【正文】 培養(yǎng)博士研究生 5～ 7 名，碩士研究生 10～ 12 名。 分析重要基因和基因序列變異 3~4 個(gè)，闡明 1~2 個(gè)基因 /等位基因的功能。 一般配合力對(duì)骨干親本形成的作用及其遺傳基礎(chǔ) 以骨干親本與典型非骨干親本構(gòu)建的測(cè)交群體或完全雙列雜交群體為材料，開(kāi)展多個(gè)生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以定位與產(chǎn)量相關(guān)性狀一般配合力密切相關(guān)的基因組區(qū)段，研究相關(guān)產(chǎn)量性狀一般配合力的傳遞規(guī)律。 培養(yǎng)博士研究生 5～ 7 名，碩士研究生 8～ 10 名。 分析重要基因和基因序列變異 2~3 個(gè)，闡明 1 個(gè)基因 /等位基因的功能。 一般配合力對(duì)骨干親本形成的作用及其遺傳基礎(chǔ) 以骨干親本與典型非骨干親本構(gòu)建的測(cè)交群體或完全雙列雜交群體為材料，開(kāi)展多個(gè)生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定， 以定位與產(chǎn)量相關(guān)性狀一般配合力密切相關(guān)的基因組區(qū)段，研究相關(guān)產(chǎn)量性狀一般配合力的傳遞規(guī)律。 培 養(yǎng)博士研究生 3～ 5 名，碩士研究生 6～ 8 名。 分析重要基因和基因序列變異 2~3 個(gè)。 一般配合力對(duì)骨干親本形成的作用及其遺傳基礎(chǔ) 以骨干親本與典型非骨干親本構(gòu)建的測(cè)交群體或完全雙列雜交群體為材料，開(kāi)展多個(gè)生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以定位與產(chǎn)量相關(guān)性狀一般配合力密切相關(guān)的基因組區(qū)段，研究相關(guān)產(chǎn)量性狀一般配合力的傳遞規(guī)律。 （ 5）條件保障： 骨干親本研究涉及到很多高技術(shù)的手段，要求有較先進(jìn)的儀器設(shè)備、大田和溫室設(shè)施。（詳見(jiàn)工作基礎(chǔ)部分） 。本項(xiàng)目通過(guò)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。 （ 2）預(yù)測(cè)、篩選與改良對(duì)未來(lái) 5～ 10 年主要糧食作物育種具有重要促進(jìn)作用的候選骨干親本，將為保障我國(guó)糧食安全做出貢獻(xiàn)。 培養(yǎng)博士研究生 30～ 40 名，碩士研究生 50～ 60 名。 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(gè)，闡明 5~8 個(gè)基因 /等位基因的功能；發(fā)掘?qū)?shí)現(xiàn) 水稻、小麥、玉米 未來(lái)育種目標(biāo)具有重要價(jià)值的關(guān)鍵基因組區(qū)段 /基因簇 /基因各 2~3 個(gè)。 揭示 C3（小麥、水稻）和 C4（玉米） 作物高產(chǎn)與養(yǎng)分高效協(xié)同的生理與分子機(jī)制，挖掘控制這些關(guān)鍵過(guò)程的優(yōu)良等位基因，為養(yǎng)分高效高產(chǎn)分子設(shè)計(jì)育種提供理論依據(jù) 和優(yōu)異基因及種質(zhì)資源。利用已具備的 、 和 轉(zhuǎn)基因 系、具有氮高效利用 QTLqNGR9 基因的 優(yōu)異種質(zhì)材料 、 PHR2 超表達(dá)背景的高效高產(chǎn)遺傳材料、磷信號(hào)調(diào)控相關(guān) SPX 基因的轉(zhuǎn)基因材料及高效高產(chǎn)優(yōu)異核心種質(zhì)材料，在生理、遺傳與分 子水平開(kāi)展系統(tǒng)研究。