【正文】 個； 補充和 完善果實品質 基礎數(shù)據(jù)庫 ； 創(chuàng)制柑橘三倍體 和 純系 材料 ，分離果實 發(fā)育 基因 24 個；申請專利 34 項 ，發(fā)表 SCI 論文 1012 篇 。 年度 研究內容 預期目標 第 三 年 轉基因驗證重要基因在果實品質形成中的功能， 分 析關鍵轉錄因子對果實品質的調控機制， 測定 果實品質組分的合成、轉運及貯存穩(wěn)定的 因子 。分離果實品質關鍵基因的調控元件及其調控機制；從轉錄譜、 蛋白質譜和代謝組譜不同 層面 研究環(huán)境因子和外源物質 對果 實品質的調控機制；繼續(xù) 測定 果實 品質性狀組分和含量；果實品質性狀的遺傳力分析與 QTL定位； 果實品質的分子標記的繼續(xù)開發(fā)；果實研究群體的創(chuàng)建和完善。 明晰果實品質關鍵基因的生物學功能，闡明關鍵基因和調控因子對果實品質的調控機制；了解果實采后品質的動態(tài)規(guī)律、環(huán) 境應答、主要蛋白和關鍵基因。補充及豐富 柑橘、蘋果主要品質組分的 測定； 探明 果實主要品質性狀的遺傳規(guī)律，獲得 23 個重要品質性狀的主效 QTLs； 開發(fā) 分子標記 1000 個；明確 12 個 育 性 和 體細胞胚發(fā)生相關基因的功能 ； 發(fā)表 SCI論文 1012 篇。 第 四 年 分析 果實品質的關鍵結構基因和調控基因的時空表達、環(huán)境響應， 研究其互作機制和調控機理；通過轉基因研究分析關鍵基因和轉錄因子的生物學功能 ；探索調控果實 品質的 調控措施 ； 研究 果實品質組分 積累 與保持的關鍵調控位點及作用機制 ；繼續(xù) 開展 果實 品質性狀組分和含量的鑒定；高密度遺傳圖譜的構建 ，開發(fā)柑橘SNP 等分子標記 。 揭示 調控果實品質形成、積累、保持的 關鍵 基因的作用機制， 確定 調控 因子 對果實品質影響路徑， 明確影響 果實品質組分的 合成、轉運及貯存 主要因子 ， 闡明 其生物學功能 。 完善 果實品質 的 環(huán)境 調控措施 ，了解其調控機制 。進一步 補充 果 實品質數(shù)據(jù)庫； 完成 蘋果或柑橘高密度遺傳圖譜的構建 ； 發(fā)掘調控 果實品質關鍵基因 810個；發(fā)表 SCI 論文 1012 篇 ，申請專利 12 項。 年度 研究內容 預期目標 第 五 年 利用各種組學數(shù)據(jù) 繪制 果實品質組分的 形成、保持和調控的網絡模式圖 ； 通過番茄模式果實明確關鍵基因和調控因子在果實品質形成與保持中的作用機制；完善 果 實 品質基礎數(shù)據(jù)庫 ；果實品質主效 QTL 精細定位；補充完善實驗； 綜合 整理實驗結果，撰寫結題報告 。 明確調控 果實品質形成與保持的關鍵基因的功能及其分子調控途徑；闡明環(huán)境因子對果實品質 形成、保持的調控 機理； 建立并完善 果實 品質基 礎數(shù)據(jù) 公共 庫 。開發(fā) 品質主效 QTLs 的分子標簽或緊密連鎖的分子標記 23個；申請專利 12 項 ； 獲得 果實優(yōu)質新品系 35 個；發(fā)表高質量學術論文1015 篇，申請技術專利 23 項。 項目 結題 及下一步工作計劃。 一、研究內容 以柑橘、蘋果、番茄為代表的重要園藝作物為研究對象 。主要基于以下考慮 ，第一、產業(yè)重要性方面， 它們代表了我國產值最大的水果和蔬菜作物； 第二、 生物學特性上，蘋果和番茄 為 呼吸躍變型果實，柑橘 為 非呼吸躍變型果實，覆蓋了兩大特征類型的水果； 第三、 柑橘和蘋果是多年生果樹，分別為常綠型和落葉型，番茄為一 年生草本蔬菜植物，且是生物學模式植物和果實研究模式材料。 