(qū)段在核心種質(zhì)樣本中的變異信息為基礎(chǔ)，在微核心種質(zhì)導(dǎo)入系中，系統(tǒng)篩選同一區(qū)段不同單元型，評(píng)價(jià)它們的遺傳效應(yīng)，發(fā)掘具有重要育種價(jià)值的新變異; 對(duì)優(yōu)良單元型在不同遺傳背景下的遺傳效應(yīng)進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)，篩選和培育正向效應(yīng)突出、對(duì)產(chǎn)量、品質(zhì)等無(wú)負(fù)面效應(yīng)的抗病、水肥高效等重要單元型，為育種提供新的基因資源；通過(guò)導(dǎo)入系之間互相雜交，在消除雜合遺傳背景效應(yīng)的基礎(chǔ)上，研究單元型之間的互作效應(yīng)，提出三大作物育種中單元型優(yōu)化組合模式與實(shí)施方案，與育

3、種單位結(jié)合，進(jìn)行組裝育種的研究和實(shí)踐。3、 典型單元型區(qū)段基因組成、結(jié)構(gòu)和功能分析在小麥中選擇1520個(gè)典型單元型區(qū)段，用與其緊密連鎖的標(biāo)記篩選染色體大片段插入文庫(kù)（BAC文庫(kù)），構(gòu)建覆蓋相應(yīng)單元型區(qū)段的跨跌群（Contig），并完成序列分析；用候選基因在核心種質(zhì)群體中進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，結(jié)合大面積推廣品種突變體庫(kù)進(jìn)行重要農(nóng)藝性狀鑒定，發(fā)掘有重要育種價(jià)值的功能基因；從DNA和性狀形成兩個(gè)層面揭示單元型區(qū)段的本質(zhì)，為作物的分子育種提供基因和理論依據(jù)；充分利用水稻和大豆的全基因組信息，利用高通量測(cè)序設(shè)備，對(duì)典型材料進(jìn)行重新測(cè)序分析，發(fā)掘有重要育種價(jià)值的單元型和功能基因。4、 控制重要性狀關(guān)鍵基因的單元型

4、分析以微核心種質(zhì)為基礎(chǔ)，重點(diǎn)開(kāi)展氮、磷、水吸收利用基因及其附近區(qū)域的單元型分析和功能鑒定；開(kāi)展發(fā)育關(guān)鍵基因、高光效基因、胚乳淀粉合成關(guān)鍵酶基因單元型及其關(guān)聯(lián)分析；獲得與氮、磷、水高效吸收利用的關(guān)鍵基因及高光合、高轉(zhuǎn)化的優(yōu)良基因；分析發(fā)育基因、光溫感應(yīng)基因的單元型，明確單元型地理分布與環(huán)境因素之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為分子設(shè)計(jì)育種和遺傳轉(zhuǎn)化育種提供基因資源，為未來(lái)重要基因的合理布局提供科學(xué)依據(jù)。二、預(yù)期目標(biāo)總體目標(biāo)： 應(yīng)用基因組學(xué)、種質(zhì)資源學(xué)等理論和方法，明確水稻、小麥、大豆種質(zhì)資源中重要農(nóng)藝性狀基因單元型組成、種類(lèi)、功能及互作關(guān)系；挖掘具有重要育種價(jià)值的單元型區(qū)段，為育種提供重要的基因資源。通過(guò)本項(xiàng)目

5、的實(shí)施，推動(dòng)我國(guó)作物種質(zhì)資源學(xué)與基因組學(xué)的融合，將我國(guó)在水稻基因組學(xué)領(lǐng)域的研究?jī)?yōu)勢(shì)盡快轉(zhuǎn)化到應(yīng)用基礎(chǔ)領(lǐng)域，引領(lǐng)全國(guó)的種質(zhì)資源研究，實(shí)現(xiàn)資源大國(guó)向基因富國(guó)的轉(zhuǎn)變，使我國(guó)在應(yīng)用基因組學(xué)和種質(zhì)資源學(xué)交叉學(xué)科領(lǐng)域處于國(guó)際領(lǐng)先地位，在新基因及其單元型研究上取得突破，推動(dòng)我國(guó)育種事業(yè)的發(fā)展。培養(yǎng)作物種質(zhì)資源學(xué)與基因組學(xué)交叉學(xué)科人才隊(duì)伍。五年預(yù)期目標(biāo): 建立規(guī)?；膯卧蛥^(qū)段研究的理論方法和技術(shù)體系；明確一批單元型區(qū)段的分子基礎(chǔ)，跟蹤分析其形成和演變過(guò)程；發(fā)掘具有重要育種價(jià)值的單元型區(qū)段5060個(gè); 克隆有重要育種價(jià)值的功能基因1520個(gè)；篩選和創(chuàng)造具有突出特點(diǎn)的優(yōu)異種質(zhì)60份；發(fā)表SCI論文100篇以上；

