【正文】 的相互作用及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路， 解析機(jī)體 主要 神經(jīng)內(nèi)分泌 因子 對(duì)維持瘤胃、肝臟和乳腺功能“穩(wěn)態(tài)”的作用及其機(jī)理 ， 繪制乳脂肪和乳蛋白合成的代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)， 闡明代謝 關(guān)鍵物質(zhì) 與 神經(jīng)內(nèi)分泌 調(diào)節(jié)的互 作機(jī)制，構(gòu)建 乳脂肪和乳蛋白合成的 整合 分析系統(tǒng) 。 3．生物 活性物質(zhì)對(duì)乳脂肪和乳蛋白合成代謝網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵通路的調(diào)控 篩選植物提取物等生物活性物質(zhì)，研 究其作為 代謝 調(diào)控 物質(zhì) 對(duì)乳脂肪和乳蛋白合成代謝網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵通路的干預(yù)效果及其機(jī)理，建立應(yīng)用生物活性物質(zhì)改善乳脂肪和乳蛋白合成的調(diào)控方法。 經(jīng)費(fèi)比例： 24% 承擔(dān)單位： 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所、吉林大學(xué) 課題負(fù)責(zé)人： 王加啟 學(xué)術(shù)骨干： 卜登攀、 熊本海、雷連成、盧慶萍 、柳巨雄 四、年度計(jì)劃 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 一 年 1. 應(yīng)用消化道瘺管和血管慢性插管動(dòng)物模型，研究不同日糧模式對(duì)瘤胃發(fā)酵、 瘤胃微生物區(qū)系組成、乳成分前體物的 生成 及其在 小腸流量的影響 ； 分析 乳成分前體物 在門(mén)靜脈、肝靜脈 、乳腺動(dòng)脈和乳靜脈 中的濃度變化 及其在肝臟的 吸收 與 代謝 ，以及在乳腺 的攝取、代謝和利用 的 動(dòng)態(tài)變化； 不同日糧模式下 瘤胃內(nèi) LPS 等代謝異常產(chǎn)物 生成； 2. 乳腺上皮細(xì)胞全基因組表達(dá)譜、蛋白質(zhì)組表達(dá)譜等差異，鑒定乳腺內(nèi)參與乳脂肪和乳蛋白合成的主要功能基因的結(jié)構(gòu)信息；利用奶牛乳腺上皮細(xì)胞三維培養(yǎng) 模型 探討乳成分前體物和 LPS 等對(duì)乳腺 功能 基因表達(dá)及甲基化狀態(tài)、組 蛋白乙?；挠绊懀?從瘤胃微生物元基因組文庫(kù)中篩選參與乳脂肪前體物生成的基因，克隆 并 測(cè) 序列； 3. 分析瘤胃、肝臟和乳腺 與 乳成分前體物生成 和 利用的協(xié)同關(guān)系及關(guān)鍵物質(zhì)代謝通路；研究 JAKSTATs 等信號(hào)通路在乳成分前體物生成與利用中的作用； 探討 機(jī)體生長(zhǎng)軸對(duì)維持瘤胃、肝臟和乳腺“穩(wěn)態(tài)”功能的調(diào)節(jié)作用及其機(jī)理；探索牛奶乳脂肪和乳蛋白圖譜的系統(tǒng)分析方法和條件。 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 二 年 1. 分析不同 日糧模式 下 小腸 內(nèi)乳成分前體物的 生成量 及組成，探討 乳成分前體物的組成模式 與參與 乳脂肪、乳蛋白合成和分泌的關(guān)鍵酶活性 、 候選基因 表達(dá) 、乳 成分前體物 轉(zhuǎn)運(yùn)載體 表達(dá)等的關(guān)系 ；鑒定參與乳腺上皮細(xì)胞攝取的關(guān)鍵氨基酸和小肽的特異性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白； 2. 研究 LPS等代謝異常產(chǎn)物在瘤胃的產(chǎn)生條件，分析 其 在門(mén)靜脈、肝靜脈中的變化及清除狀況； 研究 肝臟中免疫相關(guān)細(xì)胞因子的濃度變化 及其對(duì)肝臟免疫功能的影響； 探討 LPS等對(duì)乳腺 乳脂肪和乳蛋白合成 功能基因表達(dá)及甲基化狀態(tài) 及 乳腺細(xì)胞組蛋白乙?；挠绊?； 3. 初步 確定乳腺功能基因在合成代謝、轉(zhuǎn)錄調(diào)控和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用，驗(yàn)證其在不同日糧模式下的表達(dá)； 篩選 鑒定瘤胃微生物中參與 乳成分前體物生成 的微生物功能基因的結(jié)構(gòu)信息及其功能； 4. 結(jié)合體內(nèi)和體外模型 研究 GCGR和 Wnt 等信號(hào)通路在乳成分前體物生成與利用中的作用， 下丘腦－垂體－腎上腺軸和催乳素系統(tǒng)對(duì)維持瘤胃、肝臟和乳腺 “穩(wěn)態(tài)”功能的調(diào)節(jié)作用及其機(jī)理 ， 篩選對(duì)乳脂肪和乳蛋白合成有干預(yù)作用的植物提取物等生物活性物質(zhì)。 