【正文】 成有關的基礎研究，具有明顯的原始創(chuàng)新特色。 （ 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。 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。 培養(yǎng)博士研究生 30～ 40 名，碩士研究生 50～ 60 名。 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。 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 。 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。 4． 改善乳脂肪和乳蛋白含量與組成的系統(tǒng)整合理論和關鍵調控途徑 以整合生理學為指導，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)同作用及其神經內分泌調節(jié)機制，解析乳成分前體物 生 成與利用的關 鍵代謝網(wǎng)絡調控通路 ，建立日糧中營養(yǎng)素及生物活性物質調控乳脂肪和乳蛋白合成的關鍵途徑，為定向調控乳脂肪和乳蛋白含量，優(yōu)化乳脂肪和乳蛋白的組成 及 改善牛奶品質提供理論依據(jù)和技術途徑。 2. 代謝異常產物 的產生及其對 瘤胃、肝臟、乳腺代謝的影響 研究 代謝異常產物 的產生條件，代謝異常產物 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， 建立代謝異常產物的控制途徑。這已成為提高牛奶質量亟待解決的重大科學問題。 一、研究內容 （一） 擬解決的關鍵科學問題 乳成分前體 物是 日糧營養(yǎng)物質通過奶牛機體轉化為乳脂肪和乳蛋白的物質基礎，其 生成與利用是形成牛奶營養(yǎng)品質的關鍵。 研究內容 預期目標 第 五 年 1. 日糧組成以及飼料添加物對瘤胃發(fā)酵類型、微生物菌群結構、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 等異常代謝產物適應機制及其瘤胃內 LPS 等代謝異常 產物生成的控制； 3. 分析預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聯(lián)性 ， 通過不同日糧模式奶牛試驗篩選驗證具有 關聯(lián) 作用功能基因（組） ； 4. 探討實現(xiàn)“前體物質最大化，異常物質最小化、活性物質高效化”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)調控方法；分析乳脂肪和乳蛋白特征圖譜對日糧變化的響應關系，研究評價牛奶營養(yǎng)品質特征的基礎方法。 研究內容 預期目標 第 四 年 1. 研究瘤胃細菌、真菌和原蟲在乳成分前體物生成過程中的互作 ；日糧因素影響瘤胃上皮和小腸 吸收 乳成分前體物的 機理 ； 2. LPS 等對肝臟物質代謝關鍵功能基因與免疫相關細胞因子基因表達譜式發(fā)生變化的細胞重編程的影響，分析肝臟免疫與代謝功能的相互關系，及其對肝臟免疫功能和營養(yǎng)重分 配的影響； 揭示 LPS 等異常代謝產物對肝臟內乳 成分 前體物重分配 和乳腺乳成分合成 “重編程”的 分子機制； 3. 研究肝臟物質代謝功能基因與免疫相關細胞因子基因表達譜式建立和維持的細胞編程規(guī)律；乳成分前體物的組成模式對乳腺 功能 基因、乳蛋白轉運載體表達量的影響，探討其調控機制；確定激素、生長因子、植物生物活性物質等外源信號干預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鍵代謝物質與神經內分泌系統(tǒng)的互作關系，構建基于信號轉導通路的關鍵物質與神經內分泌網(wǎng)絡互作的整合分析系統(tǒng)；建立應用生物活性物質改善乳脂肪和乳蛋白 合成的調控方法；確定牛奶中乳蛋白、乳脂肪的特征組成及其比例 。 