6、培養(yǎng)研究生80100人，培養(yǎng)國(guó)家杰出青年基金獲得者23名。三、研究方案1）學(xué)術(shù)思路：將基因組學(xué)研究的成果、方法和思路與群體遺傳學(xué)及種質(zhì)資源學(xué)相結(jié)合，研究控制重要復(fù)雜性狀單元型區(qū)段的組成，形成和演變。從自然變異群體（包括主要品種、地方品種、野生種及半野生種）中發(fā)掘有重要利用價(jià)值的單元型區(qū)段和基因，為分子育種奠定基礎(chǔ)。開(kāi)拓種質(zhì)資源學(xué)研究的新領(lǐng)域，提高種質(zhì)資源的研究水平和利用效率。 2）技術(shù)途徑：本項(xiàng)目計(jì)劃從4個(gè)層面展開(kāi)研究。關(guān)鍵單元型區(qū)段發(fā)掘及所控性狀分析。對(duì)育成品種、地方品種及野生種的全基因組進(jìn)行標(biāo)記掃描和比較分析，通過(guò)選擇牽連效應(yīng)分析，結(jié)合標(biāo)記/性狀關(guān)聯(lián)分析，明確人類(lèi)選擇的關(guān)鍵單元型區(qū)段、所控

7、重要性狀及其形成和演變。核心種質(zhì)重要性狀單元型區(qū)段的效應(yīng)及互作分析。 以上述信息為基礎(chǔ)，微核心種質(zhì)導(dǎo)入系為對(duì)象，在統(tǒng)一的遺傳背景（輪回親本）下系統(tǒng)評(píng)價(jià)同一基因組區(qū)段不同等位之作用，篩選正向效應(yīng)突出、無(wú)負(fù)效應(yīng)的等位型，提供育種利用；通過(guò)不同單元型導(dǎo)入系之間的雜交，研究不同單元型之間的互作效應(yīng)。典型單元型區(qū)段候選基因的關(guān)聯(lián)分析；充分利用現(xiàn)有的基因組學(xué)資源，在水稻和大豆中采用重新測(cè)序（re-sequencing），對(duì)一些作用突出的單元型區(qū)段進(jìn)行等位型分析，獲得重要功能基因和優(yōu)異單元型；在小麥中，用與重要單元型區(qū)段緊密連鎖的分子標(biāo)記，篩選BAC克隆，通過(guò)測(cè)序，初步明確其中的主要基因及調(diào)控元件，揭示單元

8、型區(qū)段的本質(zhì)，通過(guò)候選基因的關(guān)聯(lián)分析，獲得重要功能基因和優(yōu)異單元型。重要基因的單元型分析，在微核心種質(zhì)群體中，對(duì)已克隆的一些重要功能基因、如產(chǎn)量基因、發(fā)育基因、水肥高效利用基因、抗蟲(chóng)基因等進(jìn)行單元型（等位型）分析，獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、高效基因及調(diào)控元件。1和2兩個(gè)層面的研究主要是為分子標(biāo)記輔助育種服務(wù)，3和4 為轉(zhuǎn)基因育種提供服務(wù)，從而有機(jī)的將本項(xiàng)目與國(guó)家863計(jì)劃及轉(zhuǎn)基因重大專(zhuān)項(xiàng)銜接起來(lái)，服務(wù)于國(guó)家重大需求。四個(gè)研究層面之間的關(guān)系可用圖2表示。圖2、總體研究方案3) 創(chuàng)新點(diǎn)與特色 創(chuàng)新點(diǎn)：?jiǎn)卧脱芯恐鸩匠蔀楹蠡蚪M學(xué)時(shí)代分析、定位和克隆復(fù)雜性狀基因的主要方法之一，在作物的種質(zhì)資源和育種研究領(lǐng)域，