3. 闡明瘤胃代謝異常產(chǎn)物在肝臟中的清除效率、對(duì)肝臟免疫功能和營(yíng)養(yǎng)重分配的影響； 4. 鑒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 5 個(gè)； 5. 闡明 GCGR和 Wnt等 信號(hào)通路在乳成分前體物生成與利用中的作用 ， 闡明下丘腦－垂體－腎上腺軸和催乳素系統(tǒng) 的 調(diào)節(jié)機(jī)制； 6. 繪制出乳脂 肪和乳蛋白合成的關(guān)鍵代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)， 獲得具有調(diào)節(jié)乳 脂肪和乳蛋白的生物活性物質(zhì) 2～ 4 種； 7. 發(fā)表 SCI 收錄論文 15～ 18篇，培養(yǎng)研究生 20～ 25 名 ，申報(bào)專(zhuān)利 2～ 3 項(xiàng)。繪制出乳脂肪和乳蛋白合成的關(guān)鍵代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，建立干預(yù)乳脂肪和乳蛋白合成 的關(guān)鍵代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控通路的技術(shù)途徑； 建立典型日糧條件下 牛奶乳脂肪和乳蛋白的特征圖譜，獲得具有 明 確干預(yù)效果的日糧模式 1～ 2 種，形成瘤胃“穩(wěn)態(tài)”調(diào)控技術(shù) 1 項(xiàng)； 6. 發(fā)表 SCI 收錄論文 20～ 25篇，培養(yǎng)研究生 25～ 30 名，申報(bào)專(zhuān)利 2～ 3 項(xiàng)。 1. 闡明乳成分前體物在消化道內(nèi)的吸收機(jī)制 及 日糧影響瘤胃VFA 的吸收機(jī)理，探明日糧長(zhǎng)鏈脂肪酸在瘤胃的氫化效率及其影響機(jī)制，揭示 瘤胃微生物在乳成分前體物 生成 中的調(diào)節(jié) 作用 ； 2. 闡明肝臟物質(zhì)代謝功能基因與免疫相關(guān)細(xì)胞因子基因表達(dá)譜式和細(xì)胞編程規(guī)律 ， 揭示肝臟內(nèi)乳脂肪和乳蛋白前體物重分配的細(xì)胞“重編程”分子機(jī)制； 3. 提出脂肪酸和氨基酸等乳成分前體物 發(fā)揮最佳協(xié)同作用的平衡模式， 確定乳成分前 體 物與乳腺功能基因的互作關(guān)系； 4. 揭 示乳脂肪和乳蛋白功能合成基因（組）高效表達(dá)的營(yíng) 養(yǎng)需要和調(diào)控途徑； 5. 闡明乳脂肪和乳蛋白特征圖譜變化規(guī)律， 建立具有中國(guó)飼料資源特色的改善牛奶重要營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的系統(tǒng)整合理論 ； 6. 發(fā)表 SCI 收錄論文 26～ 30 篇；培養(yǎng)研究生 30～ 35 名，申報(bào)專(zhuān)利 3～ 4 項(xiàng)。 1. 鑒定參與乳脂肪、乳蛋白前體物生成的關(guān)鍵菌群 1?2 個(gè)； 獲得 兩個(gè)基因組 中具有關(guān)聯(lián)性的功能基因 3～ 5 個(gè) ； 2. 建立消化道內(nèi)乳脂肪和乳蛋白前體物生成的優(yōu)化模式；揭示維護(hù)瘤胃上皮結(jié)構(gòu)和功能完整性的途徑和機(jī)理，形成控制代謝異常 產(chǎn)物的瘤胃健康模式； 3. 揭示引起肝臟內(nèi)參與乳脂肪和乳蛋白前體物轉(zhuǎn)化與分配的功能基因差異表達(dá)的表觀遺傳機(jī)理； 闡明 乳腺乳成分和 LPS 等異常代謝產(chǎn)物對(duì)乳腺乳成分前體物的攝取、利用及其調(diào)節(jié)機(jī)理； 4. 建立干預(yù)乳脂肪和乳蛋白合成的關(guān)鍵代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控通路的技術(shù)途徑，試驗(yàn)驗(yàn)證使乳脂肪和乳蛋 白 含 量分 別 達(dá)到 % 和%；建立評(píng)價(jià)牛奶營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)特征的方法； 5. 發(fā)表 SCI 收錄論文 35～ 38篇，培養(yǎng)研究生 15～ 18 名，申報(bào)專(zhuān)利 3～ 5 項(xiàng)， 出版專(zhuān)著 3～ 5 部 ，培養(yǎng)學(xué)術(shù)帶頭人 10～ 15 名。