【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 題以黃瓜和番茄為研究對(duì)象，系統(tǒng)研究單性結(jié)實(shí)、果實(shí)大小與形狀和外觀(guān)品質(zhì)等果實(shí)形成的重要性狀的分子遺傳與調(diào)控機(jī)制，重點(diǎn)開(kāi)展如下研究：1． 主要研究?jī)?nèi)容黃瓜和番茄果實(shí)形成的轉(zhuǎn)錄組分析：選擇已經(jīng)詳細(xì)鑒定過(guò)表型的黃瓜和番茄自然和人工突變體以及轉(zhuǎn)基因材料，對(duì)果實(shí)的不同發(fā)育階段以及不同環(huán)境條件下的轉(zhuǎn)錄組（包括小RNA）進(jìn)行分析，從全基因組水平確定與關(guān)鍵基因共表達(dá)或者反向表達(dá)的基因集，構(gòu)建關(guān)鍵基因的表達(dá)網(wǎng)絡(luò)。黃瓜果實(shí)形成中單性結(jié)實(shí)果實(shí)發(fā)育的分子遺傳基礎(chǔ)：生產(chǎn)中黃瓜雌性系的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，要求品種有很好的單性結(jié)實(shí)能力才能避免畸形果的發(fā)生。以重組自交系、雜交F2:3為材料構(gòu)建黃瓜單性結(jié)實(shí)的遺傳圖譜并進(jìn)行QTL精細(xì)定位。通過(guò)轉(zhuǎn)錄組和代謝組學(xué)間的關(guān)聯(lián)分析發(fā)掘控制單性結(jié)實(shí)黃瓜果實(shí)發(fā)育的關(guān)鍵基因；分析這些基因的時(shí)空表達(dá)情況和體外生化特征，確定控制黃瓜單性結(jié)實(shí)果實(shí)發(fā)育的關(guān)鍵基因。完成相關(guān)基因的克隆和功能研究，闡明黃瓜單性結(jié)實(shí)的分子遺傳與調(diào)控機(jī)制。黃瓜果實(shí)重要商品性狀的分子遺傳與調(diào)控機(jī)制：利用重組自交系、雜交F回交BC近等基因系等群體材料鑒定控制黃瓜果瘤大小和果實(shí)形狀的主效QTL位點(diǎn)或關(guān)鍵基因，克隆相關(guān)候選基因，分析這些基因的時(shí)空表達(dá)特性。并結(jié)合雙突變體的構(gòu)建、酵母雙雜交等手段，解析果形調(diào)控關(guān)鍵基因之間在遺傳、體外生化功能方面的互作關(guān)系。分析這些基因的時(shí)空表達(dá)特征；闡明這些重要功能基因的作用模式及調(diào)控機(jī)制。利用新泰密刺黃瓜（長(zhǎng)瓜把）與印度野生黃瓜（無(wú)瓜把）的重組自交系群體，以及華北類(lèi)型黃瓜II25A0337（長(zhǎng)瓜把）和美國(guó)類(lèi)型黃瓜CGN20898（短瓜把）的雜交群體，精細(xì)定位和克隆調(diào)控瓜把長(zhǎng)度的主效和微效基因。在不同環(huán)境條件下（如低溫，弱光），對(duì)所獲得的瓜把長(zhǎng)度主效基因的時(shí)空表達(dá)特性進(jìn)行分析。并通過(guò)突變庫(kù)（TILLING）的篩選，研究分析環(huán)境因素對(duì)瓜把長(zhǎng)度主效基因突變體的表現(xiàn)型、RNA和蛋白水平的影響，探索瓜把長(zhǎng)度主效基因與環(huán)境因素之間的的分子影響機(jī)制。番茄畸形果和裂果形成的基因調(diào)控機(jī)制：通過(guò)數(shù)量遺傳學(xué)、分子遺傳學(xué)的方法手段來(lái)鑒定和分離控制番茄果實(shí)大小和形狀的新功能基因或QTL位點(diǎn)RG和PST，重點(diǎn)分析引起畸形果、裂果等不正常果形成的突變位點(diǎn)，解析其分子遺傳基礎(chǔ)及基因的時(shí)空表達(dá)特征；借助轉(zhuǎn)基因方法對(duì)所獲得的調(diào)控基因進(jìn)行植物體內(nèi)功能確證，闡明RG和PST控制果實(shí)大小和形狀的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)；通過(guò)細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)和組學(xué)等技術(shù)手段來(lái)解析重要果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控基因RG和PST的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。