【正文】 分離調(diào)控果實(shí)色素物質(zhì)（ 類胡蘿卜素 、 花 氰苷 ）、風(fēng)味物質(zhì)（糖、酸）以及功能性物質(zhì)（抗壞血酸、苦味物質(zhì)）等品質(zhì)組分生物合成的關(guān)鍵酶基因，研究上游調(diào)控元件及其關(guān)鍵調(diào)控因子，解析關(guān)鍵基因和調(diào)控因子對(duì)果實(shí)品質(zhì)形成的調(diào)控機(jī)制和互作網(wǎng)絡(luò)。項(xiàng)目首席科學(xué)家鄧秀新院士在擔(dān)任國際柑橘學(xué)會(huì)主席期間與外國專家 廣泛交流，深入探 討 了 果實(shí)品質(zhì)基礎(chǔ)研究 的前沿問題 。 本項(xiàng)目的 主要學(xué)術(shù)骨干均有國外留學(xué)的經(jīng)歷，與本項(xiàng)目研究內(nèi)容相關(guān)的國際知名大學(xué)或研究機(jī)構(gòu)，如美國康奈爾大學(xué)、佛羅里達(dá)大學(xué)、伊利諾 伊 大學(xué)、加州大學(xué)河濱分校、美國農(nóng)業(yè)部食品品質(zhì)與安全研究所，英國諾丁漢大學(xué)和 Jone Innes Centre，法國LANGUEDOC 科技大學(xué)，加拿大農(nóng)業(yè)部園藝研發(fā)中心，日本果樹研究所和鹿兒島大學(xué)，荷蘭瓦赫寧根大學(xué)，意大利國家新技術(shù)能源與環(huán)境署及 博洛尼亞大學(xué)，以色列農(nóng)業(yè)部 Newe Ya39。項(xiàng)目 研究 將依托作物遺傳改良國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、園藝作物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、園藝植物生長發(fā)育與生物技術(shù)農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國家柑橘育種中心、國家柑橘品種改良中心、國家蘋果工程技術(shù)研究中心、國家蔬菜改良中心、國家植物基因研究中心（武漢）等一批國家級(jí)科研基地，具備良好的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件。在果實(shí)品質(zhì)形成與調(diào)控的分子基礎(chǔ)研究方面 已 取得一批 成 果，研究結(jié)果進(jìn)入國際同類研究的主流，有較大影響。 3. 充分的研究材料積累 經(jīng)過項(xiàng)目組前期研究積累，發(fā)掘了一批與品質(zhì)相關(guān)的果實(shí)突變體，變異性狀涉及糖、酸、色澤、香味、無核、成熟期、童期縮短等，構(gòu)建了一批果實(shí)研究遺傳群體，建立了大量優(yōu)異果實(shí)的基因文庫，建設(shè)了一批園藝作物的種質(zhì)資源圃，為本項(xiàng)目的實(shí)施積累了充分的研究材料。 2. 豐富的園藝作物資源 我國園藝作物種質(zhì)資源豐富，經(jīng)過長期的栽培馴化和資源發(fā)掘，有大量的優(yōu)異品質(zhì)的園藝種質(zhì)資源可供研究。項(xiàng)目組在園藝作物優(yōu)異品質(zhì) 資源收集、種質(zhì)資源創(chuàng)新、品種選育、細(xì)胞 及基因 工程操作技術(shù)等方面 有較好的積累 ， 取得突出成績 。 （ 5） 在項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)上既兼顧了項(xiàng)目產(chǎn)出的基礎(chǔ)理論和技術(shù)平臺(tái)建設(shè)， 又將 基礎(chǔ)研究 與 生產(chǎn)實(shí)踐緊密結(jié)合，研究成果將直接指導(dǎo)和服務(wù)產(chǎn)業(yè)。 （ 3） 本項(xiàng)目充分結(jié)合近年我國 在 果實(shí)研究過程中積累的一些 特殊突變體 材料 ， 同時(shí) 利用國際同類研究 的 技術(shù)平臺(tái)，加深對(duì)這些 基礎(chǔ) 材料的研究，有利于形成我國果實(shí)品質(zhì)研究 的鮮明 特色。加深對(duì)園藝作物這一重要的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)分支的研究工作，對(duì)豐富和完善我國整個(gè)作物學(xué)科學(xué)理論體系具有重要戰(zhàn)略意義。本項(xiàng)目預(yù)期 將 首次較全面 地 鑒定我國重要園藝作物的果實(shí)品質(zhì)性狀基本組分， 建立果實(shí)品質(zhì)性狀代謝組譜， 明晰果實(shí)品質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，不僅有利于果實(shí)優(yōu)質(zhì)資源的發(fā)掘和優(yōu)質(zhì)育種骨干親本的篩選，而且將有力 地 推動(dòng) 果實(shí)品質(zhì)基礎(chǔ)研究。 （ 2） 在系統(tǒng)研究果實(shí)主要品質(zhì)變化規(guī)律的基 礎(chǔ)上，揭示參與糖、酸和維生素 C 代謝途徑的重要信號(hào)分子及網(wǎng)絡(luò)調(diào)控方式，以及外源因子對(duì)果實(shí)采后品質(zhì)保持的調(diào)控機(jī)制，闡明果實(shí)品質(zhì)再分配的分子基礎(chǔ)，在學(xué)術(shù)思想和研究路線上具有創(chuàng)新性。與已有研究相比，本項(xiàng)目在代謝途徑基礎(chǔ)上，加強(qiáng)從調(diào)控機(jī)制的層面著手研究果實(shí)糖、有機(jī)酸、香氣、色澤及功能性成分形成的途徑網(wǎng)絡(luò)、關(guān)鍵步驟、調(diào)控機(jī)制 以 及品質(zhì)組分動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，并關(guān)注不同途徑間的互作效應(yīng)，這有別于以往僅關(guān)注單一基因或單一品質(zhì)性狀的研究模式。 同時(shí)對(duì)所有的目標(biāo)基因，將采用分子生物學(xué)及遺傳學(xué)方法開展基因分離和功能鑒定研究。 為積累果實(shí)品質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)， 以及 認(rèn)識(shí)品質(zhì)性狀遺傳規(guī)律（課題 5），從資源鑒定和遺傳規(guī)律入手，發(fā)掘優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源，構(gòu)建優(yōu)質(zhì)核心種質(zhì)庫，明確果實(shí)主要品質(zhì)性狀的物質(zhì)基礎(chǔ)和遺傳多樣性，了解物種地理起源與品質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)；運(yùn)用不同遺傳分 析群體，研究品質(zhì)性狀的加性 /非加性效應(yīng)、細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)等遺傳特點(diǎn)，挖掘關(guān)鍵品質(zhì)基因及其分子標(biāo)簽或緊密連鎖的分子標(biāo)記，建立果實(shí)品質(zhì)分子育種技術(shù)平臺(tái)。通過 RNAi 和超量表達(dá)進(jìn)行功能鑒定；通過分析果實(shí)生物活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與生物效價(jià)，探討提高果實(shí)品質(zhì)形成的農(nóng)藝措施和作用機(jī)制。 圖 1 項(xiàng)目 總體研究方案路線圖 果實(shí) 功能性物質(zhì) 形成 機(jī)理 與調(diào)控 （課題 3） 果實(shí)風(fēng)味物質(zhì) 形成 機(jī)理 與調(diào)控 （課題 2） 果實(shí)色澤 形成機(jī)理與調(diào)控 （課題 1） 科學(xué)問題（一） 果實(shí)采后 品質(zhì) 保持與調(diào)控機(jī)制 （課題 4） 科學(xué)問題（ 二 ） 果實(shí)品質(zhì) 基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)及遺傳規(guī)律 （課題 5） 科學(xué)問題（ 三 ） 果實(shí) 優(yōu)質(zhì)性狀 種質(zhì)創(chuàng)新 （課題 6） 項(xiàng)目目標(biāo) 重要園藝作物 果實(shí)品質(zhì) 形成機(jī)理與調(diào)控 品質(zhì)保障 品質(zhì)關(guān)鍵 品質(zhì)基礎(chǔ) 圖 1 所示的總體方案中，各課題將根據(jù)研究內(nèi)容，采取相應(yīng)的技術(shù)方案和路徑。針對(duì)這三個(gè) 層面的問題，本研究將綜合應(yīng)用分子生物學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)、現(xiàn)代生物組學(xué)等現(xiàn)代技術(shù)手段， 系統(tǒng)地開展 柑橘、蘋果、番茄等 果實(shí)品質(zhì)基礎(chǔ)理論研究，進(jìn)行 主要品質(zhì)性狀組分調(diào)查與測定、 建立果實(shí)品質(zhì)代謝組譜， 解析果實(shí)品質(zhì)形成與調(diào)控途徑的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)及交互作用，明確品質(zhì)形成關(guān)鍵步驟，發(fā)掘品質(zhì)形成關(guān)鍵調(diào)控因子，闡明果實(shí)品質(zhì)形成與積累過程的遺傳與生理本質(zhì)，探索 外界條件對(duì)品質(zhì)的影響與調(diào)控和 提高果實(shí)品質(zhì)的共性關(guān)鍵技術(shù)， 培育果實(shí)品質(zhì)資源純系， 創(chuàng)新品質(zhì)優(yōu)異的種質(zhì)。 