【文章內(nèi)容簡介】 有大量基于全基因組芯片和大規(guī)模群體的關(guān)聯(lián)分析，并產(chǎn)出了許多重要研究成果，尋找到數(shù)百個 與疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)的基因或者基因組區(qū)域?；蚪M與疾病息息相關(guān)已是一個不爭的事實。本課題產(chǎn)生的全基因組重測序數(shù)據(jù)、全基因組多態(tài)性數(shù)據(jù)，將提供給人們一份最為豐富的遺傳圖譜，將人與人之間基因組種種細微差異盡收其中。一方面，將對之前基于芯片數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析得到的疾病相關(guān)位點做出驗證。另一方面，全基因組測序的方法還將覆蓋到許多之前沒有檢出的多態(tài)性位點和多態(tài)性類型，而這類數(shù)據(jù)與疾病的關(guān)聯(lián)，之前的研究幾乎是空白。由于 此項目 黃種人群的樣本絕大部分為中國人群，本研究將為此類研究提供豐富的數(shù)據(jù)資源，為基于中國人群的基因組多 態(tài)性與疾病研究提供思路和前期基礎(chǔ)。 主要研究內(nèi)容包括： 3 項先導(dǎo)實驗，這些實驗的結(jié)果將用于決定如何高效繪制這張人類遺傳差異圖譜。 （ 1）第一項先導(dǎo)實驗項目將包括兩個核心家庭（雙親與一個成年子女）的全基因組深度測序，每個基因組的平均測序深度為 20 倍，即反復(fù)測定 20 次。這 6 個個體所產(chǎn)生的全面詳盡的數(shù)據(jù)集， 有助于確定這一計劃如何使用新的測序平臺識別遺傳變異。這既是個人基因組圖譜方法上的一種探索，也將作為整個計劃中其他項目進行比較的基礎(chǔ)。 （ 2） 第二項先導(dǎo)實驗將選擇 60 個來自 HapMap3 個主要樣本人群的獨立個體，每個個體 2 倍測序深度，測序量相當于 180 個二倍體基因組。這部分數(shù)據(jù)結(jié)果將用于判斷，達到對最小等位基因頻率為 1%的突變位點的 90%的檢出率，是否需要增加測序樣本或者測序深度。評估淺度測序數(shù)據(jù)用于檢測和定位序列變異的能力。 （ 3）第三項先導(dǎo)實驗將測定 1000 個人的 1000 個編碼區(qū)域的序列，其目的是探索如何更好地得到約占基因組 2%的蛋白質(zhì)編碼基因的更詳細的圖譜。 ，完善各種實驗流程和數(shù)據(jù)分析方法的開發(fā)，在剩下的三年時間，完成對三個 人類族群共 1200 個個體的測序。我國將運用新一代測序技術(shù)進行正反向（ pairedend）全基因組重測序，一共產(chǎn)出 不少于 3000Gb 的測序量，并完成相應(yīng)生物信息學(xué)分析。其中，針對中國人群，通過序列比對，識別中國人群的各類基因組多態(tài)性，尤其可涵蓋之前未報道過的各類低頻 SNP、堿基插入刪除（ Indel）、拷貝數(shù)多態(tài)（ CNV）等。同時利用正反向測序提供的線性關(guān)系和統(tǒng)計方法，推斷群體的單體型構(gòu)成。繪制高密度、高分辨率的中國人群遺傳多態(tài)性圖譜，最終用于群體進化歷史的回溯、多態(tài)性位點的注釋等。這些全面而深入的 數(shù)據(jù)分析，將為為后續(xù)針對中國人群遺傳特征篩選遺傳分子標記，開展復(fù)雜疾病研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 ，構(gòu)建針對大規(guī)模測序數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量控制、信息分析和數(shù)據(jù)展示流程，設(shè)立新的數(shù)據(jù)標準和格式標準。 項目名稱： 主要糧食作物骨干親本遺傳效應(yīng)和利用的基礎(chǔ)研究 首席科學(xué)家： 李立會 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 起止年限： 至 依托部門： 農(nóng)業(yè)部 二、預(yù)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(guān)鍵科學(xué)問題 ―遺傳構(gòu)成 ‖的基礎(chǔ)上，本項目圍繞骨干親本的第二個關(guān)鍵科學(xué)問題 ―遺傳 與利用 效應(yīng) ‖，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(yīng)用表型組學(xué)、基因組學(xué)、作物育種學(xué)、生物信息學(xué)等學(xué)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(gòu)建水稻、小麥、玉米骨干親本 的 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 ，為基于全基因組分子設(shè)計育種提供依據(jù)； 闡明水稻、小麥、玉米骨 干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜的遺傳與 育種 效應(yīng)；發(fā)掘?qū)崿F(xiàn)水稻、小麥、玉米未來育種目標具有重要價值的 關(guān)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(chǎn)量性狀一般配合力的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，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(xué)基礎(chǔ) ；闡明控制一般配合力基因組區(qū)段與 骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 的關(guān)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(shè)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(shù)方法，指導(dǎo)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(zhì)支撐。 通過該項目的實施，將進一步強化我國在農(nóng)作物骨干親本基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究方面的原始創(chuàng)新，并通過創(chuàng)建圍繞農(nóng)作物骨干親本的新的育種理論與技術(shù)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(yīng)用，繼續(xù)提高我國在雜交稻等作物育種領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位，最終為我國的糧食安全提供科學(xué)保障與技術(shù)和物質(zhì)支撐。 （二）五年預(yù)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(gòu)建 水稻、小麥、玉米 骨干親本 的 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜各 1 個 ， 為基于全基因組分子設(shè)計育種提供依據(jù) 。 闡明 水稻、小麥、玉米 骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜的遺傳與 育種 效應(yīng)； 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?qū)崿F(xiàn) 水稻、小麥、玉米 未來育種目標具有重要價值的 關(guān)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(chǎn)量性狀一般配合力的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，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(xué)基礎(chǔ) ；闡明控制一般配合力基因組區(qū)段與 骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 的關(guān)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(shè)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(shù)方法，指導(dǎo)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(chǔ)。 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(xué)術(shù)思路 為了進一步強化我國在農(nóng)作物基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究方面的原始創(chuàng)新，針對作物遺傳育種基礎(chǔ)研究中的關(guān)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(chǔ)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(guān)鍵科學(xué)問題 ―遺傳構(gòu)成 ‖的工作基礎(chǔ)上，綜合利用表型組學(xué)、基因組學(xué)、作物育種學(xué)、生物信息學(xué)等學(xué)科的理論與技術(shù)，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(chǔ)、候選骨干親本的分子設(shè)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(guān)鍵科學(xué)問題 ―遺傳效應(yīng) ‖，為創(chuàng)建骨干親本育種理論與技術(shù)體系，以及我國糧食安全提供科學(xué)保障與技術(shù)和物質(zhì)支撐。 （二）技術(shù)途徑 遺傳效應(yīng) 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(xué)等 QTL 定位、關(guān)聯(lián)分析等 近等基因?qū)胂? 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(guān)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(shè)計理論 （三）創(chuàng)新點和特色 項目創(chuàng)新點 （ 1）從 表型組學(xué)、基因組學(xué)、作物育種學(xué)、生物信息學(xué)等多學(xué)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(chǔ)進行系統(tǒng)研究，在國內(nèi)外尚屬首次；有關(guān)問題的解決，有利于進一步強化我國在農(nóng)作物基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究方面的原始創(chuàng) 新 。 （ 2） 預(yù)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(nèi)涵由經(jīng)驗升華為科學(xué)規(guī)律和理論，建立圍繞農(nóng)作物骨干親本的親本選配理論與技術(shù)體系 項目特色 （ 1） 農(nóng)作物骨干親本的概念是由我國科學(xué)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(chǔ)理論研究的主攻方向之一 。由我國科學(xué)家完成有關(guān)的基礎(chǔ)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(xué)家已在上述兩個方面積累了大量的材料和豐富的經(jīng)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(nóng)作物品種高效改良理論，架起從育種材料 /種質(zhì)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(jié)果在很大程度上具有指導(dǎo)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(chǔ) ，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(chǔ)； —— 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(chǔ)和調(diào)控機制，可以將作物一般配合力由統(tǒng)計學(xué)和育種學(xué)的概念提升到遺傳學(xué)概念 。 （ 1）工作基礎(chǔ)保障： 通過執(zhí)行 國家 973 計劃項目《主要農(nóng)作物骨干親本遺傳構(gòu)成和利用效應(yīng)的基礎(chǔ)研究》（ 20xxCB101700），我們不僅建立了骨干親本研究的完整學(xué)術(shù)思路，而且基本明確了骨干親本的第一個關(guān)鍵科學(xué)問題 ―遺傳構(gòu)成 ‖，并