2． 研究目標(biāo)闡明黃瓜單性結(jié)實(shí)性狀、果瘤大小、果實(shí)形狀和番茄果實(shí)大小、形狀的分子遺傳和調(diào)控機(jī)制，獲得調(diào)控黃瓜單性結(jié)實(shí)形成、果瘤大小、果實(shí)形狀和番茄果實(shí)大小、形狀的重要功能基因，并明確它們的生物學(xué)功能；獲得調(diào)控番茄果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育的重要轉(zhuǎn)錄因子，構(gòu)建番茄果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，探明相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控番茄果實(shí)形成的機(jī)理；揭示小RNA在果實(shí)形態(tài)建成中的作用機(jī)制。課題承擔(dān)單位：南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 上海交通大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：陳勁楓教授學(xué)術(shù)骨干：肖晗，張小蘭，婁群峰，潘俊松經(jīng)費(fèi)比例：%課題5黃瓜風(fēng)味性狀形成的分子遺傳與代謝調(diào)控機(jī)制蔬菜風(fēng)味品質(zhì)是復(fù)雜次生代謝物的綜合體現(xiàn)，代謝網(wǎng)絡(luò)中涉及眾多的控制以及轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié)，而且種類(lèi)繁多的次生代謝物與植物抗病性也關(guān)系密切。針對(duì)生產(chǎn)中黃瓜清香味淡且偶有苦味發(fā)生的問(wèn)題，本項(xiàng)目以黃瓜風(fēng)味物質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)定性與定量分析為起始點(diǎn)，針對(duì)黃瓜清香味和苦味物質(zhì)等風(fēng)味品質(zhì)性狀形成的分子遺傳及代謝調(diào)控，重點(diǎn)開(kāi)展如下研究。1． 主要研究?jī)?nèi)容風(fēng)味性狀評(píng)價(jià)體系和化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)建立：利用以質(zhì)譜為基礎(chǔ)的代謝組學(xué)分析平臺(tái)對(duì)不同黃瓜種質(zhì)資源、不同的分離群體和近等基因系，在不同的生長(zhǎng)條件下和不同的發(fā)育階段的風(fēng)味物質(zhì)或其前體進(jìn)行定性和定量的分析；建立風(fēng)味評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)體系及其與次生代謝物之間的關(guān)聯(lián)信息；研究將積累代謝物的高分辨質(zhì)譜、同位素模式，多級(jí)質(zhì)譜及含量分布等方面的信息，構(gòu)建和完善黃瓜特異的化合物數(shù)據(jù)庫(kù)。黃瓜清香味物質(zhì)形成關(guān)鍵基因的功能分析：通過(guò)不同親本間的轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)間的關(guān)聯(lián)分析發(fā)掘控制黃瓜風(fēng)味物質(zhì)合成的關(guān)鍵基因；分析這些基因的時(shí)空表達(dá)和體外生化特征，確定參與清香味風(fēng)味物質(zhì)形成及轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵基因；利用所獲得結(jié)構(gòu)基因的啟動(dòng)子序列和酵母單雜交等生化手段，結(jié)合基因代謝物相關(guān)性信息確定參與相關(guān)代謝途徑的調(diào)控基因；通過(guò)轉(zhuǎn)基因的方法對(duì)所獲得的調(diào)控基因的體內(nèi)功能進(jìn)行確證，解析它們與清香風(fēng)味物質(zhì)合成的關(guān)系。 黃瓜苦味物質(zhì)葫蘆素合成和轉(zhuǎn)運(yùn)關(guān)鍵基因的功能分析：克隆相關(guān)候選基因，分析基因表達(dá)的時(shí)空特異性，在酵母等體外表達(dá)系統(tǒng)中驗(yàn)證其生化功能，并在酵母體系中重組葫蘆素的代謝合成途徑；確定葫蘆素合成代謝途徑的調(diào)控和轉(zhuǎn)運(yùn)基因，通過(guò)分析相關(guān)突變體驗(yàn)證其體內(nèi)功能。 