9、目前國(guó)際上僅在水稻和大麥、玉米上啟動(dòng)了相關(guān)的研究計(jì)劃或項(xiàng)目； 受973項(xiàng)目的連續(xù)資助，我國(guó)在重要作物核心種質(zhì)建立和利用方面處于國(guó)際領(lǐng)先地位，同時(shí)也為關(guān)聯(lián)分析、單元型分析等研究奠定了很好的基礎(chǔ)（材料、方法），本項(xiàng)目的啟動(dòng)必將使我國(guó)率先在國(guó)際上建立水稻、大豆兩大作物的單元型圖譜（Hap-Map），同時(shí)也將為建立小麥的Hap-Map奠定雄厚基礎(chǔ)，創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。 在我國(guó)首次開(kāi)展三大作物重要農(nóng)藝及產(chǎn)量性狀單元型區(qū)段的系統(tǒng)研究，將為該技術(shù)體系的建立和廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 把基因組學(xué)的相關(guān)技術(shù)與傳統(tǒng)種質(zhì)資源學(xué)研究相結(jié)合，拓寬和發(fā)展了種質(zhì)資源學(xué)的研究?jī)?nèi)容，為其注入了新的內(nèi)涵。該研究的實(shí)施將為水稻

10、、小麥及大豆的分子設(shè)計(jì)育種及轉(zhuǎn)基因育種提供可用的重要基因及調(diào)控元件。特色： 將基因組學(xué)研究的成果、方法和技術(shù)，應(yīng)用于傳統(tǒng)學(xué)科作物種質(zhì)資源學(xué)的研究，利用自然變異群體及微核心種質(zhì)系列導(dǎo)入系，通過(guò)隨機(jī)關(guān)聯(lián)分析和候選基因的關(guān)聯(lián)分析，發(fā)掘有重要育種價(jià)值的單元型區(qū)段并克隆基因，是本項(xiàng)目的突出特色。 我國(guó)是水稻和大豆的起源中心，是小麥的次生起源中心。在973項(xiàng)目資助下，我們建立了具有廣泛代表性和遺傳多樣性的核心種質(zhì)和微核心種質(zhì)，整個(gè)研究進(jìn)程比國(guó)際挑戰(zhàn)計(jì)劃提前4-5年。本項(xiàng)目將以微核心種質(zhì)及其導(dǎo)入系為重點(diǎn)開(kāi)展單元型區(qū)段研究，研究材料具有很好的代表性，其中許多材料是祖先馴化、選擇保留的地方品種，對(duì)它們的系統(tǒng)研究

11、，必將在基因組水平向世人彰顯華夏民族對(duì)人類(lèi)農(nóng)業(yè)文明的巨大貢獻(xiàn)。 4）可行性分析： 雄厚的前期基礎(chǔ)：在國(guó)家前兩期973項(xiàng)目資助下，我們建立了全國(guó)水稻、小麥和大豆的核心種質(zhì)和微核心種質(zhì)，在此基礎(chǔ)上建立了最新優(yōu)良品種的微核心種質(zhì)系列導(dǎo)入系及應(yīng)用核心種質(zhì)子庫(kù)；應(yīng)用連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析，完成了一些重要性狀的精細(xì)定位，如控制籽粒大?。ㄇЯＶ?、百粒重）、穗粒數(shù)、有效分蘗、小麥氮的吸收和利用、大豆根際線(xiàn)蟲(chóng)抗性等；克隆了水稻的多效QTL關(guān)鍵基因 Ghd7和控制粒重的GS3等重要基因，并開(kāi)展了一些重要基因的單元型分析，為本項(xiàng)目的順利實(shí)施奠定了雄厚的材料、方法和技術(shù)基礎(chǔ)。團(tuán)結(jié)高效的研究隊(duì)伍：組成了以我國(guó)基因組學(xué)專(zhuān)家、

12、作物品種資源學(xué)專(zhuān)家為主的研究團(tuán)隊(duì)，該團(tuán)隊(duì)曾被科技部評(píng)為973計(jì)劃實(shí)施優(yōu)秀集體，這為本項(xiàng)目的順利完成提供了人才保證。優(yōu)良的基礎(chǔ)設(shè)施條件：本項(xiàng)目依托于中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所“國(guó)家作物基因資源與基因改良重大科學(xué)工程”、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)“國(guó)家作物遺傳改良國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”、中國(guó)科學(xué)院遺傳發(fā)育研究所“植物細(xì)胞與染色體工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)“作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，這些實(shí)驗(yàn)室具備良好的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，特別是開(kāi)展基因組研究的大型設(shè)備， 如ABI3730、Solexa、P454等高通量設(shè)備。同時(shí)，具有條件優(yōu)越的種質(zhì)資源鑒定與作物育種實(shí)驗(yàn)地2000余畝，現(xiàn)代化的溫室20余畝，人工氣候室200m