本 項(xiàng)目 圍繞作物主要大量營(yíng)養(yǎng)元素氮、磷、鉀高效吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及生理利用協(xié)同調(diào)控的遺傳、生理與分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵基 因 的研究 ，擬解決 （ 1） 作物高效利用土壤養(yǎng)分的分子機(jī)制及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)以及 （ 2） 作物氮、磷、鉀協(xié)同高效利用及其提高產(chǎn)量的分子機(jī)制 兩方面 關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題 。養(yǎng)分遺傳學(xué)缺乏 是指 土壤 中養(yǎng)分的 總量不缺， 但 作物有效態(tài)低。 、油菜根系高效活化、吸收土壤磷的生理及分子機(jī)理；初步定位根系高效活化不同土壤鉀的重要 QTLs，克隆 12 個(gè)控制根系年度 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 高效活化土壤鉀養(yǎng)分的重要基因并進(jìn)行功能分析。 Rht1 矮稈基因不同等位變異對(duì)株高、根系生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收利用效率的作用，鑒定出養(yǎng)分高效和理想株高的 Rht1 等位基因的等位變異組合。 1B、 2A、 2D、 4B 和 5B染色體上的 5 個(gè) QTL位點(diǎn)對(duì)小麥氮磷吸收利用效率的聚合效應(yīng)和與產(chǎn)量性狀形成的關(guān)系。進(jìn)行大田試驗(yàn)檢測(cè)表型，分析轉(zhuǎn)基因玉米的生理指標(biāo)和產(chǎn)量指標(biāo)。 QTLs 的聚合以及它們與產(chǎn)量性狀形成的協(xié)同關(guān)系研究。評(píng)價(jià)這些基因年度 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) ，進(jìn)一步觀察和比較小麥氮磷吸收和利用效率雙高的株系。 的調(diào)控關(guān)系 。 確 、 、 qNGR9 在水稻中參與氮素信號(hào)的調(diào)控途徑及其網(wǎng)絡(luò)體系和生物學(xué)功能。綜合前幾年研究明確水稻不定根發(fā)生調(diào)控的分子機(jī)制，及其改良根系結(jié)構(gòu)以提高養(yǎng)分吸收的潛力。 第 五 年 直接調(diào)控基因的生物學(xué)功能和作用機(jī)制。 效與高產(chǎn)性狀協(xié)同的關(guān)鍵基因及優(yōu)良等位變異 23 個(gè)。 效性關(guān)鍵基因的圖位克隆及研究油菜聚合有不同磷高效特異 QTL近等基因系的磷效率。 Rht1 不同等位變異對(duì)養(yǎng)分吸收利用效率的影響。 QTL位點(diǎn)的聚合效應(yīng)分析。 的分子、生理和生長(zhǎng)發(fā)育特征。 析，并構(gòu)建調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。 OsNRT2。 、過(guò)表達(dá)水稻材料的生物量、鉀含量等生理生化指標(biāo)，并比較它們?cè)阝浳?、轉(zhuǎn)運(yùn)方面與野生型之間的差異。 OsNRT2。 料。 PCR 技術(shù)分析不同玉米基因型中參與玉米籽粒形成期根 /葉氮素吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、代謝相關(guān)基因的表達(dá)水平以及其他氮吸收利用相關(guān)生理代謝指標(biāo)。 Rht1 等位基因不同等位變異的近等基因系 23 個(gè)含有控制氮效率性狀的主效 QTL的遺傳效應(yīng)。 QTL對(duì)氮磷吸收利用效率和產(chǎn)量的貢獻(xiàn)，獲得聚合 2個(gè) QTL的小麥種質(zhì)。 