研究內容 預期目標 第 三 年 1. 營養(yǎng)素平衡對瘤胃 乳成分前體外和異常 代謝 產物的代謝、乳脂肪前體物 在瘤胃上皮的轉運與吸收 、乳蛋白前體物 在小腸上皮細胞的轉運與吸收 影響 ； 確定 瘤胃酸中毒條件下LPS 等代謝異常產物對 乳成分前體物 生成 、 吸收 和 胃腸道粘膜屏障功能的影響； 2. 研究參與肝臟物質代謝的關鍵功能基因在不同 日糧 模式下 的表達譜變化，分析 LPS 等對肝臟物質代謝關鍵功能基因表達譜的影響， 揭示 其 對 肝臟內乳成分 前體物重分配的 調節(jié) 機 理 及乳腺乳脂肪和乳蛋白合成影響的表觀遺傳機理； 3. 分析乳成分前體物對乳腺乳脂肪和乳蛋白合成的功能基因表達及甲基化 程度 的影響，確定 激素 、 生長因子、植物生物活性物質等外源信號 對 乳腺細胞內乳成分 前體物攝取、代謝和利用的影響機制 ； 4. 研究乳成分前體物生成利用 與神經內分泌 系統(tǒng)調節(jié) 的互作關系，繪制 乳脂肪和乳蛋白合成的代謝調控網(wǎng)絡， 研究設計營養(yǎng)素和生物活性物質 對關鍵通路的干預效果 及其機理 ；完成 典型 日糧模式下牛奶乳脂肪和乳蛋白的特征圖譜； 1. 揭示乳成分前體物在瘤胃合成 、吸收和代謝的機制， 建立乳蛋白前體物在小腸 的吸收模式及吸收動力 學模型； 探明微量營養(yǎng)成分影響瘤胃發(fā)酵以及微生物區(qū)系的機制； 2. 闡明 LPS 等異常代謝產物影響胃腸道上皮細胞功能的機理 ，揭示 LPS 等 影響肝臟物質代謝關鍵功能基因表達譜變化規(guī)律， 及其對 乳 成分 前體物重分配 影響的分子機理； 3. 揭示外源 調節(jié)因子 對乳腺上皮細胞乳脂肪前體物代謝、攝取、利用和分配的影響規(guī)律及其機制； 4. 確定參與乳脂肪和乳蛋白合成的第一基因組和第二基因組中主要功能基因 10 個； 5. 揭示不同 日糧模式下瘤胃、肝臟和乳腺 內 乳 成分 前體物生成與利用的協(xié)同關系 。 1. 揭示日 糧蛋白質組成與乳蛋白前體物小腸可代謝氨基酸、 小肽生成的內在聯(lián)系， 鑒定參與乳腺上皮細胞攝取的關鍵氨基酸和小肽的特異性轉運蛋白； 2. 建立 VFA 在瘤胃上皮的吸收模式，初步揭示其吸收機制 ， 鑒定參與乳蛋白、乳脂肪前體物生成的關鍵菌群 1?2 個 。 1. 揭示日糧組成影響瘤胃 VFA 生成 和 肝臟內乳脂肪和乳蛋白前體物的動態(tài)變化 、 代謝轉化 和 分配 規(guī)律； 初步闡明 飼料組合與微生物區(qū)系組成的關系；提出瘤胃、肝臟和乳腺對乳成分前體物生成與利用的協(xié)同關系； 2. 闡明不同日糧模式下乳 成分 前體物及 LPS 等異常代謝產物在奶牛乳腺中的動態(tài)變化規(guī)律及影響因素， 找出乳成分前體物和LPS 等異常代謝產物對乳腺乳成分、激素、免疫指標、基因表達及甲基化狀態(tài)的影響規(guī)律； 3. 篩選參與乳脂肪和乳蛋白合成的第一基因組和第二基因組中功能基因（組） 1～ 3 個 ； 4. 揭示 JAKSTATs 等信號通路在乳成分前體物生成與利用中的作用 ，闡明 生長軸 對乳脂肪和乳蛋白前體物生成與利用的 調節(jié)機制； 5. 確定乳脂肪和乳蛋 白圖譜的分析方法和條件； 6. 發(fā)表 SCI收錄 論文 4～ 6篇 ,培養(yǎng)研究生 10～ 12 名。 4. 牛奶營養(yǎng)品質特征及其對日糧變化的響應 運用蛋白組學、代謝組學等方法，研究不同日糧模式下牛奶乳脂肪和乳蛋白的特征圖譜，鑒定牛奶中乳脂肪和乳蛋白的組成與比例，分析乳脂肪和乳蛋白主要成分對日糧變化的響應關系， 揭示牛奶營養(yǎng)品質的基本特征 ,為評價 牛奶營養(yǎng)品質 提供依據(jù) 。 2. 日糧模式對乳脂肪和乳蛋白合成代謝網(wǎng)絡中關鍵通路的調控 基于 乳脂肪和乳蛋白合成的代謝調控網(wǎng)絡 的 系統(tǒng)整合理論，根據(jù)不同生產水平的需求，設計預期的日糧模式，驗證其對 代謝網(wǎng)絡中 關鍵通路的干預效果，優(yōu)化乳成分前體物的形成與利用，以確保瘤胃“穩(wěn)態(tài)”為前 提 ，研究提高乳脂肪和乳蛋白合成的營養(yǎng)調控方法。 