【正文】 物重大病害抗病機(jī)制為模式 的創(chuàng)新研究體系。本項(xiàng)目在以下方面具有創(chuàng)新性和特色： 1. 新的總體研究思路。但是， 我國 在作物 應(yīng)用基礎(chǔ) 研究 以及相關(guān)領(lǐng)域 人才隊(duì)伍建設(shè)方面具有 明顯 優(yōu)勢 。 遺傳學(xué)途徑 表觀遺傳途徑 生化途徑 生物信息途徑 （注：本設(shè)計(jì)為技術(shù)流程的主要途徑，相互之間有交織） 作物抗病分子設(shè)計(jì)的理論 與技術(shù)體系 作物抗病資源 ,擬南芥突變體 基因定位克隆與功能分析 植物抗病機(jī)制與信號途徑 抗病育種分子標(biāo)記與分子設(shè)計(jì) 抗病等位基因和功能分化 抗病 TGS 途徑 , sRNA 表達(dá)譜 miRNA,RdDM調(diào)控 R 基因 RNA 沉默 與水稻抗病性 水稻 sRNA 靶標(biāo)與抗性途徑 植物新抗病理論與技術(shù)體系 蛋白互作 ,關(guān)鍵基因鑒定 致 病因子新靶標(biāo)與功能 免疫調(diào)控關(guān)鍵節(jié)點(diǎn) 激素途徑和產(chǎn)量性狀 抗病高產(chǎn)育種基礎(chǔ)理論 重要數(shù)據(jù)庫分析與發(fā)掘 腐生菌侵染與表達(dá)譜分析 重要調(diào)控基因鑒定與分析 蛋白互作 的分子特征 與預(yù)測 重要免疫途徑基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò) 主要農(nóng)作物重大病害 抗病機(jī)制 為模式的 植物免疫 創(chuàng)新 研究體系 （三）創(chuàng)新性 與 特色 植物免疫與作物抗病性研究是國際植物生物學(xué)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)領(lǐng)域，研究的問題復(fù)雜、涉及的學(xué)科范圍和技術(shù)方法廣、學(xué)科發(fā)展快、國際競爭大。 5. 建立和利用細(xì)胞生物學(xué)和生物化學(xué)平臺，包括各種顯微觀察方法、標(biāo)記與跟蹤技術(shù)、免疫共沉淀、體內(nèi)外生化活性分析等技術(shù)，驗(yàn)證重要的植物免疫細(xì)胞學(xué)過程，分離重要的活性小分子，抗病的激素途徑及其與產(chǎn)量性狀等的關(guān)聯(lián)。 3. 利用生物信息分析平臺，對大規(guī)模植物和病原菌基因組數(shù)據(jù)庫進(jìn)行序列分析 和基因挖掘鑒定重要的免疫 /抗病 調(diào)控因子、 響應(yīng)因子和路徑節(jié) 點(diǎn) 等， 分析重要病原的致病性基因簇結(jié)構(gòu)及其寄主靶標(biāo)， 預(yù)測 抗病 蛋白 的結(jié)構(gòu)和 互作 模式 ，并根據(jù)重要的免疫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑建立基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。利用作物抗病資源和大規(guī)模突變體篩選，定位克隆重要的抗病基 因（包括 QTL）和關(guān)鍵調(diào)控基因，分析抗病等位基因的結(jié)構(gòu)與功能差異，并利用植物轉(zhuǎn)化和基因敲除（ knockout/knockdown）等驗(yàn)證基因功能；利用蛋白質(zhì)互作和蛋白組學(xué)等技術(shù)，鑒定重要的互作蛋白或靶蛋白等；利用表達(dá)組學(xué)結(jié)合基因功能分析，分離鑒定重要的免疫調(diào)節(jié)基因。 （二）總體技術(shù)途徑 目前 ‘組學(xué) ’和 ‘復(fù)雜性狀 ’的研究方法已貫穿到生物學(xué)研究的各個(gè)方面，根據(jù)總體研究目標(biāo)和目前學(xué)科的發(fā)展趨勢，本項(xiàng)目將針對農(nóng)作物與病原微生物相互作用過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，充分利用遺傳學(xué)和表觀遺傳、植物病理學(xué)、分子生物學(xué)、蛋白質(zhì)相互作用、細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)等現(xiàn)代生物學(xué)研究手段，將植物 病原菌的功能基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和生物信息學(xué)等精密結(jié)合，以嚴(yán)密的設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)分析，解析和闡明植物免疫的細(xì)胞、生化與分子過程。在技術(shù)路線上廣泛采用正向、反向遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)，并結(jié)合生物信息學(xué)、蛋白 蛋白相互作用、蛋白組學(xué)、現(xiàn)代生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)等研究技術(shù)。在研究思路上強(qiáng)調(diào)頂層設(shè)計(jì)與整合，以 “一線四點(diǎn)六面 ” 的格局組織項(xiàng)目的實(shí)施，即： 1 條主線， 4 個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題， 6 方面研究內(nèi)容。