973项目申报书——主要农作物核心种质重要农艺性状单元型区段及互作研究.doc

Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse项目名称:主要农作物核心种质重要农艺性状单元型区段及互作研究首席科学家:张学勇中国农业科学院作物科学研究所起止年限:2010年1月-2014年8月依托部门:农业部一、研究内容以水稻、小麦、大豆全基因组单元型区段分析及关联分析为切入点,重点研究和筛选控制高产、优质、抗病及水肥高效的优异单元型区段(或基因),揭示其形成基础和遗传本质,阐明不同功能单元型间的互作效应,为三大作物设计育种奠定材料基础。重点从以下四个方面开展研究:1、种质资源中重要单元型区段的发掘对水稻、小麦、大豆微核心种质中的重要基因组区段进行精细扫描,结合系谱分析,摸清我国育种中稳定传递的单元型区段及其形成和演变过程;通过标记/性状关联分析,明确一些区段所控制的重要性状,系统分析这些单元型区段在核心种质样本中的变异及主要载体(品种)。控制重要性状单元型区段的遗传及互作效应分析以重要单元型区段在核心种质样本中的变异信息为基础,在微核心种质导入系中,系统筛选同一区段不同单元型,评价它们的遗传效应,发掘具有重要育种价值的新变异;对优良单元型在不同遗传背景下的遗传效应进行比较和评价,筛选和培育正向效应突出、对产量、品质等无负面效应的抗病、水肥高效等重要单元型,为育种提供新的基因资源;通过导入系之间互相杂交,在消除杂合遗传背景效应的基础上,研究单元型之间的互作效应,提出三大作物育种中单元型优化组合模式与实施方案,与育种单位结合,进行组装育种的研究和实践。典型单元型区段基因组成、结构和功能分析在小麦中选择15~20个典型单元型区段,用与其紧密连锁的标记筛选染色体大片段插入文库(BAC文库),构建覆盖相应单元型区段的跨跌群(Contig),并完成序列分析;用候选基因在核心种质群体中进行关联分析,结合大面积推广品种突变体库进行重要农艺性状鉴定,发掘有重要育种价值的功能基因;从DNA和性状形成两个层面揭示单元型区段的本质,为作物的分子育种提供基因和理论依据;充分利用水稻和大豆的全基因组信息,利用高通量测序设备,对典型材料进行重新测序分析,发掘有重要育种价值的单元型和功能基因。控制重要性状关键基因的单元型分析以微核心种质为基础,重点开展氮、磷、水吸收利用基因及其附近区域的单元型分析和功能鉴定;开展发育关键基因、高光效基因、胚乳淀粉合成关键酶基因单元型及其关联分析;获得与氮、磷、水高效吸收利用的关键基因及高光合、高转化的优良基因;分析发育基因、光温感应基因的单元型,明确单元型地理分布与环境因素之间的对应关系,为分子设计育种和遗传转化育种提供基因资源,为未来重要基因的合理布局提供科学依据。二、预期目标总体目标:应用基因组学、种质资源学等理论和方法,明确水稻、小麦、大豆种质资源中重要农艺性状基因单元型组成、种类、功能及互作关系;挖掘具有重要育种价值的单元型区段,为育种提供重要的基因资源。通过本项目的实施,推动我国作物种质资源学与基因组学的融合,将我国在水稻基因组学领域的研究优势尽快转化到应用基础领域,引领全国的种质资源研究,实现资源大国向基因富国的转变,使我国在应用基因组学和种质资源学交叉学科领域处于国际领先地位,在新基因及其单元型研究上取得突破,推动我国育种事业的发展。培养作物种质资源学与基因组学交叉学科人才队伍。五年预期目标:建立规模化的单元型区段研究的理论方法和技术体系;明确一批单元型区段的分子基础,跟踪分析其形成和演变过程;发掘具有重要育种价值的单元型区段50~60个;克隆有重要育种价值的功能基因15~20个;筛选和创造具有突出特点的优异种质60份;发表SCI论文100篇以上;培养研究生80~100人,培养国家杰出青年基金获得者2~3名。三、研究方案1)学术思路:将基因组学研究的成果、方法和思路与群体遗传学及种质资源学相结合,研究控制重要复杂性状单元型区段的组成,形成和演变。从自然变异群体(包括主要品种、地方品种、野生种及半野生种)中发掘有重要利用价值的单元型区段和基因,为分子育种奠定基础。开拓种质资源学研究的新领域,提高种质资源的研究水平和利用效率。2)技术途径:本项目计划从4个层面展开研究。①关键单元型区段发掘及所控性状分析。对育成品种、地方品种及野生种的全基因组进行标记扫描和比较分析,通过选择牵连效应分析,结合标记/性状关联分析,明确人类选择的关键单元型区段、所控重要性状及其形成和演变。②核心种质重要性状单元型区段的效应及互作分析。以上述信息为基础,微核心种质导入系为对象,在统一的遗传背景(轮回亲本)下系统评价同一基因组区段不同等位之作用,筛选正向效应突出、无负效应的等位型,提供育种利用;通过不同单元型导入系之间的杂交,研究不同单元型之间的互作效应。③典型单元型区段候选基因的关联分析;