4. 闡明乳脂肪和乳蛋白特征圖譜 變化規(guī)律， 為評價 牛奶營養(yǎng)品質 提供依據(jù)。 4. 乳脂肪和乳蛋白合成過程中 “ 兩個基因組 ” 之間的關聯(lián)性 應用生物信息學方法， 分析 不同日糧模式下第一基因組與第二基因組在乳脂肪和乳蛋白合成代謝中的基因表達關聯(lián)性，篩選具有協(xié)同作用的 功能基因（組）。 2. 篩選第二基因組（瘤胃微生物）中參與乳成分前體物 生 成功能基因（組） 利用功能驅動篩選的方法，從瘤胃微生物元基因組文庫中克隆參與 乳成分前體物生成 的基因；利用人工瘤胃模型，結合琥珀酸、己酸和氨基酸的同位素標記，分析瘤胃微生物群落元轉錄組表達譜，鑒定參與乙酸、丁酸和瘤胃微生物蛋白質形 成的微生物功能基因的結構信息及其功能，并驗證其在不同日糧模式下的表達。 經費比例： 19% 承擔單位： 內蒙古農業(yè)大學、內蒙古自治區(qū)農牧業(yè)科學院、西南大學 、揚州大學 課題負責人： 敖長金 學術骨干： 閆素梅、高民、董國忠、王洪榮 課題 第一基因組和第二基因組中乳脂肪和乳蛋白合成的功能基因（組）篩選 預期目標： 1. 篩選確定 參與乳脂肪和乳蛋白合成的第一基因組和第二基因組中主要功能基因 10～ 15 個； 2. 揭示乳成分前體物與乳腺功能基因的互作關系； 3. 揭示 “ 兩個基因組 ” 在乳成分合成中的關聯(lián)性，獲得具有關聯(lián) 性 的功能基因 3～ 5 個 。 3. 乳腺細胞內乳脂肪和乳蛋白合成的互作關系 應 用精準灌注和乳腺細胞體外三維培養(yǎng)等技術，分析乳腺上皮細胞內乳脂肪和乳蛋白合成對乳成分前 體物利用的協(xié)同與競爭關系，確定揮發(fā)性脂肪酸、氨基酸等乳成分前體物發(fā)揮最大協(xié)同作用的平衡模式 和調控交匯點 ，研究乳成分前體物組成、激素和生長因子等對乳腺細胞內乳脂肪和乳蛋白合成的關鍵酶活性、細胞信號轉導途徑以及候選基因表達的影響，確定調控 交匯點。 研究內容： 1. 乳腺對乳脂肪前體物的攝取、利用與調節(jié) 應用乳腺動靜脈血插管技術，測定不同日糧模式下乳腺內乙酸、 β 羥基丁酸和長鏈脂肪酸等乳脂肪前體物流量與組成的動態(tài)變化，研究不飽和脂肪酸對乳 腺內從頭合成脂肪酸（ C4～ C16）關鍵酶（乙酰輔酶 A 羧化酶、脂肪酸合成酶等）基因表達和長鏈脂肪酸（ 來自 血液 VLDL 等）攝取效率的影響及其機制，研究催乳素、胰島素和類胰島素生 長因子 I 等對乳腺內乳脂肪合成的調節(jié)作用。 3. 肝臟內乳成分前體物重分配的細胞“重編程”分子機制 采用肝臟活體取樣和基因表達譜芯片技術，比較不同日糧模式下， 肝臟細胞基因表達譜差異，研究乳成分前體 物與功能基因表達的互作關系；分析在代謝異常產物 LPS 作用下，肝臟乳成分前體物代謝功能基因與免疫相關基因表達譜發(fā)生變化的細胞“重編程”現(xiàn)象及表觀遺傳機理。 研究內容： 1. 肝臟內乳成分前體物的代謝與分配規(guī)律 應用肝臟慢性血管瘺和血流量測定技術，實時測定不同日糧模式下肝臟門脈引流區(qū)和肝靜脈中脂肪酸和氨基 酸等乳成分前體物的總流量和組成，研究肝臟內乳成分前體物的動態(tài)變化、吸收轉化和分配。 4. 瘤胃 內 LPS 等代謝異常產物的 生成機制及其對乳成分前體物 生 成與吸收的影響 研究瘤胃酸中毒時，瘤胃微生物區(qū)系紊亂 導致的 代謝異常產物 LPS 等的 生成 、吸收 機制 及其控制 ；探討瘤胃 內 LPS 等 代謝異常產物 對 VFA 生 成與吸收及微生物蛋白質合成的影響 ，以及 LPS 等產物 對瘤胃上皮細胞功能的影響。 2. 瘤胃和小腸 乳 蛋白 前體物的 生 成、吸收 與 調節(jié) 研究主要 乳蛋白前體物 小腸可代謝 氨基酸 、小肽的生成量及其比例與 瘤胃微生物蛋白合成量 和 效率 、日糧非降解蛋白的關系；探索 氨基酸 和 小肽在小腸 貼膜上皮細胞的轉運通路、吸收動力學及 其 調節(jié)機制。 圖 2 項目課題設置 課題 消化道內乳成分前體物生成與