13、2，抗旱鑒定棚2000m2及性狀鑒定分析平臺(tái)，為抗病、抗逆、品質(zhì)、產(chǎn)量等重要農(nóng)藝性狀的系統(tǒng)鑒定提供了重要保障。課題設(shè)置各課題間相互關(guān)系課題設(shè)置的思路： 以解決我國(guó)水稻、小麥和大豆育種中的突出問(wèn)題為目標(biāo)，標(biāo)記/性狀隨機(jī)關(guān)聯(lián)和候選基因/性狀關(guān)聯(lián)分析為主要研究方法，以自然群體（微核心種質(zhì)）及導(dǎo)入系為基礎(chǔ)，發(fā)掘具有重要育種價(jià)值的單元型區(qū)段、重要功能基因及調(diào)控因子。在課題設(shè)置中強(qiáng)調(diào)了整體目標(biāo)的一致性，方法的通用性及結(jié)果的可比性，特別是水稻和小麥之間的可比性。在制定每個(gè)課題的具體目標(biāo)時(shí)，充分考慮三大作物研究基礎(chǔ)的差異，如水稻已有非常完整的全基因組序列，大豆的全序測(cè)定已經(jīng)完成，公布時(shí)間指日可待，然而小麥基因

14、組計(jì)劃則僅完成3B染色體BAC克隆的物理圖譜的繪制（Science, 322:101-104，2008），個(gè)別染色體還無(wú)人認(rèn)領(lǐng)。因此，在水稻和大豆課題目標(biāo)中強(qiáng)調(diào)了全基因組控制重要性狀單元型區(qū)段圖譜（Hap-Map）的繪制，而在小麥中則更注重重要基因組區(qū)域的測(cè)序和候選基因的關(guān)聯(lián)分析。課題間關(guān)系: 課題1、水稻重要農(nóng)藝性狀單元型區(qū)段分析預(yù)期目標(biāo)：1）完成水稻的單元型草圖繪制；2）分離58個(gè)有重要應(yīng)用價(jià)值的基因；3）完成45個(gè)基因的單元型分析；4）申請(qǐng)專(zhuān)利5項(xiàng)：發(fā)表SCI論文20篇；培養(yǎng)研究生15人。研究?jī)?nèi)容：在全基因組關(guān)聯(lián)分析和常規(guī)群體作圖兩個(gè)層次進(jìn)行新基因發(fā)掘，并針對(duì)目標(biāo)基因開(kāi)展單元型分析。1）

15、利用Solexa技術(shù)對(duì)96份微核心種質(zhì)庫(kù)進(jìn)行測(cè)序，分析單核苷酸多態(tài)性，明確單元型數(shù)目，繪制水稻的Hap-Map。2）對(duì)水稻微核心種質(zhì)在正常生長(zhǎng)條件下進(jìn)行嚴(yán)格的完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，考察產(chǎn)量等重要農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)，同時(shí)在氮脅迫，磷脅迫和干旱條件下，進(jìn)行表型鑒定，開(kāi)展全基因組關(guān)聯(lián)分析，發(fā)掘優(yōu)良農(nóng)藝性狀基因和抗逆基因；以此為基礎(chǔ)，對(duì)微核心種質(zhì)中的其余材料測(cè)序，確定單元型數(shù)目和最優(yōu)等位基因（單元型）。3）根據(jù)前兩期研究結(jié)果，確定第1染色體的RM490-RM5841，和RM472-RM104，3染色體的RM6080-RM156，5染色體的R3166-RG360，6染色體的RM170-RM510，7染色體的RM8

