【文章內(nèi)容簡介】 、植物生物活性物質(zhì)等外源信號干預(yù)基因組表達后乳成分前體物需求的變化 ； 4. 研究不同日糧模式下關(guān)鍵代謝物質(zhì)與神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的互作關(guān)系，構(gòu)建基于信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的關(guān)鍵物質(zhì)與神經(jīng)內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)互作的整合分析系統(tǒng)；建立應(yīng)用生物活性物質(zhì)改善乳脂肪和乳蛋白 合成的調(diào)控方法；確定牛奶中乳蛋白、乳脂肪的特征組成及其比例 。 1. 闡明乳成分前體物在消化道內(nèi)的吸收機制 及 日糧影響瘤胃VFA 的吸收機理，探明日糧長鏈脂肪酸在瘤胃的氫化效率及其影響機制，揭示 瘤胃微生物在乳成分前體物 生成 中的調(diào)節(jié) 作用 ； 2. 闡明肝臟物質(zhì)代謝功能基因與免疫相關(guān)細胞因子基因表達譜式和細胞編程規(guī)律 ， 揭示肝臟內(nèi)乳脂肪和乳蛋白前體物重分配的細胞“重編程”分子機制； 3. 提出脂肪酸和氨基酸等乳成分前體物 發(fā)揮最佳協(xié)同作用的平衡模式， 確定乳成分前 體 物與乳腺功能基因的互作關(guān)系； 4. 揭 示乳脂肪和乳蛋白功能合成基因（組）高效表達的營 養(yǎng)需要和調(diào)控途徑； 5. 闡明乳脂肪和乳蛋白特征圖譜變化規(guī)律， 建立具有中國飼料資源特色的改善牛奶重要營養(yǎng)品質(zhì)的系統(tǒng)整合理論 ； 6. 發(fā)表 SCI 收錄論文 26～ 30 篇；培養(yǎng)研究生 30～ 35 名，申報專利 3～ 4 項。 研究內(nèi)容 預(yù)期目標 第 五 年 1. 日糧組成以及飼料添加物對瘤胃發(fā)酵類型、微生物菌群結(jié)構(gòu)、數(shù)量與功能的影響； 2. 分析功能基因的甲基化水平，研究瘤胃代謝異常產(chǎn)物影響肝臟 和乳腺 細胞重編程的表觀遺傳機理；瘤胃上皮對 LPS 等異常代謝產(chǎn)物適應(yīng)機制及其瘤胃內(nèi) LPS 等代謝異常 產(chǎn)物生成的控制； 3. 分析預(yù)測第一基因組與第二基因組在乳脂肪和乳蛋白合成中的關(guān)聯(lián)性 ， 通過不同日糧模式奶牛試驗篩選驗證具有 關(guān)聯(lián) 作用功能基因（組） ； 4. 探討實現(xiàn)“前體物質(zhì)最大化，異常物質(zhì)最小化、活性物質(zhì)高效化”三種模式的條件，優(yōu)化乳成分前體物的形成與利用，研究提高乳脂肪和乳蛋白合成的營養(yǎng)調(diào)控方法；分析乳脂肪和乳蛋白特征圖譜對日糧變化的響應(yīng)關(guān)系，研究評價牛奶營養(yǎng)品質(zhì)特征的基礎(chǔ)方法。 1. 鑒定參與乳脂肪、乳蛋白前體物生成的關(guān)鍵菌群 1?2 個； 獲得 兩個基因組 中具有關(guān)聯(lián)性的功能基因 3～ 5 個 ； 2. 建立消化道內(nèi)乳脂肪和乳蛋白前體物生成的優(yōu)化模式；揭示維護瘤胃上皮結(jié)構(gòu)和功能完整性的途徑和機理，形成控制代謝異常 產(chǎn)物的瘤胃健康模式； 3. 揭示引起肝臟內(nèi)參與乳脂肪和乳蛋白前體物轉(zhuǎn)化與分配的功能基因差異表達的表觀遺傳機理； 闡明 乳腺乳成分和 LPS 等異常代謝產(chǎn)物對乳腺乳成分前體物的攝取、利用及其調(diào)節(jié)機理； 4. 建立干預(yù)乳脂肪和乳蛋白合成的關(guān)鍵代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控通路的技術(shù)途徑，試驗驗證使乳脂肪和乳蛋 白 含 量分 別 達到 % 和%；建立評價牛奶營養(yǎng)品質(zhì)特征的方法； 5. 發(fā)表 SCI 收錄論文 35～ 38篇，培養(yǎng)研究生 15～ 18 名，申報專利 3～ 5 項， 出版專著 3～ 5 部 ，培養(yǎng)學(xué)術(shù)帶頭人 10～ 15 名。 