【正文】 4 互作蛋白研究； OsSPX1 和 OsSPX3 及其互作蛋白抑制缺磷響應(yīng)基因 IPS1 表達(dá)的機(jī)制分析。 OsNRT2。 模式；探明水稻中磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白水平的調(diào)控模式；探明水稻中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白輸出的分子機(jī)制；探明OsPHF1的在植物體內(nèi)的調(diào)控機(jī)制及在磷養(yǎng)分調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育途徑中的重要作用；獲得超表達(dá)、脅迫或組織特異啟動(dòng)子融合根系相關(guān)基因或多基因組合的轉(zhuǎn)基因材料 310 份。 析，并構(gòu)建調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。 OsSPX2 和 OsSPX4 互作蛋白；探明 OsSPX1 和 OsSPX3 及其互作蛋白抑制缺磷響應(yīng)基因IPS1 表達(dá)的分子機(jī)制。 的分子、生理和生長(zhǎng)發(fā)育特征。 3 個(gè)優(yōu)良等位變異的小麥種質(zhì) 23 份，初步明確各優(yōu)異等位基因間的聚合效應(yīng)。 QTL位點(diǎn)的聚合效應(yīng)分析。 5個(gè)基因的 優(yōu)良等位變異進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化、功能驗(yàn)證。 Rht1 不同等位變異對(duì)養(yǎng)分吸收利用效率的影響。 協(xié)同過程的候選基因信息，通過分析已鑒定的氮高效骨干自交系和氮高效主效 QTLNIL等玉米遺傳材料，篩選關(guān)鍵基因的優(yōu)良等位變異。 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。 QTLs與產(chǎn)量性狀的協(xié)同關(guān)系，獲得氮磷高效高產(chǎn)育種材料 23 份。 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)。 、玉米、小麥氮磷養(yǎng)分高效高產(chǎn)遺傳與育種材料 35 份 SCI 論文 1213 篇 ,申請(qǐng)發(fā)明專利 34項(xiàng)；培養(yǎng)優(yōu)秀青年人才 34名、博士后 23 名、博士研究生1315 名、碩士研究生 68 名。 第 五 年 直接調(diào)控基因的生物學(xué)功能和作用機(jī)制。 qNGR9 互作蛋白基因的生物學(xué)功能與作用機(jī)制。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。 OsSPX2 和 OsSPX4 互作蛋白功能研究；研究 OsSPXs 之間在磷信號(hào)和磷轉(zhuǎn)運(yùn)途徑上的相互關(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。 OsAKT1 為中心的水稻鉀營養(yǎng)吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)的分子信號(hào)途徑和分子網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機(jī)制。 的調(diào)控關(guān)系 。 稻 OsSPX2 和 OsSPX4 互作蛋白基因功能；探明 OsSPXs 之間在磷信號(hào)和磷轉(zhuǎn)運(yùn)途徑上的相互關(guān)系和內(nèi)在分子機(jī)制。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。 、小麥氮磷高效優(yōu)異基因聚合效應(yīng)與產(chǎn)量性狀形成的協(xié)同關(guān)系。 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。 、純合已聚合多個(gè)氮高效 QTL位點(diǎn)的玉米株系，鑒定其產(chǎn)量及氮效率相關(guān)指標(biāo)。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)。 在水稻磷高效育種中應(yīng)用的可能性。 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。 OsPT2, OsPHF1, OsPHR2, 和 優(yōu)異等位變異對(duì)氮磷吸收效率。 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。 15%的、聚合有多個(gè)氮效率 QTL的玉米自交系 23 個(gè)。 、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。 、小麥、玉米、大豆、油菜氮磷高效高產(chǎn)遺傳與育種材料46 份 SCI 論文 1516 篇，申請(qǐng)專利 23 項(xiàng)，培養(yǎng)優(yōu)秀青年研究人才35名、博士后 23名、博士生 1516名、碩士研究生 68 名。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。 2）高效的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)與生理利用及高收獲指數(shù)間的協(xié)同調(diào)控機(jī)制。本 項(xiàng)目 圍繞作物主要大量營養(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)問題 。 