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1、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： 2010.9 至2015.9依托部门： 教育部二、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
2、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
3、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。 获软件着作权 24项。（7）在本领域国际核心刊物上发表SCI论文80篇以
4、上，累计影响因子250以上；争取 在Nature及其系列刊物或Scienee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
5、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
6、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
7、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：针对第一个关键科学问题针对第二个关键科学问题2、创新点(1)从表现 型、QTL和基因 水平上大规模、 系统地剖析我国 油料作物优异亲 本形成的遗传基 础，阐
8、明优异亲 本有利基因群的 形成机制。 本项 目参加单位已研 究积累油料作物 大量的表型数据、QTL、油菜和大豆全基因组数据和转录组数据，综合利用这些研究成果或信息资源与品种资源，大规模 系统地剖析我国油料作物优异亲本形成的遗传基础。通过研究将揭示油料作物优异亲本有利 基因群的遗传特征，明确各种类型优异亲本有利基因群的遗传构成、基因效应、基因互作网 络、基因的时空表达等规律，探明在育种历史过程中有利基因群的形成、积累与传递、演化 的遗传规律，从而丰富作物育种学的理论基础。(2) 基于分子标记聚合不同类型基因/QTL的遗传交配设计，创立优异基因资源合理组 配与利用的新理论与新方法，创制在未来 5-
9、10年对我国油料作物育种有重大作用和影响的优 异亲本。对不同优异亲本和不同群体，从表型、QTL、基因组、转录组和表观遗传学的不同 层次，对主基因、主效QTL、微效基因或具不同基因效应的有利基因群进行遗传剖析，将创 立优异基因资源高效组配与合理利用的新理论与新方法，并创制影响我国油料作物未来 5-10 年育种有重大作用的优异亲本。（3）创立优异亲本遗传剖析的统计分析方法与计算机软件。改进能同时分析各种基因效 应、基因不同时空动态表达的统计分析方法，发展适用于遗传交配设计群体、轮回选择群体 的 QTL 定位、配合力分析预测，复杂性状关联 QTL 的基因预测等分析方法将进一步推进我 国在分子数量遗传
10、学研究领域的国际领先地位。3、与国内外同类研究相比的主要特色（1）以油料作物优异亲本为对象，重点研究油脂和蛋白质相关性状的遗传构成，以期提 高人类食物中的油脂与蛋白质供给。主要油料作物是双子叶植物，它的主要产品是油和蛋白 质。与禾谷类作物淀粉主要储存在三倍体胚乳中不同，油脂与蛋白质主要储存在在二倍体的 胚中；相应地，油料作物产品对人类提供的营养需求与禾谷类不同；所研究的性状、基因和 调控网络与禾谷类作物也不同。（2）将优异亲本遗传剖析、未来优异亲本创制和新品种选育的理论与实践有机结合。通 过优异亲本遗传构成剖析获得的理论和方法，在优异基因资源高效组配与利用的新理论和新 方法指导下，创制优异亲本
