【正文】 譜和 BAC 文庫，構(gòu)建基因組精細(xì)圖；完善基因組注釋、對基因進(jìn)行預(yù)測和分類，批量開發(fā)功能基因；開展牡蠣、扇貝和珍珠貝基因組的比較研究；規(guī)模開發(fā)貝類 SNP 標(biāo)記，建立牡 蠣等貝類高密度遺傳圖譜。定位目標(biāo)性狀基因 /QTL，明確基因型與表型關(guān)系。 二、預(yù)期目標(biāo) （一）總體目標(biāo) 完成牡蠣基因組的全面解析及其與扇貝和珍珠貝基因組比較研究，明確貝類基因組的結(jié)構(gòu)和特征；批量篩選功能基因和 SNP 標(biāo)記，構(gòu)建高密度遺傳圖譜；發(fā)掘生長、發(fā)育、抗性和珍珠質(zhì)形成等性狀相關(guān)的關(guān)鍵基因，研究和驗(yàn)證基因的功能和調(diào)控機(jī)制，揭示性狀的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)；開展分子設(shè)計(jì)育種技術(shù)途徑研究，為分子設(shè)計(jì)育種 提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。 篩選貝類生長、發(fā)育、抗性和珍珠質(zhì)形成等相關(guān)的關(guān)鍵基因，闡明其功能和調(diào)控機(jī)制，解析性狀的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)；闡明基因與性狀的關(guān)聯(lián)性。 取得一批國際一流成果，造就一批學(xué)科領(lǐng)軍人才，凝煉一支具高度創(chuàng)新能力的研究團(tuán)隊(duì)。 重要經(jīng)濟(jì)性狀的分子解析及網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機(jī)理研究 定位重要經(jīng)濟(jì)性狀相關(guān)的功能基因 /QTL 200300 個(gè)，分析 QTL 的效應(yīng)；篩選 150200 個(gè)與重要經(jīng)濟(jì)性狀緊密相關(guān)的功能基因，闡明 60100 個(gè)重要性狀關(guān)鍵基因的功能和調(diào)控機(jī)制，提 出 510 個(gè)基因調(diào)控模型；篩查 1015 個(gè)功能 SNP多態(tài)分子標(biāo)記，明確其對性狀的遺傳效應(yīng)，建立基因型與表型的關(guān)系。 培養(yǎng)和建立一支國際一流的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，獲得一批具自主知識產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)成果 造就一批在國內(nèi)外頗有影響力的中青年學(xué)科帶頭人，打造一支以中青年為主體具高度自主創(chuàng)新能力的團(tuán)隊(duì)；培養(yǎng)碩士 100 名，博士 80 名、 博士后 20 名以上。 三、研究方案 （一）學(xué)術(shù)思路 本項(xiàng)目 針 對我國 海水養(yǎng)殖 業(yè)良種缺乏，遺傳育種基礎(chǔ)理論 薄弱 的現(xiàn)狀，凝練出貝類基因組 的 結(jié)構(gòu)與特征、重要經(jīng)濟(jì)性狀的分子 解析 和分子設(shè)計(jì) 育種的技術(shù)途徑 等重大科學(xué)問題。各課題研究內(nèi)容既各有側(cè)重、又相互關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)有序銜接和支撐的有機(jī)體；既有重大基礎(chǔ)理論研究，又有核心技術(shù)研發(fā)，符合生命科學(xué)領(lǐng)域重要基礎(chǔ)理論發(fā)展和重大關(guān)鍵技術(shù)突破相伴產(chǎn)生的規(guī)律，易形成重大成果。 通過牡蠣全基因組序列及其與扇貝、珍珠貝基因組的比較研究， 全面了解貝類基因組結(jié)構(gòu)與特征；在基因組水平大規(guī)模開發(fā)功能基因和 SNP 等標(biāo)記，明確生長、發(fā)育、抗性和珍珠質(zhì)形成等重要經(jīng)濟(jì)性狀的關(guān)鍵基因、作用機(jī)理和途徑，為剖析重要性狀的分子調(diào)控機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。構(gòu)建基因型和表型性狀關(guān)聯(lián)的GP 模型和相應(yīng)數(shù)據(jù)庫，為貝類分子設(shè)計(jì)育種提供關(guān)鍵 技術(shù) ；對貝類從基因到整體不同層次進(jìn)行設(shè)計(jì)和操作，進(jìn)而在計(jì)算機(jī)平臺上對育種程序中的各種因素和重要經(jīng)濟(jì) 性狀進(jìn)行模擬、篩選和優(yōu)化，提出分子設(shè)計(jì)育種的策略和可行性途徑。