因與產(chǎn)量性狀形成的協(xié)同關(guān)系研究和氮磷高效高產(chǎn)種質(zhì)材料創(chuàng)制。通過(guò)定量PCR等檢測(cè) miR827 和 PSS1PSS3 的上下游基因。 OsAKT1 互作因子和鉀高效吸收利用候選基因的過(guò)量表達(dá)和 RNAi 水稻材料；用雙電極電壓鉗技術(shù)檢測(cè)OsAKT1 互作因子以及 OsCIPK 和OsCBL對(duì) OsAKT1 的功能調(diào)控作用。 制；初步探明 OsPHF1 對(duì)磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體的調(diào)控機(jī)制；獲得與 OsPHF1互作蛋白的編碼基因相關(guān)功能載體的轉(zhuǎn)基因材料，完成初步分析及準(zhǔn)備繁種；完成相關(guān)突變體生理分析。 （ NMR），質(zhì)譜（ MS），色譜（ HPLC， GC）分析 OsNRT2。選取磷效率差異較大的大豆遺傳材料，在砂培條件下研究其對(duì)難溶性磷活化利用能力的差異；在水培條件下收集根系分泌物，分析測(cè)定酸性磷酸酶活性和有機(jī)酸（蘋(píng)果酸、草酸和年度 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 檸檬酸等）的組成，解析大豆活化難溶性磷的生理機(jī)制； H+和有機(jī)酸分泌、酸性磷酸酶的重要 QTLs 定位。重點(diǎn)針對(duì)氮效率表型差異顯著的 23 個(gè)基因型，系統(tǒng)分析籽粒形成期玉米根系、葉片性狀、產(chǎn)量形成特征以及氮素吸收 、利用和分配規(guī)律。 SCI 論文 810 篇；申請(qǐng)專(zhuān)利23 項(xiàng)，培養(yǎng)博士后 34 名、博士研究生 1012 名、碩士研究生 45名。 利用與高產(chǎn)性狀的關(guān)鍵生理過(guò)程，篩選獲得用于進(jìn)一步研究的表現(xiàn)差異基因型 23 個(gè)。 OsPT2, OsPHF1, OsPHR2, 和 五個(gè)基因在 40 份水稻材料中基因組序列測(cè)序，鑒定 5 個(gè)基因在 40份核心種 質(zhì)中等位變異。 17 個(gè) Rht1 等位變異的 BC1 植株進(jìn)行進(jìn)一步回交。 小麥材料，利用熒光標(biāo)記的cDNAAFLP 或轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)研究與高吸收效率或高利用效率相關(guān)的基因；并利用高吸收效率和高利用效率品種或系配置遺傳分離群體。 OsAKT1 在水稻鉀營(yíng)養(yǎng)吸收中的生理功能和作用機(jī)制；明確OsAKT1 的互作調(diào)控蛋白和OsCIPK 蛋白。 OsAKT1 突變體、過(guò)表達(dá)和恢復(fù)突變水稻材料的生物量、鉀含量等生理生化指標(biāo)，并比較它們?cè)阝浳?、轉(zhuǎn)運(yùn)方面與野生型之間的差異；利用雙分子熒光互補(bǔ)和免疫共沉淀的方法進(jìn)一步檢測(cè) OsAKT1 與其互作蛋白及 OsCIPK 蛋白的互作關(guān)系。通過(guò)水培試驗(yàn)，收集油菜磷高效的重組自交系根系分泌物并做組分變化分析。 SCI 論文 56 篇，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利 12 項(xiàng)。初步構(gòu)建 2 個(gè)含有氮高效關(guān)鍵主效 QTL回交改良群體（ BC1）。 完成各類(lèi)轉(zhuǎn)基因載體的構(gòu)建。 PSS1PSS3及 miR827表達(dá)譜；獲得 PSS1PSS3 的插入突變體；年度 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) D 基因組滲入系和小麥品種吸收和利用氮、磷效率的差異進(jìn)行評(píng)價(jià)。 qNGR9 和水稻 12 個(gè)不定根發(fā)生缺陷突變基因。