通過 該項(xiàng)目的實(shí)施，提供園藝作物重要的基因資源和高效的育種方法，增強(qiáng)我國園藝作物的品質(zhì)形成基礎(chǔ)理論和技術(shù)，支撐我國園藝作物農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新體系建設(shè)和滿足園藝產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的國家需求。申報(bào)國家或國際發(fā)明專利10 項(xiàng)，發(fā)表項(xiàng)目相關(guān)的高質(zhì)量研究論文 4060 篇，培養(yǎng)碩士、博士研究生 4050名。 研究柑橘和蘋果遺傳圖譜，開發(fā) 2022 個(gè)以上分子標(biāo)記， 創(chuàng)制果實(shí)品質(zhì)資源純系 12 個(gè)， 培育優(yōu)質(zhì)新種質(zhì)或新品系 610 個(gè)，構(gòu)建一個(gè)果實(shí)品質(zhì)遺傳改良的基礎(chǔ)平臺(tái)。 （ 4）在資源創(chuàng)新方面， 不斷創(chuàng)新園藝作物優(yōu)異種質(zhì)材料， 創(chuàng)制果實(shí)品質(zhì)資源純系和遺傳研究群體， 為我國果實(shí)品質(zhì)改良奠定基礎(chǔ)。提高園藝產(chǎn)品的國內(nèi)和國際競爭力，提高產(chǎn)業(yè)的效益，促進(jìn)農(nóng)民增收，推動(dòng)園藝產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。 項(xiàng)目名稱： 重要園藝作物果實(shí)品質(zhì)形成機(jī)理與調(diào)控 首席科學(xué)家： 鄧秀新 華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 起止年限： 至 依托部門： 教育部 湖北省科技廳 二、預(yù)期目標(biāo) 1. 總體目標(biāo) （ 1）在基礎(chǔ)研究方面 ，揭示果實(shí)品質(zhì)形成的機(jī)理，找到調(diào)控的關(guān)鍵點(diǎn)，探明我國重要果實(shí)種質(zhì)品質(zhì)組分的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及遺傳規(guī)律， 建立果實(shí)品質(zhì)性狀 表達(dá)譜和 代謝組譜， 提供園藝作物重要的基因資源和高效的育種方法及創(chuàng)新基礎(chǔ)平臺(tái)，提高我國園藝產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力。 （ 2）在產(chǎn)業(yè)支撐方面， 通過項(xiàng)目的實(shí)施，將對(duì)我國園藝產(chǎn)業(yè)提供有力 的理論和技術(shù)支撐，提高產(chǎn)品的品質(zhì)，優(yōu)質(zhì)果品率 、 出口果品優(yōu)質(zhì)率 大幅度提升 。 （ 3）在人才建設(shè)方面， 培養(yǎng)一支高水平、高素質(zhì)的果實(shí)品質(zhì)基礎(chǔ)科學(xué)研究隊(duì)伍，提 升 我國園藝科學(xué)研究水平，整體步入國際先進(jìn)的研究方陣，支撐我國園藝作物科技創(chuàng)新體系建設(shè)。 2. 五年預(yù)期目標(biāo) 通過 5 年努力，闡明柑橘、蘋果、番茄果實(shí)色澤、風(fēng) 味、營養(yǎng)品質(zhì)形成的主要代謝途徑及累積和保持的分子機(jī)理，發(fā)掘其關(guān)鍵基因和調(diào)控基因 30 個(gè)，構(gòu)建果實(shí)色澤、風(fēng)味、營養(yǎng)成分的表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)， 建立果實(shí)品質(zhì)性狀代謝組譜， 驗(yàn)證果實(shí)品質(zhì)組分累積和保持相關(guān)的 810 個(gè)重要基因的功能 。 培養(yǎng)和形成一支穩(wěn)定的果實(shí)品質(zhì)研究國家隊(duì)伍。使我國在果實(shí)品質(zhì)形成與調(diào)控的分子生物學(xué)研究領(lǐng)域達(dá)到國際先進(jìn)水平。 