本研究將 以 柑橘和蘋果為主 要 對象，番茄作 為 果實研究的模式材料，對果實品質 的 色、香、味、營養(yǎng)等構成要素， 從 果實品質的形成機理、品質的 保 持與調控機制、以及優(yōu)異種質發(fā)掘與創(chuàng)制 等 三個層面進行系統(tǒng)的研究 ； 以期發(fā)現(xiàn)果實類胡蘿卜素和花青苷等色素合成的關鍵節(jié)點、呈色穩(wěn)定機理與調控途徑，明確果實發(fā)育過程中糖類、有機酸、芳香物質的合成、代謝與轉運的分子基礎及果實風味形成和調控機理，解析果實維生素 C 和類黃酮等多酚類物質的合成關鍵基因和關鍵節(jié)點及其調控元件和調控途徑；探明光、 溫等微環(huán)境信號因子對果實色澤、風味、營養(yǎng)品質形成以及 對 采后這些品質的 保 持的影響和調控機制。具體 如下 ： 1． 果實色澤形成機理與調控，重點圍繞兩大色素 —類胡蘿卜素和花色苷的代謝和積累機理，以及環(huán)境因子信號對 其 作用機制開展研究。 2． 果實風味物質形成機理與調控，重點圍繞果實風味物質 —糖、有機酸，以及芳香物質的運輸、代謝、積累及其調控機制進行研究。 3． 果實功能性物質形成機理與調控，重點圍繞果實營養(yǎng)功能性成分 —維生素 C、多酚類化合物（含黃酮類）等功能性成分合成與累積的分子機理與調控機制開展研究。 4． 果實采后品質保 持與調控機制，圍繞果實采后品質（糖、酸、維生素）變化規(guī)律及調控機理開展研究。 5． 果實品質基礎數(shù)據(jù)及遺傳規(guī)律，測定柑橘和蘋果不同種質 的 品質組分，建立果實品質性狀代謝組譜，構建 品質組分基礎數(shù)據(jù)庫，研究果實糖、酸及色澤遺傳規(guī)律。 6． 果實優(yōu)質性狀的種質創(chuàng)新，發(fā)掘和創(chuàng)新優(yōu)異種質資源， 創(chuàng)制果實品質資源純合株系和研究群體， 提高種質創(chuàng)新的效率， 并通過細胞工程與分子技術創(chuàng)新種質，進行優(yōu)質果實品質的遺傳改良。 項目名稱： 主要糧食作物骨干親本遺傳效應和利用的基礎研究 首席科學家： 李立會 中國農業(yè)科學院作物科學研 究所 起止年限： 至 依托部門： 農業(yè)部 二、預期目標 （一）總體目標 針對骨干親本在育種實踐中作用突出以及新時期育種目標的需求，在我們通過前一個 973 項目的研究，已基本明確了骨干親本第一個關鍵科學問題 “遺傳構成 ”的基礎上，本項目圍繞骨干親本的第二個關鍵科學問題 “遺傳 與利用 效應 ”，以水稻、小麥、玉米等主要糧食骨干親本親本及其衍生的大面積推廣品種為基本研究材料，應用表型組學、基因組學、作物育種學、生物信息學等學科的理論和方法，闡明不同時期、不同生態(tài)區(qū)的水稻、小麥、玉米骨干親 本中重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的演變趨勢，構建水稻、小麥、玉米骨干親本 的 基礎 遺傳 圖譜 ，為基于全基因組分子設計育種提供依據(jù)； 闡明水稻、小麥、玉米骨干親本的基礎 遺傳 圖譜的遺傳與 育種 效應；發(fā)掘對實現(xiàn)水稻、小麥、玉米未來育種目標具有重要價值的 關鍵 基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因 ； 闡明水稻、玉米的穗粒數(shù)、粒重等產量性狀一般配合力的遺傳學基礎，并揭示一般配合力對骨干親本形成的作用以及骨干親本能夠衍生出大量主栽品種的生物學基礎 ；闡明控制一般配合力基因組區(qū)段與 骨干親本的基礎 遺傳 圖譜 的關系；建立 水稻、小麥、玉米 候選骨干親本選育以及最佳親本組配的分子設計模型 ；提出綜合評估候選骨干親本和改良現(xiàn)有骨干親本的技術方法，指導并提高親本組配和育種效率 ； 篩選、創(chuàng)制對未來 5～ 10 年水稻、小麥、玉米等糧食作物育種具有重要促進作用的候選骨干親本，并通過育種實踐 驗證 ，為創(chuàng)立骨干親本育種理論、培育新時期需求的新品種提供理論和物質支撐。 通過該項目的實施，將進一步強化我國在農作物骨干親本基礎理論和應用研究方面的原始創(chuàng)新，并通過創(chuàng)建圍繞農作物骨干親本的新的育種理論與技術體系，以及創(chuàng)造的符合新時期育種目標需求的候選骨干親本的應用，繼續(xù)提高我國在雜交稻等作物育種領域的國際領先地位，最終為我國的糧食安全提供科學保障與技術和物質支撐。 （二）五年預期目標 闡明不同時期、不同生態(tài)區(qū)的 水稻、小麥、玉米共 40~50 個 骨干親本中重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的演變趨勢，構建 水稻、小麥、玉米 骨干親本 的 基礎 遺傳 圖譜各 1 個 ， 為基于全基因組分子設計育種提供依據(jù) 。 闡明 水稻、小麥、玉米 骨干親本的基礎 遺傳 圖譜的遺傳與 育種 效應； 分析重要基因 和基因序列變異 15~20 個， 闡明 5~8 個 基因 /等位基因的功能 ； 發(fā)掘對實現(xiàn) 水稻、小麥、玉米 未來育種目標具有重要價值的 關鍵 基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 各 2~3 個 。 闡明水稻、玉米 的穗粒數(shù)、粒重等產量性狀一般配合力的遺傳學基礎，并揭示一般配合力對骨干親本形成的作用以及骨干親本能夠衍生出大量主栽品種的生物學基礎 ；闡明控制一般配合力基因組區(qū)段與 骨干親本的基礎 遺傳 圖譜 的關系 。 建立 水稻、小麥、玉米 候選 骨干親本 選育以及 最佳親本組配的分子設計模型 ；提出綜合評估候選骨干親本和改良現(xiàn)有骨干親本的技術方法，指導并提高親本組配和育種效率。 篩選、創(chuàng)制對未來 5～ 10 年 水稻、小麥、玉米 等糧食作物育種具有重要促進作用的候選骨干親本 6~8 個，并通 過育種實踐 驗證 ，為創(chuàng)立骨干親本育種理論奠定基礎。 培養(yǎng)博士研究生 30～ 40 名，碩士研究生 50～ 60 名。 發(fā)表 SCI 論文 50～ 60 篇（累計影響因子 150 以上）；申請 專利 9~10 項。 三、研究方案 （一）學術思路 為了進一步強化我國在農作物基礎理論和應用研究方面的原始創(chuàng)新，針對作物遺傳育種基礎研究中的關鍵問題之一，骨干親本在育種中效果顯著但其形成與利用的遺傳基礎不明的客觀現(xiàn)實，以水稻、小麥、玉米等主要糧食作物骨干親本及其衍生的大面積推廣品種系譜分析為出發(fā)點，在已解決了骨干親本的第一個關鍵科學問題 “遺 傳構成 ”的工作基礎上，綜合利用表型組學、基因組學、作物育種學、生物信息學等學科的理論與技術，從骨干親本重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因組合方式及其演變趨勢、一般配合力對骨干親本形成的作用及其遺傳基礎、候選骨干親本的分子設計與創(chuàng)制等多層次進行系統(tǒng)研究，闡明骨干親本研究中的第二個關鍵科學問題 “遺傳效應 ”，為創(chuàng)建骨干親本育種理論與技術體系，以及我國糧食安全提供科學保障與技術和物質支撐。 （二）技術途徑 遺傳效應 利用 精細 QTL 分析 QTL、 eQTL 分析等 測序、表達分析等 精細定位、圖位克隆 測序、生物信息學等 QTL 定位、關聯(lián)分析等 近等基因導入系 重組近交系等 骨干親本 衍生品種 ＋ 重要基因組區(qū)段 因組區(qū)域 優(yōu)異基因簇 關鍵基因 優(yōu)異等位基因 一般配合力 候選骨干親本篩選與創(chuàng)制 候選骨干親本的分子設計理論 （三）創(chuàng)新點和特色 項目創(chuàng)新點 （ 1）從 表型組學、基因組學、作物育種學、生物信息學等多學科、多層次對水稻、小麥和玉米三種主要糧食作物骨干親本形成與利用的遺傳基礎進行系統(tǒng)研究，在國內外尚屬首次；有關問題的解決，有利于進一步強化我國在農作物基礎理論和應用研究方面的原始創(chuàng) 新 。 （ 2） 預測、篩選與改良對未來 5～ 10 年主要糧食作物育種具有重要促進作用的候選骨干親本，將為保障我國糧食安全做出貢獻。 （ 3） 將骨干親本的內涵由經驗升華為科學規(guī)律和理論，建立圍繞農作物骨干親本的親本選配理論與技術體系 項目特色 （ 1） 農作物骨干親本的概念是由我國科學家率先提出的，并得到了國際同行的普遍認同，而且近年來成為作物育種基礎理論研究的主攻方向之一。由我國科學家完成有關的基礎研究，具有明顯的原始創(chuàng)新特色。 （ 2） 本項目的研究對象是骨干親本，其上游是利用育種材料 篩選、 創(chuàng)制骨干親本的過程，下游是利用骨干親本培育主栽品種的過程，我國的育種學家已在上述兩個方面積累了大量的材料和豐富的經驗。本項目通過解析骨干親本形成與利用規(guī)律，將豐富和完善農作物品種高效改良理論，架起從育種材料 /種質資源有效利用到作物高效育種的橋梁。 （ 3）對 不同時期、不同生態(tài)區(qū)的 水稻、小麥、玉米共 40~50 個 骨干親本中重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的演變趨勢進行分析，并篩選、創(chuàng)制對未來 5～ 10 年 水稻、小麥、玉米 等糧食作物育種具有重要促進作用的候選骨干親本，使得本項目的研究結果在很大程度上具有指導未來的特色。 （四）取得重大突破的可行性分析 本項目將在以下 兩 個方面取得重大突破： —— 闡明骨干親本與其它親本組配能夠衍生出眾多主栽品種的遺傳基礎 ，將為創(chuàng)立骨干親本育種理論、提高育種效率、培育突破性新品種奠定基礎； —— 從基因組和基因兩個層次揭示水稻、 玉米骨干親本一般配合力的分子基礎和調控機制，可以將作物一般配合力由統(tǒng)計學和育種學的概念提升到遺傳學概念 。 （ 1）工作基礎保障： 通過執(zhí)行 國家 973 計劃項目《主要農作物骨干親本遺傳構成和利用效應的基礎研究》（ 2022CB101700），我們不僅建立了骨干親本研究的完整學術思路，而且基本明確了骨干親本的第一個關鍵科學問題 “遺傳構成 ”，并在技術方法、 研究材料（如遺傳分析群體、品種群體、近等基因系或導入系群體等）以及人才等方面， 為本項目的實施奠定了堅實的基礎。（詳見工作基礎部分） 。 （ 2）技術保障： 本項目集中了我國水 稻、小麥和玉米三大糧食作物遺傳育種、分子遺傳學、基因組學、轉錄組學、生物信息學研究的優(yōu)勢單位，具有雄厚的學科基礎，