鑒定PSS1PSS3 的插入突變體并構(gòu)建PSS1PSS miR827 的各類(lèi)超表達(dá)、啟動(dòng)子報(bào)告基因載體。 M8 進(jìn)行基因克隆，完成轉(zhuǎn)基因回復(fù)實(shí)驗(yàn)和基因的表達(dá)、細(xì)胞定位實(shí)驗(yàn)；研究 M8 對(duì)氮、磷、鉀的吸收動(dòng)力學(xué)；開(kāi)展 M8 材料的代謝組學(xué)初步分析；完成 M8 不同氮、磷、鉀水平盆栽和大田實(shí)驗(yàn)。 主要學(xué)術(shù)骨干：米國(guó)華教授、陳益芳副教授 經(jīng)費(fèi)預(yù) 算比例： 10％ 四、年度計(jì)劃 年度 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 一 年 酵母雙雜交 、 免疫共沉淀 、超表達(dá)和 RNAi 等技術(shù)研究水稻、 、 調(diào)控氮素吸收利用的分子機(jī)制。并通過(guò)與 C3 作物 水稻、小麥 的比較研究， 揭示 C4 作物高產(chǎn)與養(yǎng)分高效協(xié)同的生理與分子機(jī)制，挖掘控制這些關(guān)鍵過(guò)程的優(yōu)良等位基因，為 C4 作物養(yǎng)分高效高產(chǎn)分子設(shè)計(jì)育種提供理論依據(jù)。 承擔(dān)單位：中科院遺傳發(fā)育所，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)。 主要學(xué)術(shù)骨干：壽惠霞教授、 毛傳澡 副教授、 莫肖蓉副教授、 吳忠長(zhǎng)副教授、 劉于講師、王毅講師 、陳新愛(ài)助理 研究員 經(jīng)費(fèi)預(yù)算比例： 25％ 第四課題： 小麥、水稻養(yǎng)分高效高產(chǎn)協(xié)同機(jī)制及 優(yōu)異基因的聚合效應(yīng) 主要研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)： 研究小麥、水稻氮、磷高效吸收利用與高產(chǎn)性狀的協(xié)同機(jī)制，利用已鑒定的氮、磷高效主效 QTL 位點(diǎn)進(jìn)行聚合，研究其聚合效應(yīng)及其與高產(chǎn)的關(guān)系。發(fā)展養(yǎng)分高效高產(chǎn)育種材料。 主要學(xué)術(shù)骨干： 孫淑斌教授、朱毅勇副教授、 袁清波助理研究員、 范曉榮講師、胡一兵講師、張成偉博士 。對(duì)已獲得的 、 和 轉(zhuǎn)基因材料及具有 主效QTLqNGR9 基因的 優(yōu)異種質(zhì)材料，從生理、遺傳與分子水平上進(jìn)行系統(tǒng)研究，通過(guò)以田間養(yǎng)分定位試驗(yàn)為基礎(chǔ)的高效高產(chǎn)評(píng)價(jià)體系驗(yàn)證其氮素吸收利用效率，克隆相關(guān)基因， 探明硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體 、 及其伴侶蛋白、控制水稻氮營(yíng)養(yǎng) 利用效率的主效 QTLqNGR9 基因在水稻氮素吸收轉(zhuǎn)運(yùn)中的調(diào)控機(jī)制和功能，為通過(guò)分子遺傳學(xué)途徑培育適應(yīng)不同生態(tài)環(huán)境條件下的氮素高效水稻品種提供關(guān)鍵基因和創(chuàng)制水稻氮吸收利用率提高 20%的高產(chǎn)材料。 