16、006-RM5499-RM2和第8染色體的RM25-RM3181，9染色體的RM242-RM215，11染色體的G4001-C1003B共9個(gè)區(qū)農(nóng)藝性狀QTL熱點(diǎn)區(qū)間為目標(biāo)，利用導(dǎo)入系對(duì)目標(biāo)區(qū)間的基因進(jìn)行高分辨率定位，明確是緊密連鎖基因或一因多效基因在起作用。4）對(duì)目標(biāo)區(qū)段的主效QTL進(jìn)行圖位克隆，分離控制穗大小基因，千粒重基因和株高基因。并在微核心種質(zhì)中對(duì)新克隆的基因進(jìn)行單元型分析，明確主要變異類(lèi)型及演變規(guī)律。經(jīng)費(fèi)比例：16%承擔(dān)單位：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、上海市農(nóng)業(yè)基因中心課題負(fù)責(zé)人：梅捍衛(wèi)學(xué)術(shù)骨干：張啟發(fā)、羅利軍、余四斌課題2、小麥重要農(nóng)藝性狀單元型區(qū)段分析預(yù)期目標(biāo)：1）完成小麥58個(gè)單元型區(qū)段

17、的測(cè)序和候選基因的關(guān)聯(lián)分析；2）完成45個(gè)基因的單元型分析；3）分離23個(gè)有重要應(yīng)用價(jià)值的基因； 4）申請(qǐng)專(zhuān)利23項(xiàng)。發(fā)表SCI論文20篇；培養(yǎng)研究生15人。研究?jī)?nèi)容：1）在微核心種質(zhì)全基因組關(guān)聯(lián)分析的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)圍繞控制產(chǎn)量三要素及水、肥高效利用的基因組區(qū)段進(jìn)行測(cè)序及候選基因的關(guān)聯(lián)分析，用與目標(biāo)性狀緊密連鎖的分子標(biāo)記篩選中國(guó)春、烏拉爾圖小麥、粗山羊草的BAC文庫(kù)，對(duì)關(guān)鍵克隆進(jìn)行測(cè)序、拼接和組裝，發(fā)現(xiàn)其中的重要候選功能基因。2）在微核心種質(zhì)導(dǎo)入系群體中，對(duì)這些候選基因進(jìn)行單元型及關(guān)聯(lián)分析，獲得具有重要應(yīng)用價(jià)值的單元型（基因和調(diào)控元件），揭示一些重要單元型區(qū)段的本質(zhì)。3）以微核心種質(zhì)為對(duì)象，對(duì)重

18、要單元型進(jìn)行系統(tǒng)分析，明確其在我國(guó)小麥資源中的主要類(lèi)型及其演變規(guī)律。主要候選基因組區(qū)段有：2AL gwm445-wmc170、2DS cfd160-cfd56、3BS GHB（赤霉病抗性）、4BL gwm149-gwm375、4DS Rht2-Ms2、 5DL gwm292-wmc160、6AL cfd82-psp3071、 6AS barc171-cfd190、6DL barc273- barc1121、7DS gwm44-gwm111等。經(jīng)費(fèi)比例：22%承擔(dān)單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：張學(xué)勇學(xué)術(shù)骨干：毛龍、孔秀英、房經(jīng)貴、董玉琛課題3、大豆重要農(nóng)藝性狀單元型

19、區(qū)段分析預(yù)期目標(biāo)：1）繪制大豆Hap-Map草圖；2）研究控制大豆高油、高蛋白、百粒重、胞囊線(xiàn)蟲(chóng)抗性、光周期反應(yīng)等性狀的基因組區(qū)段的單元型，明確單元型的互作效應(yīng)；3）分離34個(gè)有重要應(yīng)用價(jià)值的基因；3）申請(qǐng)專(zhuān)利3項(xiàng)；發(fā)表SCI論文20篇；培養(yǎng)研究生15人。研究?jī)?nèi)容：1）利用Solexa技術(shù)對(duì)96份微核心種質(zhì)庫(kù)進(jìn)行測(cè)序，分析單核苷酸多態(tài)性，明確單元型數(shù)目，繪制大豆HapMap。 2）對(duì)大豆微核心種質(zhì)進(jìn)行全基因組的分子標(biāo)記精細(xì)掃描，結(jié)合表型，發(fā)掘馴化和育種選擇關(guān)鍵單元型區(qū)段及所控制的性狀。3）對(duì)微核心種質(zhì)導(dǎo)入系進(jìn)行重要性狀的系統(tǒng)鑒定，通過(guò)關(guān)聯(lián)分析，篩選關(guān)鍵基因組區(qū)段的優(yōu)異單元型，包括控制油分和蛋白