野生種抗病砧木嫁接對(duì)黃瓜果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)性狀的影響及分子調(diào)控機(jī)制：研究葫蘆科野生種抗病砧木對(duì)黃瓜果實(shí)次生代謝物質(zhì)合成、轉(zhuǎn)運(yùn)及積累過(guò)程的影響效應(yīng)，克隆、驗(yàn)證相關(guān)候選基因，探討果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)性狀與抗病性表達(dá)或信號(hào)調(diào)控的相互關(guān)系，以及病理感應(yīng)、傳遞或抗病分子的調(diào)控機(jī)理。2．研究目標(biāo)闡明黃瓜苦味、清香味生成的關(guān)鍵步驟和調(diào)控機(jī)理，獲得與葫蘆素形成和轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和調(diào)控基因，明確其生物學(xué)功能。獲得調(diào)控代謝途徑的轉(zhuǎn)錄因子，并在轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)水平系統(tǒng)闡明這些轉(zhuǎn)錄因子在整個(gè)代謝網(wǎng)絡(luò)中的位置和作用，探明抗病砧木嫁接對(duì)接穗風(fēng)味品質(zhì)的影響機(jī)制。課題承擔(dān)單位：中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所、首都師范大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：王國(guó)棟研究員學(xué)術(shù)骨干：謝丙炎、李樂(lè)攻、金治平經(jīng)費(fèi)比例：%課題6 主要蔬菜品質(zhì)改良的全基因組分子設(shè)計(jì)充分利用上述各研究課題的成果，開(kāi)發(fā)可用于對(duì)蔬菜商品品質(zhì)和風(fēng)味品質(zhì)進(jìn)行綜合改良的分子標(biāo)記輔助選擇工具和育種程序，是實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)用技術(shù)的關(guān)鍵。本課題以白菜、甘藍(lán)、黃瓜和番茄為對(duì)象，進(jìn)行分子育種工具與技術(shù)的開(kāi)發(fā)。重點(diǎn)開(kāi)展如下研究：1．主要研究?jī)?nèi)容高密度分子標(biāo)記檢測(cè)與背景選擇標(biāo)記系統(tǒng)研發(fā)：根據(jù)白菜、甘藍(lán)、黃瓜和番茄等蔬菜作物重測(cè)序數(shù)據(jù)庫(kù)和功能基因組分析信息，篩選一批穩(wěn)定可靠的分子標(biāo)記，使用Illumina芯片系統(tǒng)或其它先進(jìn)標(biāo)記檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)一套穩(wěn)定、高效的高密度分子標(biāo)記檢測(cè)體系。以此為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)核心育種材料的分析，篩選出多態(tài)性豐富、檢測(cè)穩(wěn)定、在基因組中分布均勻的SNP、InDel或SSR等標(biāo)記，用于追蹤優(yōu)良親本背景。前景選擇標(biāo)記系統(tǒng)開(kāi)發(fā)：針對(duì)白菜/甘藍(lán)、黃瓜和番茄等蔬菜作物，應(yīng)用高密度分子標(biāo)記檢測(cè)方法，進(jìn)行重要品種資源和特定遺傳群體分析，篩選出適于如下三個(gè)方面性狀篩選的前景選擇標(biāo)記：1）白菜/甘藍(lán)耐抽薹性、富含有益硫甙、早熟性和根腫病抗性；2）黃瓜果實(shí)刺瘤的有無(wú)、果皮的薄厚、果把長(zhǎng)短、種子腔直徑、苦澀、清香味、抗霜霉病、抗白粉病選擇的前景標(biāo)記；3）番茄果實(shí)大小、皮薄厚、固形物多少。品質(zhì)改良全基因組分子育種策略研究：根據(jù)白菜、甘藍(lán)、黃瓜和番茄等蔬菜品質(zhì)性狀在自交、回交、雜交和復(fù)交等不同分離群體中分離規(guī)律。建立通過(guò)分子標(biāo)記進(jìn)行前景和背景選擇高效聚合分散在不同親本材料中的大量目標(biāo)基因的育種策略與技術(shù)方案。