預(yù)期目 標(biāo)： 1）深入認(rèn)識(shí)主要作物養(yǎng)分高效吸收的根形態(tài)建成及根系活化、吸收課題二： 氮信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與吸收利用協(xié)同調(diào)控機(jī)制 課題三：磷、鉀信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與吸收利用協(xié)同調(diào)控機(jī)制 課題一： 優(yōu)良根構(gòu)型建成與土壤養(yǎng)分活化的遺傳與分子機(jī)制 課題四： 小麥、水稻高效高產(chǎn)協(xié)同機(jī)制及優(yōu)異基因的聚合效應(yīng) 課題五： 玉米高效高產(chǎn)協(xié)同機(jī)制及優(yōu)異基因的聚合效應(yīng) 土壤養(yǎng)分的生理、遺傳與分子生物學(xué)基礎(chǔ)； 2）克隆參與調(diào)控根形態(tài)建成和磷鉀活化的關(guān)鍵基因 45 個(gè)，創(chuàng)制具有理想根構(gòu)型和養(yǎng)分吸收利用率顯著提高的種質(zhì)材料 35 份； 3）申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利 23 項(xiàng)， 在國(guó)內(nèi)外主流學(xué)術(shù)期刊發(fā)表 SCI 論文 1012篇； 4） 培養(yǎng)博士生 810 名、碩士生 57 名、博士后 23 名、青年教師 23 名。 課題設(shè)置 根據(jù)總體學(xué)術(shù)思路，設(shè)置以下 5 個(gè)課題。集聚了一批中青年學(xué)術(shù)骨干與一批近年來(lái)學(xué)成歸國(guó)的留學(xué)博士。研究結(jié)果將回答目前植物養(yǎng)分高效高產(chǎn)研究中的關(guān)鍵 理論問(wèn)題，并為通過(guò)分子設(shè)計(jì)與遺傳改良培育養(yǎng)分高效高產(chǎn)作物品種提供理論依據(jù)、遺傳材料及基因資源。 研究方法的創(chuàng)新性： 本項(xiàng)目主要研究?jī)?nèi)容涉及的研究技術(shù)已自主建立，包括根構(gòu)型三維定量分析系統(tǒng)，養(yǎng)分高通量分析平臺(tái)，我國(guó)不同土壤類(lèi)型田間養(yǎng)分定位試驗(yàn)系統(tǒng)。 優(yōu)良基因及等位變異的分離 對(duì)已篩選獲得的優(yōu)異遺傳材料構(gòu)建遺傳分析群體，并進(jìn)行養(yǎng)分高效利用性狀的遺傳因子定位；對(duì)現(xiàn)已鑒定的氮、磷養(yǎng)分高效利用的 QTLs，進(jìn)行進(jìn)一步的遺傳 精細(xì)作圖，利用圖位克隆法分離其基因；對(duì)已克隆的參與氮、磷、鉀吸收利用的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)與調(diào)控基因，結(jié)合 TILLING 和 EcoTILLING 技術(shù)鑒定其養(yǎng)分高效高產(chǎn)的優(yōu)良等位變異。利用模擬田間養(yǎng)分分布及有效性的試驗(yàn)體系，進(jìn)行原位收集、測(cè)定根系不同部位分泌物，研究作物根系分泌物在不同土壤條件下的特征及其對(duì)土壤養(yǎng)分的活化作用。 明確磷、鉀高效根系建成與養(yǎng)分活化的遺傳與分子機(jī)理；揭示不同土壤條件對(duì)其適應(yīng)機(jī)制的影響。通過(guò)深入系統(tǒng)地研究磷信號(hào)途徑相關(guān)基因（ SPX 家族基因），揭示磷信號(hào)分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，在植物磷信號(hào)途徑及高效機(jī)理上有新的突破。 同時(shí)培養(yǎng)和建立一支高素質(zhì)的研究隊(duì)伍。 五年預(yù)期目標(biāo) 探明硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體 和 及其伴侶蛋白 在水稻氮素吸收轉(zhuǎn)運(yùn)及其植株生長(zhǎng)發(fā)育中的調(diào)控機(jī)制和功能，分離控制水稻氮肥利用效率的主效 QTLqNGR9 基因，并揭示其調(diào)控機(jī)制和生物學(xué)功能；為通過(guò)分子遺傳學(xué)途徑培育適應(yīng)不同生態(tài)環(huán)境條件的氮素高效作物品種提供關(guān)鍵基因和材料。明確 OsAKT1 及其調(diào)控因子在水稻鉀