三、研究方案 （一） 學(xué)術(shù)思路和技術(shù)途徑 果實(shí)品質(zhì)的形成和 保 持主要由三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的層面構(gòu)成：優(yōu)異的種質(zhì)是品質(zhì)形成的基礎(chǔ)，（果實(shí)）品質(zhì)性狀的形成機(jī)理認(rèn) 知 是未來調(diào)控品質(zhì)的關(guān)鍵，而采后品質(zhì)的 保 持和調(diào)控是實(shí)現(xiàn)優(yōu)良品質(zhì)的保障。 總體研究方案如下（圖 1）。 對(duì)于果實(shí)品質(zhì)形成基礎(chǔ)及調(diào)控（課題 1， 2， 3），項(xiàng)目將通過生理生化、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、比較基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)等手段分析果實(shí)品質(zhì)成分的基本組分； 建立果實(shí)品質(zhì)代謝組譜； 鑒定果實(shí)品質(zhì)形成途徑關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基因及調(diào)控因子。 圍繞果實(shí)采后品質(zhì)保持與調(diào)控機(jī)制（課題 4），通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白 質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)研究果實(shí)采后品質(zhì)動(dòng)態(tài)分布規(guī)律，具體包括組成成分分析及變化規(guī)律，調(diào)控相關(guān)代謝的蛋白 組 譜 和代謝組譜 ，以及參與調(diào)控的功能基因和調(diào)控因子，從而明晰影響品質(zhì)的關(guān)鍵組分因子和代謝途徑，揭示調(diào)控品質(zhì)變化的主要蛋白，進(jìn)而確定調(diào)控品質(zhì)變化的關(guān)鍵基因；并進(jìn)一步探索環(huán)境因子對(duì)果實(shí)采后品質(zhì) 的 變化規(guī)律。 針對(duì)果實(shí)優(yōu)質(zhì)性狀的種質(zhì)創(chuàng)新問題（課題 6），項(xiàng)目組將基于各課題研究中產(chǎn)生的有價(jià)值的基因資源和材料資源，發(fā)掘品質(zhì)優(yōu)異種質(zhì)資源和創(chuàng)建一批優(yōu)異遺傳群體， 培育果實(shí)品質(zhì)資源純合株系，研究提高種質(zhì)創(chuàng)新效率的方法， 通過細(xì)胞工程和 分子育種技術(shù)，創(chuàng)制品質(zhì)優(yōu)異 的 新種質(zhì)。 （二） 創(chuàng)新點(diǎn)和特色 1．主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) （ 1） 突破了以往果實(shí)品質(zhì)形成和調(diào)控研究僅注重單個(gè)果實(shí)品質(zhì)性狀有關(guān)基因的思維模式，系統(tǒng)地研究果實(shí)品質(zhì)形成相關(guān)基因及其調(diào)控機(jī)制。同時(shí)，本項(xiàng)目將充分利用國際上陸續(xù)釋放的植物基因組公共信息， 以及 迅速發(fā)展的先進(jìn)生物技術(shù)和化學(xué)分析技術(shù)。 （ 3） 建立果實(shí)品質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。 2．主要特色 （ 1） 項(xiàng)目研究的是 園藝作物主產(chǎn)品 —果實(shí)，園藝作物果實(shí)的研究具有特殊性，其 果實(shí) 品質(zhì)特性的 內(nèi)涵及其形成和保持機(jī)制不同于其它作物（禾谷類果實(shí)或種子），二者存在著很大的差異。 （ 2） 項(xiàng)目研究選用的園藝作物對(duì)象為柑橘、蘋果和番茄等，既考慮試材的經(jīng)濟(jì)重要性，又很好地結(jié)合了科學(xué)性；既有果實(shí)研究的模式植物，又有常綠型和落葉型果樹；既有呼吸躍變型果實(shí)、又有非呼吸躍變型果實(shí) ； 有利于全面了解和認(rèn)識(shí)不同種類園藝作物果實(shí)品質(zhì)形成與調(diào)控的共性機(jī)理和特殊機(jī)制。 （ 4） 項(xiàng)目研究目標(biāo)中既強(qiáng)調(diào)當(dāng)前大眾公認(rèn)的品質(zhì)性狀，又著眼于未來潛在性的新品質(zhì)目標(biāo)，如功能性物質(zhì)成分（含苦味物質(zhì)），突破傳統(tǒng)的品質(zhì)視野，適應(yīng)飲食結(jié)構(gòu)和保健需求。 （三）取得重大突破的可行性 1. 