借助海洋貝類高繁殖力，可構(gòu)建理想分析群體，以及易于誘導(dǎo)成多倍體等不同類型的遺傳材料，在水產(chǎn)學(xué)和水生生物學(xué)自身學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)上，充分利用牡蠣等全基因組測序完成這一有利條件，結(jié)合生物信息學(xué)等學(xué)科的先進(jìn)研究方法和技術(shù)，開展多學(xué)科交叉研究，發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，借鑒現(xiàn)代生物科學(xué)的新概念、新觀點(diǎn)和新思路以及種植業(yè)、畜牧業(yè)等所取得的成功經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新起步較晚的海水貝類的分子設(shè)計(jì)育種理論和方法，從而帶動和推進(jìn)水產(chǎn)育種領(lǐng)域基礎(chǔ)研 究水平提升，實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。 主要的技術(shù)方法 ： 貝類基因組的比較與功能基因批量發(fā)掘 利用傳統(tǒng) Sanger 技術(shù)和第二代測序技術(shù)，并結(jié)合物理圖譜和 BAC 文庫末端測序，對 基因組序列進(jìn)行 組裝和拼接，構(gòu)建牡蠣全基因組精細(xì)圖譜；結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測序，利用 Genscan、 GO 和 KEGG 等工具進(jìn)行基因預(yù)測和注釋；采用 Blast、PAML、 KaKs_Calculator 等工具，比較牡蠣、扇貝 和 珍珠貝基因組序列，篩選出重要經(jīng)濟(jì)性狀相關(guān)的批量功能基 因。 貝類生長和發(fā)育的關(guān)鍵基因及其網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機(jī)制 利用比較基因組學(xué)和生物信息學(xué)方法，基于牡蠣等全基因組序列信息篩查生長發(fā)育相關(guān)候選基因；應(yīng)用不同發(fā)育階段基因表達(dá)譜、蛋白質(zhì)組學(xué)等篩選鑒定參與調(diào)控貝類生長發(fā)育的關(guān)鍵功能基因， 利用 RNA 干擾、酵母雙雜交等技術(shù)查清基因信號通路及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)；應(yīng)用連鎖分析和關(guān)聯(lián)分析，開展生長發(fā)育性狀相關(guān)的 QTL 定位，應(yīng)用候選基因法獲得生長發(fā)育相關(guān)基因的功能 SNP 標(biāo)記， 并確定基因型和表型的關(guān)系 。 貝類珍珠質(zhì)形成的關(guān)鍵基因及其網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機(jī)制 利用比較基因組學(xué)和生物信息學(xué)方法，基于牡蠣等全基因組序列信息，篩選珍珠質(zhì)形成相關(guān)的功能基因，采用 cDNA 微陣列等技術(shù)研究功能和表達(dá)；利用體外轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合實(shí)驗(yàn)（ EMS）、免疫共沉淀、 RNAi 和酵母雙雜交等技術(shù)研究功能基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)理及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路；利用體外碳酸鈣結(jié)晶和免疫金標(biāo)等技術(shù)研究基質(zhì)蛋白對珍珠質(zhì)形成的調(diào)控作用；采用相關(guān) /關(guān)聯(lián)分析，開展生長性狀相關(guān)的 QTL 定位，鑒定功能性 SNP 位點(diǎn)， 確定單倍型與優(yōu)質(zhì)珍珠形成的關(guān)系。 （三）創(chuàng)新點(diǎn)與特色 對 貝類基因組結(jié)構(gòu) 與特征得到全新認(rèn)識 率先建立 全基因組序列 圖譜，解析牡蠣等貝類基因組結(jié)構(gòu)與特征，規(guī)模發(fā)掘功能基因和 SNP 標(biāo)記，構(gòu)建高密度遺傳圖譜。 良種分子設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)取得突破 查清基因單倍型與性狀的對應(yīng)關(guān)系，構(gòu)建基因型和表型性狀關(guān)聯(lián)的 GP 模型和相應(yīng)數(shù)據(jù)庫，從基因到整體不同層次進(jìn)行 設(shè)計(jì)和操作，研發(fā)貝類模擬育種 技術(shù) 平臺。