培養(yǎng)博士后和研究生 150 名左右，為我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的發(fā)展奠定人才基礎(chǔ)。其中，在國際一流學(xué)術(shù)期刊（ IF ）上發(fā)表論文 10－ 15 篇，申請發(fā)明專利 20－ 30 項(xiàng)， 授權(quán)專利 7－ 10個(gè) ，主辦一次大型專業(yè)國際學(xué)術(shù)會(huì)議，大幅提升我國科研團(tuán)隊(duì)在國際上的研究地位。 通過科學(xué)的分子手段，結(jié)合傳統(tǒng)育種手段對農(nóng)作物栽培品種進(jìn)行遺傳改良，得到抗病性顯著改良和廣譜抗病的水稻、小麥等農(nóng)作物的品系 710 個(gè)，獲得 23 個(gè)能夠抗水稻紋枯病、病毒病等疑難病害的農(nóng)作 物品（株）系。 6. 創(chuàng)立并實(shí)踐作物抗病分子設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論與技術(shù)體系 本項(xiàng)目將整合上述基礎(chǔ)理論和 基因資源，解決抗病分子設(shè)計(jì)育種的關(guān)鍵科學(xué)問題，包括：優(yōu)異等位或同源抗病基因的開發(fā)、基因簇內(nèi)復(fù)等位基因的重組和功能評價(jià)；新型抗病基因的分子設(shè)計(jì)和功能評價(jià)；抗病基因的聚合轉(zhuǎn)化 /轉(zhuǎn)育及其功能評價(jià)。 此外，對于類似紋枯病這樣的水稻病害，其危害已越來越嚴(yán)重，但在水稻中迄今尚未 鑒定有重要抗性的基因位點(diǎn)。 這對于全面理解作物與病原菌的相互作用及抗病機(jī)制是主要的限制因素。 4. 剖析作物抗病性與產(chǎn)量性狀關(guān)聯(lián)的分子機(jī)制，建立學(xué)科交叉領(lǐng)域 以水稻抗病反應(yīng)與發(fā)育的交互作用為模式系統(tǒng)，闡明水稻 SAR 基因 OsNPR1如何調(diào)控生長素發(fā)育途徑，從而調(diào)節(jié)水稻產(chǎn)量性狀的分子機(jī)制； 闡明 ET 發(fā)育途徑參與水稻稻瘟病抗性的分子機(jī)理；闡明以水稻病毒?。?RDV 和水 RBSDV)侵染植物導(dǎo)致植物矮化的分子機(jī)理 ， 為病毒防治尋找新的途徑；建立新的作物抗病與發(fā)育交叉研究領(lǐng)域，在學(xué)科創(chuàng)新上有持續(xù)的生命力。 3. 創(chuàng)建植物免疫表觀遺傳調(diào)控研究新體系 目前植物免疫的表觀遺傳機(jī)制研究剛剛起步，若干重要問題亟待解決。本項(xiàng)目將立足于領(lǐng)域前沿與國家需求，分別把水稻和小麥的重要抗病系統(tǒng)的研究進(jìn)一步發(fā)展成為全面、成熟、具有國際前沿水平的植物抗病分子機(jī)理研究的模式體系；并初步建立對頑拗性腐生病原菌紋枯?。⒖萁z核菌）和赤霉病（ 禾谷鐮孢） 免疫研究的技術(shù)平臺與重要的抗病相關(guān)基因資源， 全面揭示宿主農(nóng)作物對 腐生性病原 侵染的應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)和免疫機(jī)制， 為分子植物病理學(xué)科的發(fā)展和作物抗病分子育種提供新的理論和途徑。本項(xiàng)目的實(shí)施將在高水平研究論文發(fā)表、專利申請和優(yōu)秀人才培養(yǎng)與團(tuán)隊(duì)建設(shè)等方面做出重大貢獻(xiàn)，大幅提高我國的農(nóng)業(yè)科學(xué)理論與技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，顯著增強(qiáng)我國農(nóng)業(yè)科學(xué)自主創(chuàng)新的能力，為國家 “轉(zhuǎn)基因新品種培育重大專項(xiàng) ”的高效實(shí)施提供理論與技術(shù)體系的保障。在植物新的免疫機(jī)制、作物廣譜持久抗病的分子遺傳機(jī)制、作物重要腐生?。ㄈ缂y枯?。┑目共⌒缘确矫娅@得重大突破，并以此為基礎(chǔ)建立重要糧食作物抗病分子設(shè)計(jì)的重大基礎(chǔ)理論和技術(shù)體系。 項(xiàng)目名稱： 植物免疫機(jī)制與作物抗病分子設(shè)計(jì)的重大基礎(chǔ)理論 首席科學(xué)家： 何祖華 中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院 起止年限： 至 依托部門： 中國科學(xué)院 農(nóng)業(yè)部 二、預(yù)期目標(biāo) （一）項(xiàng)目總體目標(biāo) 深入闡明重要糧食作物的免疫機(jī)理、建立我國主要農(nóng)作物重大病害抗病機(jī)制為模式的創(chuàng)新研究體系，結(jié)合我國轉(zhuǎn)基因新品種培育的重大戰(zhàn)略需求，建立作物抗病分子設(shè)計(jì)的理論與技術(shù)體系。 