為通過根系遺傳與分子改良途徑培育適應(yīng)不同土壤條件的養(yǎng)分高效作物品種提供理論依據(jù) ，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 子水平開展系統(tǒng)研究。 3）控制氮、磷、鉀養(yǎng)分高效吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)與生理利用的協(xié)同調(diào)控機(jī)制及優(yōu)良等位基因的功能特征。 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。 通過該項(xiàng)目的實(shí)施，將進(jìn)一步強(qiáng)化我國在農(nóng)作物骨干親本基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究方面的原始創(chuàng)新，并通過創(chuàng)建圍繞農(nóng)作物骨干親本的新的育種理論與技術(shù)體系，以及創(chuàng)造的符合新時(shí)期育種目標(biāo)需求的候選骨干親本的應(yīng)用，繼續(xù)提高我國在雜交稻等作物育種領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位，最終為我國的糧食安全提供科學(xué)保障與技術(shù)和物質(zhì)支撐。 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)。 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。 培養(yǎng)博士研究生 30～ 40 名，碩士研究生 50～ 60 名。 三、研究方案 （一）學(xué)術(shù)思路 為 了進(jìn)一步強(qiáng)化我國在農(nóng)作物基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究方面的原始創(chuàng)新，針對(duì)作物遺傳育種基礎(chǔ)研究中的關(guān)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(chǔ)不明的客觀現(xiàn)實(shí)，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(diǎn)，在已解決了骨干親本的第一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題 “遺傳構(gòu)成 ”的工作基礎(chǔ)上，綜合利用表型組學(xué)、基因組學(xué)、作物育種學(xué)、生物信息學(xué)等學(xué)科的理論與技術(shù)，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(shì)、一般配合力對(duì)骨干親本形成的作用及其遺傳基礎(chǔ)、候選骨干親本的分子 設(shè)計(jì)與創(chuàng)制等多層次進(jìn)行系統(tǒng)研究，闡明骨干親本研究中的第二個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題 “遺傳效應(yīng) ”，為創(chuàng)建骨干親本育種理論與技術(shù)體系，以及我國糧食安全提供科學(xué)保障與技術(shù)和物質(zhì)支撐。 （ 2）預(yù)測(cè)、篩選與改良對(duì)未來 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，將為保障我國糧食安全做出貢獻(xiàn)。由我國科學(xué)家完成有關(guān)的基礎(chǔ)研究，具有明顯的原始創(chuàng)新特色。本項(xiàng)目通過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。 （四）取得重大突破的可行性分析 本項(xiàng)目將在以下兩個(gè)方面取得重大突破： —— 闡明骨干親本與其它親本組配能夠衍生出眾多主栽品種的遺傳基礎(chǔ)，將為創(chuàng)立骨干親本育種理論、提高育種效率、培育突破性新品種奠定基礎(chǔ)； —— 從基因組和基因兩個(gè)層次揭示水稻、玉米骨干親本一般配合力的分子基礎(chǔ)和調(diào)控機(jī)制，可以將作物一般配合力由統(tǒng)計(jì)學(xué)和育種學(xué)的概念提升到遺傳學(xué)概念 。（詳見工作基礎(chǔ)部分） 。 （ 3）技術(shù)路線保障： 本項(xiàng)目所采用的技術(shù)路線充分 反映了本學(xué)科領(lǐng)域的研究特色和前沿研究趨勢(shì)，具有雄厚的研究基礎(chǔ)，又體現(xiàn)了研究思路的創(chuàng)新，能夠保障獲得原始創(chuàng)新性成果。 （ 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。 四、年度計(jì)劃 第一年度： 研究?jī)?nèi)容： 骨干親本 關(guān)鍵基因組區(qū)段構(gòu)成的 解析與演變趨勢(shì) 以骨干親本（包括已有的骨干親本和正在形成的骨干親本）及其衍生品種為材料 ，開展多個(gè)生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以系統(tǒng)研究不同時(shí)期骨干親本中發(fā)揮關(guān)鍵作用的基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的構(gòu)成及其組合方式，闡明不同時(shí)期、不同生態(tài)區(qū)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)建骨干親本的基礎(chǔ)遺傳圖譜。 