20、質(zhì)含量（Satt191- Satt 372，Gm18）、百粒重（Satt134-Satt658, Gm6)、胞囊線(xiàn)蟲(chóng)抗性（Satt309-Sat_168，Gm18；Sat_198-Satt294, Gm02；Sat_400-Satt329，Gm08）、光周期（Satt194- Satt321，Gm04；Satt187- Satt089，Gm08），搞清其在微核心種質(zhì)中的主要變異類(lèi)型及其形成和演變規(guī)律。 4） 在對(duì)重要單元型區(qū)段序列分析的基礎(chǔ)上，開(kāi)展候選基因與性狀間的關(guān)聯(lián)分析，發(fā)掘和克隆重要功能基因，闡明一些重要單元型區(qū)段的本質(zhì)。經(jīng)費(fèi)比例：15.5%承擔(dān)單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所、中國(guó)科

21、學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所課題負(fù)責(zé)人：王克晶學(xué)術(shù)骨干：張萬(wàn)科、邱麗娟、關(guān)榮霞課題4、水稻重要功能基因的單元型效應(yīng)和互作分析預(yù)期目標(biāo)：1）克隆810重要功能基因，完成其在微核心種質(zhì)中的單元型分析，明晰單元型區(qū)段的界限；2）在同一遺傳背景下，評(píng)價(jià)1015已克隆基因的單元型效應(yīng)及互作；3）與育種單位結(jié)合，培育有突出特點(diǎn)的育種材料和品系810個(gè)，其中5個(gè)參加國(guó)家或省級(jí)區(qū)試；4）申請(qǐng)專(zhuān)利3項(xiàng)；發(fā)表SCI論文15篇以上;培養(yǎng)研究生15人。研究?jī)?nèi)容：1）以微核心種質(zhì)/日本晴和微核心種質(zhì)/珍汕97的導(dǎo)入系為基礎(chǔ)，將巢式關(guān)聯(lián)分析與精細(xì)連鎖定位相結(jié)合，克隆水稻控制產(chǎn)量（穗型、穗粒數(shù)、粒重和穗數(shù)等）、抗逆性狀（氮、

22、磷高效，抗旱、耐冷等）、馴化性狀（株型）的新基因8-10個(gè)。2）分析這些基因在微核心種質(zhì)中的單元型，并進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，評(píng)價(jià)不同單元型的效應(yīng)及其應(yīng)用價(jià)值，篩選優(yōu)異單元型導(dǎo)入系；通過(guò)導(dǎo)入系間的相互雜交，分析單元型之間的互作效應(yīng)。3）對(duì)已克隆的重要性狀的基因進(jìn)行系統(tǒng)的單元型分析，這些基因包括抽穗期基因（Hd1、Hd3a、Hd6）、株高基因（d1，sd1、eui）、粒重基因(GS3、GW2、S5)、穗粒數(shù)基因（Gn1）、分蘗基因（MOC1），明確每個(gè)單元型的遺傳效應(yīng)，鑒定和篩選優(yōu)異單元型。4）與育種單位結(jié)合，對(duì)優(yōu)異導(dǎo)入系進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)和鑒定，培育性狀突出的育種材料和新品種。經(jīng)費(fèi)比例：15.5%承擔(dān)單位：中

23、國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、揚(yáng)州大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：張洪亮學(xué)術(shù)骨干：李自超、裔傳燈課題5、小麥重要功能基因的單元型效應(yīng)和互作分析預(yù)期目標(biāo)：1）分析1015個(gè)重要功能基因的單元型及其LD的大小；2）評(píng)價(jià)1520個(gè)不同單元型效應(yīng)及其互作；3）與育種單位結(jié)合，培育有突出特點(diǎn)的育種材料和品系810個(gè)，其中58個(gè)參加國(guó)家或省級(jí)區(qū)試。發(fā)表SCI論文15篇，申請(qǐng)專(zhuān)利3項(xiàng)，培養(yǎng)研究生15人。研究?jī)?nèi)容：1）以小麥微核心種質(zhì)為材料，對(duì)以下重要功能基因的單元型進(jìn)行分析，開(kāi)發(fā)SNP標(biāo)簽，研究重要單元型的表達(dá)特點(diǎn)，篩選有重要應(yīng)用價(jià)值的單元型或等位變異。這些基因包括：春化基因（Vrn-1、Vrn-2、Vrn3），光周期基因（Ppd-1），穗