立足我國(guó) 不同產(chǎn)地的 飼料資源，揭示不同日糧模式下乳成分前體物的生成 過(guò)程、分配機(jī)制、利用途徑及其神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)，代謝 異常產(chǎn)物的產(chǎn)生及其控制機(jī)制，對(duì)瘤胃、肝臟、乳腺代謝的影響及其分子機(jī)理， 闡明乳脂肪和乳蛋白合成的機(jī)制及代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，解析我國(guó)當(dāng)前牛奶品質(zhì)低下的原因，建立干預(yù)關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)調(diào)控通路的有效技術(shù)途徑，為改善牛奶品質(zhì)提供基礎(chǔ)理論和技術(shù)指導(dǎo)。 （二） 主要內(nèi)容 立足我國(guó) 不同產(chǎn)地的 飼料 資源，針對(duì)大規(guī)模、中等規(guī)模和農(nóng)戶養(yǎng)殖 3 種主要生產(chǎn)方式，以健康經(jīng)產(chǎn)奶牛為試驗(yàn)動(dòng)物， 研究比較不同日糧結(jié)構(gòu)（粗料型、精料型和混合型）和營(yíng)養(yǎng)水平（高、中、低） 組成的日糧模式下 ， 奶牛合成乳脂肪和乳蛋白 的差異及其 調(diào)控機(jī)理 ， 重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面開(kāi)展研究： 1. 乳成分前體物的 生 成與利用規(guī)律及調(diào)節(jié)機(jī)制 以我國(guó)當(dāng)前奶牛生產(chǎn)實(shí)際和飼料資源為基礎(chǔ)，比較研究不同日糧模式下主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（含氮物質(zhì)、碳水化合物、脂類(lèi)）在消化道（瘤胃和小腸）和肝臟內(nèi) 生成乳成分前體物的 規(guī)律，以及 乳腺對(duì)乳成分前體物攝取利用 的 機(jī)理和效率，研究乳成分前體物 生 成與利用的 神 經(jīng) 內(nèi)分泌調(diào)節(jié)機(jī)制 ， 建立乳成分前體物組成的理想模式 。 3．乳脂肪和乳蛋白合成相關(guān)功能基因（組） 的 篩選及其 與 營(yíng)養(yǎng) 素 互作關(guān)系 從奶牛 乳腺 （第一基因組）和消化道微生物（第二基因組）篩選參與乳脂肪和乳蛋白合成的功能基因（組），研究乳成分前體物及代謝產(chǎn)物與功能基因的互作關(guān)系及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，探索第一基因組和第二基因組在乳脂肪和乳蛋白合成中的 關(guān)聯(lián)性 、相關(guān)功能基因（組）的作用以及營(yíng)養(yǎng)調(diào)控機(jī)理。 項(xiàng)目名稱： 主要糧食作物骨干親本遺傳效應(yīng)和利用的基礎(chǔ)研究 首席科學(xué)家： 李立會(huì) 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 起止年限： 至 依托部門(mén)： 農(nóng)業(yè)部 二、預(yù)期目標(biāo) （一）總體目標(biāo) 針對(duì)骨干親本在育種實(shí)踐中作用突出以及新時(shí)期育種目標(biāo)的需求，在我們通過(guò)前一個(gè) 973 項(xiàng)目的研究，已基本明確了骨干親本第一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題 “遺傳構(gòu)成 ”的基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目圍繞骨干親本的第二個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題 “遺傳 與利用 效應(yīng) ”，以水稻、小麥、玉米等主要糧食骨干親本親本 及其衍生的大面積推廣品種為基本研究材料，應(yīng)用表型組學(xué)、基因組學(xué)、作物育種學(xué)、生物信息學(xué)等學(xué)科的理論和方法，闡明不同時(shí)期、不同生態(tài)區(qū)的水稻、小麥、玉米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(shì)，構(gòu)建水稻、小麥、玉米骨干親本 的 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 ，為基于全基因組分子設(shè)計(jì)育種提供依據(jù)； 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)；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 /等位基因 ； 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(duì)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；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(shè)計(jì)模型 ；提出綜合評(píng)估候選骨干親本和改良現(xiàn)有骨干親本的技術(shù)方法，指導(dǎo)并提高親本組配和育種效率 ； 篩選、創(chuàng)制對(duì)未來(lái) 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，并通過(guò)育種實(shí)踐 驗(yàn)證 ，為創(chuàng)立骨干親本育種理論、培育新時(shí)期需求的新品種提供理論和物質(zhì)支撐。 （二）五年預(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(shì)，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) 。 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(duì)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 。 篩選、創(chuàng)制對(duì)未來(lái) 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 6~8 個(gè)，并通過(guò)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)。 發(fā)表 SCI 論文 50～ 60 篇（累計(jì)影響因子 150 以上）；申請(qǐng) 專(zhuān)利 9~10 項(xiàng)。 （二）技術(shù)途徑 遺傳效應(yīng) 利用 精細(xì) QTL 分析 QTL、 eQTL 分析等 測(cè)序、表達(dá)分析等 精細(xì)定位、圖位克隆 測(cè)序、生物信息學(xué)等 QTL 定位、關(guān)聯(lián)分析等 近等基因?qū)胂? 重組近交系等 骨干親本 衍生品種 ＋ 重要基因組區(qū)段 因組區(qū)域 優(yōu)異基因簇 關(guān)鍵基因 優(yōu)異等位基因 一般配合力 候選骨干親本篩選與創(chuàng)制 候選骨干親本的分子設(shè)計(jì)理論 （三）創(chuàng)新點(diǎn)和特色 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn) （ 1）從 表型組學(xué)、基因組學(xué)、作物育種學(xué)、生物信息學(xué)等多學(xué)科、多層次對(duì)水稻、小麥和玉米三種主要糧食作物骨干親本形成與利用的遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)研究，在國(guó)內(nèi)外尚屬首次；有關(guān)問(wèn)題的解決，有利于進(jìn)一步強(qiáng)化我國(guó)在農(nóng)作物基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究方面的原始創(chuàng) 新 。 （ 3） 將骨干親本的內(nèi)涵由經(jīng)驗(yàn)升華為科學(xué)規(guī)律和理論，建立圍繞農(nóng)作物骨干親本的親本選配理論與技術(shù)體系 項(xiàng)目特色 （ 1） 農(nóng)作物骨干親本的概念是由我國(guó)科學(xué)家率先提出的，并得到了國(guó)際同行的普遍認(rèn)同，而且近年來(lái)成為作物育種基礎(chǔ)理論研究的主攻方向之一。 （ 2） 本項(xiàng)目的研究對(duì)象是骨干親本，其上游是利用育種材料 篩選、 創(chuàng)制骨干親本的過(guò)程，下游是利用骨干親本培育主栽品種的過(guò)程，我國(guó)的育種學(xué)家已在上述兩個(gè)方面積累了大量 的材料和豐富的經(jīng)驗(yàn)。 （ 3）對(duì) 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(shì)進(jìn)行分析，并篩選、創(chuàng)制對(duì)未來(lái) 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，使得本項(xiàng)目的研究結(jié)果在很大程度上具有指導(dǎo)未來(lái)的特色。 （ 1）工作基礎(chǔ)保障： 通過(guò)執(zhí)行 國(guó)家 973 計(jì)劃項(xiàng)目《主要農(nóng)作物骨干親本遺傳構(gòu)成和利用效應(yīng)的基礎(chǔ)研究》（ 20xxCB101700），我們不僅建立了骨干親本研究的完整學(xué)術(shù)思路，而且基本明確了骨干親本的第一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題 “遺傳構(gòu)成 ”，并在技術(shù)方法、 研究材料（如遺 傳分析群體、品