精干的研究隊(duì)伍和良好的前期研究積累 項(xiàng)目組集中整合了我國果實(shí)品質(zhì)研究的優(yōu)勢(shì)單 位和優(yōu)勢(shì)人才隊(duì)伍，以院士、長江學(xué)者和杰青為骨干的研究隊(duì)伍，代表了我國在果實(shí)品質(zhì)研究的優(yōu)勢(shì)力量。另一方面，現(xiàn)代生物技術(shù)與果實(shí)品質(zhì)基礎(chǔ)研究相結(jié)合，項(xiàng)目組在果實(shí)品質(zhì)研究方面取得了一批具有國際影響的結(jié)果，有多篇基礎(chǔ)性研究結(jié)果發(fā)表在國際一流期刊。我國是許多重要園藝作物的發(fā)源地，開展本 項(xiàng)目研究具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。 4. 先進(jìn)的技術(shù)平臺(tái) 項(xiàng)目組在果實(shí)品質(zhì)研究方面已經(jīng)建立起一系列先進(jìn)的研究體系和技術(shù)平臺(tái) ，分子標(biāo)記開發(fā)、基因文庫構(gòu)建、基因分離克隆、基因組學(xué)、 轉(zhuǎn)錄組學(xué)、 蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)、 遺傳轉(zhuǎn)化、細(xì)胞工程、遺傳育種等技術(shù)在項(xiàng)目組 已成為常規(guī)技術(shù)。 5. 完備的實(shí)驗(yàn)條件和設(shè)施 項(xiàng)目組所在單位具備本項(xiàng)目 研究 所需要 的 實(shí)驗(yàn)條件和設(shè)備。 6. 廣泛而實(shí)質(zhì)的國際合作 項(xiàng)目組研究人員在果實(shí)品質(zhì)研究方面開展了廣泛而有實(shí)質(zhì)性的國際合作，承擔(dān)了一批實(shí)質(zhì)性的國際科技合作研究計(jì)劃，并取得階段性進(jìn)展。ar 研究中心和希伯來大學(xué)，澳大利亞 CSIRO 園藝部，新西蘭植物和食品研究所和 HortResaerch，以及德國、韓國的知名大學(xué)和研究所建有密切而實(shí)質(zhì)的合作關(guān)系。廣泛而有效的國際交流與合作， 將 有效 保持本項(xiàng)目研究的先進(jìn)性，為取得預(yù)期的研究成果提供良好的國際視野。研究果實(shí)品質(zhì)的基本組分、代謝組譜、積累動(dòng)態(tài)、遺傳規(guī)律、環(huán)境響應(yīng)和調(diào)控機(jī)制 。 初步 了解 果實(shí)品質(zhì)形成的主要路徑、調(diào)控機(jī)制、互作網(wǎng)絡(luò)， 初步掌握 果實(shí)品質(zhì)主要組分，積累規(guī)律和代謝組譜 ，明 確 果實(shí)采后物質(zhì)再分配規(guī)律和環(huán)境調(diào)控機(jī)制，了解果實(shí)品質(zhì)組分的環(huán)境響應(yīng)特征， 初步 建立 果實(shí)品質(zhì) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫， 創(chuàng)建 蘋果 F1 研究群體 ，開發(fā)果實(shí)品質(zhì)分子 標(biāo)記 1000 個(gè) ， 申請(qǐng)專利 12 項(xiàng)； 發(fā)表 SCI 論文 910篇 。繼續(xù)研究果實(shí)品質(zhì)的基本組分和遺傳規(guī)律。 明確 果實(shí)品質(zhì)形成與積累的關(guān)鍵 分子途徑 ； 闡明關(guān)鍵基因在果實(shí)品質(zhì)形成中的作用機(jī)制 及 關(guān)鍵調(diào)控因子， 發(fā)掘 調(diào)控果實(shí)品質(zhì)形成的關(guān)鍵基因2025 個(gè)； 補(bǔ)充和 完善果實(shí)品質(zhì) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫 ； 創(chuàng)制柑橘三倍體 和 純系 材料 ，分離果實(shí) 發(fā)育 基因 24 個(gè)；申請(qǐng)專利 34 項(xiàng) ，發(fā)表 SCI 論文 1012 篇 。分離果實(shí)品質(zhì)關(guān)鍵基因的調(diào)控元件及其調(diào)控機(jī)制；從轉(zhuǎn)錄譜、 蛋白質(zhì)譜和代謝組譜不同 層面 研究環(huán)境因子和外源物質(zhì) 對(duì)果 實(shí)品質(zhì)的調(diào)控機(jī)制；繼續(xù) 測定 果實(shí) 品質(zhì)性狀組分和含量；果實(shí)品質(zhì)性狀的遺傳力分析與 QTL定位； 果實(shí)品質(zhì)的分子標(biāo)記的繼續(xù)開發(fā)；果實(shí)研究群體的創(chuàng)建和完善。補(bǔ)充及豐富 柑橘、蘋果主要品質(zhì)組分的 測定； 探明 果實(shí)主要品