11、，并进一步培育出新品种。（3）覆盖家系品种、杂种品种两类品种的优异亲本，综合利用多种类型的试验群体，以 分子育种学、分子数量遗传学、基因组学等多学科交叉剖析优异亲本复杂性状表型变异的遗 传基础和基因演化规律。4、取得重大突破的可行性分析本项目各课题组既有良好的攻克关键问题的技术储备和良好设施平台，也有扎实的优异 亲本遗传剖析、QTL和基因组序列信息、先进的数量遗传学方法等研究基础以及一支优秀的 人才队伍等必要的保障条件，有望在揭示优异亲本有利基因遗传构成及其形成和传递规律， 建立作物育种的新理论和新方法（基因资源、育种新方法和相应的统计分析方法）等领域取 得重大突破。（1）深厚的前期研究积累基
12、础在前期 973 及其它项目支持下，项目组构建了大豆、油菜、 棉花等 5 种油料作物高密度的遗传连锁图，在分子标记和基因组研究方面都有很强的理论和 实践基础，为重要育种目标性状基因/QTL的精细定位、优异亲本全基因扫描的关联分析打下 了坚实的基础。在过去数十年育种中发掘、鉴定、培育了一批优异亲本，育成了许多优良的 当家品种。油菜课题组是世界油菜及其亲本种甘蓝和白菜全基因组测序的牵头组织单位，目 前已完成高质量甘蓝和白菜的全基因组精细图谱绘制，甘蓝型油菜也即将完成，为优异亲本 重测序和转录组测序打下基础。浙江大学和南京农业大学在品种系谱群体新基因发掘、复杂 性状 QTL 定位、连锁图构建和表达
13、QTL 分析与基因网络构建等方面取得了一系列原创性的 学术成就，在国内外学术界产生了广泛的影响。这些前期研究的积累为本项目取得重大突破 打下了坚实的基础。（2）团结、高效的人才队伍和研究条件保障本研究队伍是全国从事油料作物研究的优势 单位，包括了作物遗传与种质创新、作物遗传改良、植物基因组学等 3 个国家重点实验室， 国家大豆和油料作物遗传改良中心，国家油料研究工程中心，国家南方和华东植物基因研究 中心等5个国家级研究中心，10 个省部级重点开放实验室从事本研究领域领衔的优秀科学家 （2 位院士等）。这些国家或部级高水平的研究平台可保障本项目的顺利实施。（3）广泛的国际合作的保证课题负责人和学
14、术骨干均有在国外学习、工作的经历，与国 际上本领域高水平的实验室具有广泛的良好合作关系，如美国北卡州立大学曾昭邦教授、IBM 公司Watson研究院周如鸿教授、TIGR袁巧平教授、佐治亚大学的Paterson教授、美国普 渡大学 Jackson 教授，日本 RGP 实验室、植物基因组中心 Minobe 和王子轩教授，英国 Joh nlnn ersCe ntre 的 Ban croft 教授、RothamstedResearch 的 King 博士等。良好的国际合作 保证本项目处于国际的研究前沿。四、年度计划一年度研究内容预期目标1.配制优异供体亲本抗倒伏、抗病性、筛选出优异亲本、优异供体耐渍性
15、和早熟性等用于育种目标性状亲本；获得各种遗传交配群遗传剖析的遗传群体；体；2.根据系谱，筛选出以往和现时优异亲 获得关联分析的一年田间本；配制优异亲本遗传解析群体（5和全基因分子标记扫描数大作物25-30个以往和现时优异亲本据；第交配设计）；多点田间种植和全基因获得大豆、油菜重要基因组年分子标记扫描5大作物各150-200个区段的基因组重测序和转以往和现时优异亲本及其系谱衍生品录组测序数据；种和现在推广品种的品种群体，进行 提出1-2种改进分离群体连关联分析；锁分析方法和品种系谱群3.选取大豆、油菜以往和现时优异亲本体关联分析等优异亲本遗及其系谱衍生品种和现在推广品种传构成解析方法；50份进行重要基因组区段的基因组 发表SCI论文2-3篇；培养重测序和转录组测序；启动分离研究 控制油料作物优异亲本油脂产量和品 质miRNA基因。4.改进分离群体连锁分析方法和品种系 谱群体关联分析等优异亲本遗传构成 解析方法；发展不同群体复杂性状 QTL定位和效应分析和基于QTL的基 因功能预测等新方法，并开发相应的 计算机软件。提出基于优异亲本遗传 构成的等位基因高效组配的理论和技 术模型。研究生4-5名。第年1. 分析、定位优异供体亲本抗倒伏、抗 病性、耐渍性和早熟性等育种目标性 状；2. 田间种植优异亲本（5大作物25-30 个以往和现时优异亲本交配设计）遗 传解析家系分离群体；重复多点种