一、研究內(nèi)容 （一） 擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題 乳成分前體 物是 日糧營養(yǎng)物質(zhì)通過奶牛機體轉(zhuǎn)化為乳脂肪和乳蛋白的物質(zhì)基礎(chǔ)，其 生成與利用是形成牛奶營養(yǎng)品質(zhì)的關(guān)鍵。立足我國 不同產(chǎn)地的 飼料資源，揭示不同日糧模式下乳成分前體物的生成 過程、分配機制、利用途徑及其神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)，代謝 異常產(chǎn)物的產(chǎn)生及其控制機制，對瘤胃、肝臟、乳腺代謝的影響及其分子機理， 闡明乳脂肪和乳蛋白合成的機制及代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，解析我國當前牛奶品質(zhì)低下的原因，建立干預(yù)關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)調(diào)控通路的有效技術(shù)途徑，為改善牛奶品質(zhì)提供基礎(chǔ)理論和技術(shù)指導(dǎo)。這已成為提高牛奶質(zhì)量亟待解決的重大科學(xué)問題。 （二） 主要內(nèi)容 立足我國 不同產(chǎn)地的 飼料 資源，針對大規(guī)模、中等規(guī)模和農(nóng)戶養(yǎng)殖 3 種主要生產(chǎn)方式，以健康經(jīng)產(chǎn)奶牛為試驗動物， 研究比較不同日糧結(jié)構(gòu)（粗料型、精料型和混合型）和營養(yǎng)水平（高、中、低） 組成的日糧模式下 ， 奶牛合成乳脂肪和乳蛋白 的差異及其 調(diào)控機理 ， 重點從以下幾個方面開展研究： 1. 乳成分前體物的 生 成與利用規(guī)律及調(diào)節(jié)機制 以我國當前奶牛生產(chǎn)實際和飼料資源為基礎(chǔ)，比較研究不同日糧模式下主要營養(yǎng)物質(zhì)（含氮物質(zhì)、碳水化合物、脂類）在消化道（瘤胃和小腸）和肝臟內(nèi) 生成乳成分前體物的 規(guī)律，以及 乳腺對乳成分前體物攝取利用 的 機理和效率，研究乳成分前體物 生 成與利用的 神 經(jīng) 內(nèi)分泌調(diào)節(jié)機制 ， 建立乳成分前體物組成的理想模式 。 2. 代謝異常產(chǎn)物 的產(chǎn)生及其對 瘤胃、肝臟、乳腺代謝的影響 研究 代謝異常產(chǎn)物 的產(chǎn)生條件，代謝異常產(chǎn)物 對乳脂肪和乳蛋白合成的影響及其 引起 肝臟、乳腺細胞 “ 重編程 ” 機理， 建立代謝異常產(chǎn)物的控制途徑。 3．乳脂肪和乳蛋白合成相關(guān)功能基因（組） 的 篩選及其 與 營養(yǎng) 素 互作關(guān)系 從奶牛 乳腺 （第一基因組）和消化道微生物（第二基因組）篩選參與乳脂肪和乳蛋白合成的功能基因（組），研究乳成分前體物及代謝產(chǎn)物與功能基因的互作關(guān)系及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，探索第一基因組和第二基因組在乳脂肪和乳蛋白合成中的 關(guān)聯(lián)性 、相關(guān)功能基因（組）的作用以及營養(yǎng)調(diào)控機理。 4． 改善乳脂肪和乳蛋白含量與組成的系統(tǒng)整合理論和關(guān)鍵調(diào)控途徑 以整合生理學(xué)為指導(dǎo)，分析乳脂肪和乳蛋白組成的特征圖譜及其與乳成分前體物的關(guān)聯(lián)度，研究乳脂肪和乳蛋白合成過程中瘤胃、肝臟和乳腺的協(xié)同作用及其神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)機制，解析乳成分前體物 生 成與利用的關(guān) 鍵代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控通路 ，建立日糧中營養(yǎng)素及生物活性物質(zhì)調(diào)控乳脂肪和乳蛋白合成的關(guān)鍵途徑，為定向調(diào)控乳脂肪和乳蛋白含量，優(yōu)化乳脂肪和乳蛋白的組成 及 改善牛奶品質(zhì)提供理論依據(jù)和技術(shù)途徑。 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