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项目名称:油料作物优异亲本形成的遗传基础和优良基因资源合理组配与利用首席科学家:张天真南京农业大学起止年限::教育部、预期目标1、总体目标以解决我国油料作物育种中的突出问题为目标,建立分析农作物优异亲本遗传构成、估计各种基因效应、预测未来优异亲本和定向设计育种方案的理论体系;阐明油菜等油料作物主要优异亲本形成的遗传基础和有利基因群,弄清其整体遗传效应和基因间以及基因与环境间互作模式,揭示油料作物优异亲本的遗传本质;实现基于优异亲本遗传剖析的虚拟和实际设计育种,从而建立作物分子育种的新理论和新方法。2、五年预期目标(1)针对各生态区育种目标和材料特点,完成对大豆、油菜、棉花、花生和芝麻20-30个以上优异亲本的遗传解析,明确其有利基因组成、效应及其传递规律;克隆优异亲本重要功能基因8-10个,阐明部分重要基因表达和作用的分子机理。(2)解析10-15个优异亲本形成的系谱,明确其有利基因群的特点。(3)通过设计育种培育微效基因聚合或微效基因+重要目标基因聚合的优异亲本10-15个(聚合同一性状多个有利基因的超亲优异亲本或聚合不同性状多个有利基因的表型超常优异亲本);用这些优异亲本培育出优良品种6-8个,产生重大的经济效益和社会效益,申请品种权保护10项。(4)遗传剖析20-30个供体亲本或特异种质,发掘油料作物生产中急需的,具有重要育种利用价值的基因资源20个(包括主基因或主效QTL)。(5)申请国家发明专利20项,为生物育种提供3-5项具有重大利用价值的自主创新核心技术;取得优异亲本形成和遗传构成解析、优良基因资源组配等3-4项重大的理论和知识创新成果。(6)发展1套能够对各种试验群体(包括遗传群体、育种系谱群体、轮回选择群体和遗传交配设计群体)进行综合遗传剖析的方法和计算机软件;发展育种性状等位变异检测、杂种优势位点标记、基于QTL的基因效应检测和聚合有利基因的遗传交配设计方法和计算机软件。获软件著作权2~4项。(7) 在本领域国际核心刊物上发表SCI论文80篇以上,累计影响因子250以上;争取在Nature及其系列刊物或Science上发表论文。(8) 建设在作物遗传育种领域有国际竞争力的学术团队,数名国际上有较大影响的学科带头人;培养10名中青年学术骨干和60名博士研究生。三、研究方案1、学术思路和技术途径本项目的总体学术思路:油料作物育种的关键是改进油脂产量和品质以及保障产量和品质遗传潜力得以实现的抗病、抗耐性状。优异亲本基因提供了无限希望,但迄今产量等涉及基因控制的性状改良还必须依赖常规的杂交育种方法辅之以分子标记辅助技术。掌握优异亲本,特别是拥有大量有利的受体亲本是关键。优异亲本(包括优异供体亲本和受体亲本)的合理利用是育种成败的关键。本项目以解决我国油料作物育种中提高单产的突出问题为目标,以油料作物优异受体亲本或骨干亲本为重要研究对象,以研究油脂产量(籽粒产量和油脂含量)和品质(油脂脂肪酸组成和蛋白质含量)等相关性状的遗传构成为重点,开展优异受体亲本的遗传剖析和育种利用的研究。首先,掌握一批(不是个别)相互有遗传差异,适合不同生态区的优异亲本,解析它们育种性状的遗传构成(有利基因群),并从它们的系统发生(系谱)中揭示优异亲本有利基因群形成的规律和亲本间有利基因群的多样性。克隆、验证并应用有利等位基因,进一步在分子水平上揭示有利等位基因进化的关键和规律。根据优异亲本育种性状基因组成(主效或微效)的特性研究有利基因组配和交配重组方式和标记辅助选择技术相结合的技术,包括聚合多个主效QTL的复交、互交技术,聚合微效QTL的轮回选择技术,转移个别主基因的单交、回交技术等。改进遗传解析方法,提高准确性和效果,根据优异亲本的遗传构成进行等位基因配方的组配理论和技术的研究,为设计育种提供可能。针对油料作物生产不与粮争地的现状,对现有的耐旱、耐盐碱(滩涂种植)等特异种质或优异供体亲本进行遗传剖析,揭示其遗传规律,标记、定位甚至克隆重要的目的基因。在上述研究的基础上,建立起优良基因资源高效组配的设计育种理念与技术体系,改良现有的优异亲本和创制未来优异亲本。本项目的技术途径:选择一批相互有系谱关系和遗传差异,适合不同生态区的优异亲本,利用分子数量遗传学、生物信息学和基因组学方法,在表型、基因组学、表观遗传学等不同层次对优异亲本系谱和不同试验群体进行纵、 横比较分析,同时开展相应的分子数量遗传学和生物信息学方法研究, 以揭示优异亲本的遗传构成、形成基础和遗传规律,创造优异亲本,发展设计育种的理论和方法,构建遗传分析和生物信息分析软件及网络数据共享平台。最终将解决两个关键科学问题,建立作物育种新理论新方法。本项目的技术途径示意如下:遴选一批优异亲本+衍生品种家系品种,杂种品种优异受体和供体亲本已完成改良和发