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。 候選骨干親本篩選、創(chuàng)制與利用 根據(jù)不同時(shí)期、不同生態(tài)區(qū)骨干親本遺傳構(gòu)成特點(diǎn)，結(jié)合骨干親本基礎(chǔ)遺傳圖譜以及重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因變異類型及其不同組合方式的遺傳效應(yīng)，篩選、創(chuàng)制對(duì)未來 5～ 10年 水稻、小麥、玉米等 主要糧食作物育種與生產(chǎn)具有重要促進(jìn)作用的候選骨干親本，并通過育種實(shí)踐予以驗(yàn)證。 分析重要基因和基因序列變異 2~3 個(gè)。 初步提出利用骨干親本基因型數(shù)據(jù)和表型數(shù)據(jù)開展 水稻、小麥、玉米 候選骨干親本選育以及最佳親本組配的算法；初步提出綜合評(píng)估候選骨干親本和改良現(xiàn)有骨干親本的技術(shù)方法。 培 養(yǎng)博士研究生 3～ 5 名，碩士研究生 6～ 8 名。 第二年度： 研究?jī)?nèi)容： 骨干親本 關(guān)鍵基因組區(qū)段構(gòu)成的 解析與演變趨勢(shì) 以骨干親本（包括已有的骨干親本和正在形成的骨干親本）及其衍生品種為材料，開展多個(gè)生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以系統(tǒng)研究不同時(shí)期骨干親本中發(fā)揮關(guān)鍵作用的基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的構(gòu)成及其組合方式，闡明不同時(shí)期、不同生態(tài)區(qū)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)建骨干親本的基礎(chǔ)遺傳圖譜。 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。 候選骨干親本篩選、創(chuàng)制與利用 根據(jù)不同時(shí)期、不同生態(tài)區(qū)骨干親本遺傳構(gòu)成特點(diǎn)，結(jié)合骨干 親本基礎(chǔ)遺傳圖譜以及重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因變異類型及其不同組合方式的遺傳效應(yīng)，篩選、創(chuàng)制對(duì)未來 5～ 10年 水稻、小麥、玉米等 主要糧食作物育種與生產(chǎn)具有重要促進(jìn)作用的候選骨干親本，并通過育種實(shí)踐予以驗(yàn)證。 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。 提出利用骨干親本基因型數(shù) 據(jù)和表型數(shù)據(jù)開展 水稻、小麥、玉米 候選骨干親本選育以及最佳親本組配的算法；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，并付諸實(shí)踐。 培養(yǎng)博士研究生 5～ 7 名，碩士研究生 8～ 10 名。 第三年度： 研究?jī)?nèi)容： 骨干親本 關(guān)鍵基因組區(qū)段構(gòu)成的 解析與演變趨勢(shì) 以骨干親本（包括已有的骨干親本和正在形成的骨干親本）及其衍生品種為材料，開展多個(gè) 生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以系統(tǒng)研究不同時(shí)期骨干親本中發(fā)揮關(guān)鍵作用的基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的構(gòu)成及其組合方式，闡明不同時(shí)期、不同生態(tài)區(qū)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)建骨干親本的基礎(chǔ)遺傳圖譜。 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。 候選骨干親本篩選、創(chuàng)制與利用 根據(jù)不同時(shí)期、不同生態(tài)區(qū)骨干親本遺傳構(gòu)成特點(diǎn)，結(jié)合骨干親本基礎(chǔ)遺傳圖譜以及重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因變異類型及其不同組合方式的遺傳效應(yīng)和分子設(shè)計(jì)模型，篩選、創(chuàng)制對(duì)未來 5～ 10年 水稻、小麥、玉米等 主要糧食作物育種與生產(chǎn)具有重要促進(jìn)作用的候選骨干親本，并通過育種實(shí)踐予以驗(yàn)證。 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。 初步建立 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，并付諸實(shí)踐。 培養(yǎng)博士研究生 5～ 7 名，碩士研究生 10～ 12 名。 第四年度： 研究?jī)?nèi)容： 骨干親本 關(guān)鍵基因組區(qū)段構(gòu)成的 解析與演變趨勢(shì) 以骨干親本（包括已有的骨干親本和正在形成的骨干親本）及其衍生品種為材料，采用表型組學(xué)、遺傳學(xué)和基因組學(xué)等分析技術(shù)，研究不同時(shí)期骨干親本中發(fā)揮關(guān)鍵作用的基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的構(gòu)成及其組