優(yōu)質(zhì)新材料創(chuàng)制和優(yōu)質(zhì)新品種培育：在實(shí)際育種過(guò)程根據(jù)全基因組分子設(shè)計(jì)，針對(duì)白菜、甘藍(lán)、黃瓜和番茄商品品質(zhì)和風(fēng)味品質(zhì)進(jìn)行綜合改良，獲得一批耐抽薹和抗裂球的、高產(chǎn)抗病的白菜和甘藍(lán)新材料和新品種，獲得一批果形好、清香味濃、無(wú)苦味的、高產(chǎn)抗病的黃瓜新材料和新品種，獲得一批抗裂果、畸形果率低、高產(chǎn)抗病的番茄新材料和新品種。2．預(yù)期研究目標(biāo)構(gòu)建高效的前景與背景篩選系統(tǒng)，建立品質(zhì)改良的全基因組分子設(shè)計(jì)理論和方法體系；對(duì)現(xiàn)有主要親本的品質(zhì)性狀缺陷進(jìn)行改良，創(chuàng)制40份優(yōu)質(zhì)新材料，培育出5～8個(gè)優(yōu)質(zhì)新品種或組合。課題承擔(dān)單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所 北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心課題負(fù)責(zé)人：王曉武研究員學(xué)術(shù)骨干：方智遠(yuǎn)院士，杜永臣，孫日飛，顧興芳，張鳳蘭經(jīng)費(fèi)比例：%（五）課題間相互關(guān)系本項(xiàng)目的各項(xiàng)研究是在研究對(duì)象－白菜、甘藍(lán)、黃瓜和番茄基因組框架圖已經(jīng)構(gòu)建完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行，將充分利用基因組資源對(duì)兩個(gè)科學(xué)問(wèn)題（遺傳構(gòu)成和調(diào)控機(jī)制）進(jìn)行深入研究，并構(gòu)建品質(zhì)性狀分子改良的技術(shù)基礎(chǔ)（圖2）。由于蔬菜作物不同品質(zhì)性狀的遺傳構(gòu)成研究具有共性，設(shè)置全基因組關(guān)聯(lián)分析（課題1）和關(guān)鍵基因分離鑒定（課題2）兩個(gè)課題，關(guān)聯(lián)分析所確定的關(guān)鍵遺傳位點(diǎn)是關(guān)鍵基因克隆的基礎(chǔ)；在基因調(diào)控機(jī)制的研究上，葉球形成屬于營(yíng)養(yǎng)器官的發(fā)育過(guò)程（課題3），果實(shí)形成屬于生殖器官的發(fā)育過(guò)程（課題4），而風(fēng)味形成屬于次生代謝過(guò)程（課題5），各俱特色，因此各設(shè)定一個(gè)課題深入研究；兩個(gè)科學(xué)問(wèn)題的研究之間也有很多信息的交互。承接前5個(gè)課題的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，開(kāi)發(fā)前景選擇和背景選擇技術(shù)平臺(tái)，建立品質(zhì)改良的全基因組分子設(shè)計(jì)的理論和方法體系，預(yù)期將產(chǎn)出新育種技術(shù)、新育種材料和新優(yōu)質(zhì)品種（組合）。圖2. 課題設(shè)置及其關(guān)系四、年度計(jì)劃研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)第一年1. 種質(zhì)資源品質(zhì)性狀調(diào)查和測(cè)定，構(gòu)建品質(zhì)性狀表型數(shù)據(jù)庫(kù)。2. 篩選種質(zhì)資源材料和親本材料，準(zhǔn)備重測(cè)序。3. 白菜和甘藍(lán)葉球形成不同時(shí)期的基因表達(dá)譜分析；甘藍(lán)葉球形成相關(guān)基因的篩選；白菜和甘藍(lán)抽薹開(kāi)花關(guān)鍵基因的克隆與MIKC結(jié)構(gòu)域等生物信息學(xué)分析。4. 分離與大白菜葉球形態(tài)發(fā)生和未熟抽薹有關(guān)的基因和表觀(guān)遺傳因子。5. 生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素等內(nèi)源激素對(duì)葉卷曲和葉球形態(tài)發(fā)生進(jìn)程的影響。6. 大白菜中過(guò)表達(dá)或沉默幾個(gè)重要的miRNA或靶基因。7. 大白菜葉卷曲和葉球形成的純合突變體基因芯片分析和轉(zhuǎn)錄組分析。 8. 利用黃瓜遺傳群體，對(duì)黃瓜瓜把長(zhǎng)