候選骨干親本的分子設(shè)計(jì) 在 解析 骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜和一般配合力遺傳的基礎(chǔ)上，輔助以計(jì)算機(jī)模擬，系 統(tǒng)分析骨干親本重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因及其等位基因不同組合方式，在不同遺傳背景下對株型、產(chǎn)量三要素等目標(biāo)性狀 的 遺傳效應(yīng)與協(xié)調(diào)表達(dá)，建立候選 骨干親本 選育以及 最佳親本組配的分子設(shè)計(jì)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。 骨干親本重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因及其組合方式的遺傳效應(yīng)分析 在解析骨干親本形成中發(fā)揮關(guān)鍵作用的基因組區(qū)段的基礎(chǔ)上，以典型骨干親本為基礎(chǔ)構(gòu)建不同類型遺傳分析群體為材料，對骨干親本中與產(chǎn)量性狀密切相關(guān)的基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因 和基因序列變異 /等位基因及其組合方式進(jìn)行系統(tǒng)的功能分析，闡明其選擇與遺傳效應(yīng) ；重點(diǎn)解析 骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 內(nèi)的 基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因 和基因序列變異 /等位基因 的育種效應(yīng) ；發(fā)掘?qū)?shí)現(xiàn)未來育種目標(biāo)具有重要價(jià)值的 關(guān)鍵 基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因。 發(fā)表 SCI 論文 18～ 20 篇；申請專利 3~4 項(xiàng)。 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(jìn)作用的候選骨干親本 1~2 個(gè)，并通過育種實(shí)踐 驗(yàn)證 ，為創(chuàng)立骨干親本育 種理論奠定基礎(chǔ)。 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 。 預(yù)期目標(biāo)： 闡明不同時(shí)期、不同生態(tài)區(qū)的 水稻、小麥、玉米共 40~50 個(gè) 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， 精細(xì) 構(gòu)建 水稻、小麥、玉米骨干親本 的 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜各 1 個(gè) ， 為基于全基因組分子設(shè)計(jì)育種提供依據(jù) 。 候選骨干親本的分子設(shè)計(jì) 在解析骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜和一般配合力遺傳的基礎(chǔ)上，輔助以計(jì)算機(jī)模擬， 系統(tǒng)分析骨干親本重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因及其等位基因不同組合方式，在不同遺傳背景下對株型、產(chǎn)量三要素等目標(biāo)性狀 的 遺傳效應(yīng)與協(xié)調(diào)表達(dá)，建立候選 骨干親本 選育以及 最佳親本組配的分子設(shè)計(jì)模型， 完善 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。 骨干親本重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因及其組合方式的遺傳效應(yīng)分析 在解析骨干親本形成中發(fā)揮關(guān)鍵作用的基因組區(qū)段的基礎(chǔ)上，以典型骨干親本為基礎(chǔ)構(gòu)建不同類型遺傳分析群體為材料，對骨干親本中與產(chǎn)量性狀密切相關(guān)的基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因 和基因序列變異 /等位基因及其組合方式進(jìn)行系統(tǒng)的功能分析，闡明其選擇與遺傳效應(yīng) ，重點(diǎn)闡明 骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 內(nèi)的 基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因 和基因序列變異 /等位基因 的育種效應(yīng) ；發(fā)掘?qū)?shí)現(xiàn)未來育種目標(biāo)具有重要價(jià)值的 關(guān)鍵 基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因。 發(fā)表 SCI 論文 13～ 15 篇；申請專利 2 項(xiàng)。 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(jìn)作用的候選骨干親本 1~2 個(gè)，并通過育種實(shí)踐 驗(yàn)證 ，為創(chuàng)立骨干親本育 種理論奠定基礎(chǔ)。 獲得水稻和玉米一般配合力研究中所需的基因型數(shù)據(jù)和 1 年多點(diǎn)的表型數(shù)據(jù) ；初步 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)。 