24、型基因（Q），氮素吸收利用關(guān)鍵基因（谷氨酰胺合成酶基因GS1、GS2），控制根系形態(tài)的主效QTL位點(diǎn)，蛋白磷酸化酶（PP2A），水分利用效率基因（ERECTA），小麥抗氧化（活性氧清除）基因（PMM，DHAR, SRX等），產(chǎn)量基因（TaGW2）及胚乳淀粉合成關(guān)鍵基因。2）以微核心種質(zhì)導(dǎo)入系為基礎(chǔ)，采用不同遺傳交配設(shè)計(jì)，研究小麥高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病、抗逆等重要性狀的單元型之間的互作，包括產(chǎn)量因素之間、產(chǎn)量與品質(zhì)、產(chǎn)量與抗性等方面的遺傳互作；闡明相同遺傳背景下單元型互作的模式，培育和篩選正向效應(yīng)突出、無(wú)負(fù)效應(yīng)的單元型。3）與育種單位結(jié)合，將獲得的單元型效應(yīng)和互作等信息應(yīng)用于育種實(shí)踐，培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多抗

25、新品種（系）。經(jīng)費(fèi)比例：16%承擔(dān)單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所課題負(fù)責(zé)人：賈繼增學(xué)術(shù)骨干：童依平、景蕊蓮課題6、大豆重要功能基因的單元型效應(yīng)和互作分析預(yù)期目標(biāo)：1）分析10個(gè)重要功能基因的單元型；明確其的單元型區(qū)段的界限；2）評(píng)價(jià)1012個(gè)基因的單元型效應(yīng)及互作；3）與育種單位結(jié)合，培育有突出特點(diǎn)的育種材料和品系810個(gè)，其中45個(gè)參加國(guó)家或省級(jí)區(qū)試。發(fā)表SCI論文15篇; 申請(qǐng)專(zhuān)利3項(xiàng)；培養(yǎng)研究生15人。研究?jī)?nèi)容：1）利用大豆導(dǎo)入系，對(duì)下列重要基因進(jìn)行單元型及其效應(yīng)分析，包括異黃酮合酶基因GmIFS，黃烷酮3-羥化酶基因GmF3H，NAC轉(zhuǎn)錄因子基因G

26、mNAC，丙二烯氧化物合酶基因GmAOS，丙二烯氧化物環(huán)化酶GmAOC, 酸性磷酸酶基因GmAPS和GmAPase，光敏色素基因GmphyA和GmphyB，生物鐘基因GmTOC1、GmLHY和GmCCA1，生物鐘相關(guān)基因GmZTL和GmGI，開(kāi)花調(diào)節(jié)的溫控基因GmSVP， 開(kāi)花光周期調(diào)控基因GmCO和GmFT等，發(fā)掘有重要應(yīng)用價(jià)值的單元型（功能基因及啟動(dòng)子） 。2）以導(dǎo)入系為基礎(chǔ)，采用不同遺傳交配設(shè)計(jì)，研究控制大豆高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病、抗逆等重要性狀的單元型之間的互作（包括產(chǎn)量因素間、產(chǎn)量與品質(zhì)、產(chǎn)量與抗性）；闡明在相同遺傳背景下單元型互作的模式，培育和篩選正向效應(yīng)突出、無(wú)負(fù)效應(yīng)的等位型，為育種提供新的基因資源。3）與育種單位結(jié)合，將獲得的單元型效應(yīng)和互作效應(yīng)等信息直接應(yīng)用于育種實(shí)踐，培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗新品種（種質(zhì)）。經(jīng)費(fèi)比例：15%承擔(dān)單位：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院綏化分院課題負(fù)責(zé)人：趙團(tuán)結(jié)學(xué)術(shù)骨干：付亞書(shū)、喻德躍四、年度計(jì)劃年度研究?jī)?nèi)容目標(biāo)2010年1、 水稻、大豆微核心種質(zhì)的重新測(cè)序，小麥關(guān)鍵基因組區(qū)段BAC 文庫(kù)的篩選和測(cè)序；2、 進(jìn)行目標(biāo)性狀基因基因組區(qū)段的序列分析； 3、 重要基因內(nèi)部及兩翼的單元型及LD分析；4、 單元型互作研究材料組合、目標(biāo)導(dǎo)入系雜交組合的配置；1、 完成48份水稻、20份大豆微核心種質(zhì)的重新測(cè)序；小麥3-4個(gè)關(guān)鍵基因組