預(yù)期目標(biāo)： 初步 闡明不同時(shí)期、不同生態(tài)區(qū)的 水稻、小麥、玉米共 40~50 個(gè) 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(gè)。 候選骨干親本的分子設(shè)計(jì) 在解析骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜和一般配合力遺傳的基礎(chǔ)上，輔助以計(jì)算機(jī)模擬，系統(tǒng)分析骨干親本重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因及其等位基因不同組合方式，在不同遺傳背景下對株型、產(chǎn)量三要素等目標(biāo)性狀 的 遺傳效應(yīng)與協(xié)調(diào)表達(dá)， 研究候選 骨干親本 選育以及 最佳親本組配的分子設(shè)計(jì)模型， 發(fā)展 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。 骨干親本重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因及其組合方式的遺傳效應(yīng)分析 在解析骨干親本形成中發(fā)揮 關(guān)鍵作用的基因組區(qū)段的基礎(chǔ)上，以典型骨干親本為基礎(chǔ)構(gòu)建不同類型遺傳分析群體為材料，對骨干親本中與產(chǎn)量性狀密切相關(guān)的基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因 和基因序列變異 /等位基因及其組合方式進(jìn)行功能分析，初步 闡明其選擇與遺傳效應(yīng) ，重點(diǎn)闡明 骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 內(nèi)的 基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因 和基因序列變異 /等位基因 的育種效應(yīng)， 發(fā)掘?qū)?shí)現(xiàn)未來育種目標(biāo)具有重要價(jià)值的 關(guān)鍵 基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因。 發(fā)表 SCI 論文 8～ 10 篇；申請專利 2 項(xiàng)。 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(jìn)作用的候選骨干親本 1 個(gè)，并通過育種實(shí)踐 驗(yàn)證 。 獲得水稻和玉米一般配合力研究中所需的基因型數(shù)據(jù)和 1 年多點(diǎn)的表型數(shù)據(jù) 。 預(yù)期目標(biāo)： 獲得 不同時(shí)期、不同生態(tài)區(qū)的 水稻、小麥、玉米共 40~50 個(gè) 骨干親本 及其衍生品種的基因型鑒定數(shù)據(jù)和 1 年多點(diǎn)表型鑒定數(shù)據(jù)。 候選骨干親本的分子設(shè)計(jì) 在解析骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜和一般配合力遺傳的基礎(chǔ)上，輔助以計(jì)算機(jī)模擬，系統(tǒng)分析骨干親本重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因及其等位基因不同組合方式，在不同遺傳背景下對株型、產(chǎn)量三要素等目標(biāo)性狀 的 遺傳效應(yīng)與協(xié)調(diào)表達(dá)， 研究候選 骨干親本 選育以及 最佳親本組配的分子設(shè) 計(jì)模型， 發(fā)展 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。 骨干親本重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因及其組合方式的遺傳效應(yīng)分析 以典型骨干親本為基礎(chǔ)構(gòu)建不同類型遺傳分析群體為材料 ， 開展多個(gè)生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以 對骨干親本中與產(chǎn)量性狀密切相關(guān)的基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因 和基因序列變異 /等位基因及其組合方式進(jìn)行系統(tǒng)的功能分析，闡明其選擇與遺傳效應(yīng) ，重點(diǎn)闡明 骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 內(nèi)的 基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因 和基因序列變異 /等位基因 的育種效應(yīng) 。 發(fā)表 SCI 論文 6～ 8 篇；申請專利 1 項(xiàng)。 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(jìn)作用的候選骨干親本 1 個(gè)，并通過育種實(shí)踐 驗(yàn)證 。 獲得水稻和玉米一般配合力研究中所需的基因型數(shù)據(jù)和 1 年多點(diǎn)的表型數(shù)據(jù) 。 預(yù)期目標(biāo)：