在貝類已有的工作基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目借鑒種植業(yè)、畜牧業(yè)已取得的成功經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮貝類育種的材料優(yōu)勢，能確保實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)。上述技術(shù)研發(fā)為項(xiàng)目 實(shí)施和取得預(yù)期成果 提供了方法學(xué)支撐。已率先開展了牡蠣 等 的 全基因組序列分析，進(jìn)行 了櫛孔扇貝大規(guī)模 de novo 轉(zhuǎn)錄譜分析，篩查了大量的 SNP 和 SSR 標(biāo)記，構(gòu)建了多種貝類的遺傳連鎖圖譜，克隆了上百個(gè)重要性狀的貝類功能基因，建 立了貝類 BLUP 育種體系和性狀數(shù)據(jù)庫， 培育 了牡蠣、扇貝和珠母貝數(shù)百個(gè)不同性狀的家系，初步開展了重要經(jīng)濟(jì)性狀的基因定位和遺傳解析。 已建成一支高素質(zhì)的研究團(tuán)隊(duì) 經(jīng)過國家多年的連續(xù)支持，在國內(nèi)已經(jīng)形成以中國科學(xué)院海洋研究所、中國海洋大學(xué)、廈門大學(xué)、中國科學(xué)院南海海洋所 、 清華大學(xué) 、海南大學(xué)、深圳華大基 因研究院 等單位為主的基因組學(xué) 、生物信息學(xué)和 貝類 遺傳育種學(xué)基礎(chǔ)研究和技術(shù) 研 發(fā) 團(tuán)隊(duì)，培育出一批在國際上有影響的學(xué)術(shù)帶頭人，凝練了一支有很好合作基礎(chǔ)、高素質(zhì)、強(qiáng)創(chuàng)新能力的研究團(tuán)隊(duì)。 廣泛的國際合作基礎(chǔ) 本項(xiàng)目的主要學(xué)術(shù)骨干同美國、法國等同行專家建立了良好的合作關(guān)系，在相關(guān)領(lǐng)域 深入開展了實(shí)質(zhì)性合作研究。通過國際合作和學(xué)術(shù)交流，有利于項(xiàng)目的順利實(shí)施和預(yù)期成果的取得。圍繞生長發(fā)育， 抗性和珍珠質(zhì)形成 等重要經(jīng)濟(jì)性狀的分子解析，設(shè)置了 3 個(gè)課題，以 篩選和驗(yàn)證 重要性狀 的關(guān)鍵基因，研究其作用機(jī)理和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，定位目標(biāo)性狀基因 /QTL，明確基因型與表型關(guān) 系 。 整個(gè)項(xiàng)目針對 3 個(gè)科學(xué)問題，課題格局為 1 結(jié)構(gòu)，從總體上構(gòu)成了層層遞進(jìn)、相互銜接的有機(jī)整體。六個(gè)課題的設(shè)置以及與科學(xué)問題的對應(yīng)關(guān)系見圖 2。 2）基因組注釋以及重要性狀相關(guān)基因的規(guī)模篩選 ：確定貝類基因組特征，實(shí)現(xiàn)基于 GO 和 KEGG 的基因功能注釋與分類； 批量篩選出與生長、抗逆和珍珠質(zhì)形成等重要經(jīng)濟(jì)性狀相關(guān)的候選基因 。 4）知識產(chǎn)權(quán)與人才培養(yǎng) ：發(fā)表 SCI 論文 30 篇，其中影響因子 ? 論文 2篇，頂級刊物 發(fā)表研究論文 1 篇，專利 8 個(gè)，培養(yǎng)碩士研究生 15 名、博士研究生 10 名和博士后 3 名。 2）牡蠣全基因組注釋及功能基因的規(guī)模開發(fā) ：借助生物信息學(xué)分析軟件，對全基因組圖譜進(jìn)行基因組結(jié)構(gòu)分析、基因功能注釋 與 分類，開展轉(zhuǎn)錄組研究，豐富已有的 EST 和 cDNA 資源，規(guī)模開發(fā)功能基因。 經(jīng)費(fèi)比例： 21% 承擔(dān)單位： 中國科學(xué)院海洋研究所、深圳華大基因研究院 課題負(fù)責(zé)人： 張國范 學(xué)術(shù)骨干： 鄭洪坤、張素萍、張海濱、王曉通、許飛、蔣智、吳震州 課題 貝類 SNP 規(guī)模發(fā)掘與高密度遺傳圖譜的構(gòu)建 預(yù)期目標(biāo)： 1） SNP 標(biāo)記開發(fā) ：開發(fā)貝類 6000 個(gè)以上 SNP 標(biāo)記； 2） 遺傳圖譜構(gòu)建 ：構(gòu)建牡蠣 等 高密度遺傳圖譜，標(biāo)記間距離小于 1cM； 3） 知識產(chǎn)權(quán)與人才培養(yǎng) ：發(fā)表 SCI 論文 30 篇 ，其中影響因子 ? 論文 2 篇，專利 35 項(xiàng)， 培養(yǎng)博士研究生 15 名，碩士研究生 8 名，博士后 2 名。 2）貝類的高密度遺傳圖譜構(gòu)建 選擇 SNP 等標(biāo)記，利用參考家系，構(gòu)建牡蠣、扇貝和珍珠貝高密度的遺傳連鎖圖譜。 2）功能基因 鑒定 ： 明確 1520 個(gè) 關(guān)鍵基因 在貝類 生長發(fā)育 中的作用 ，提出2 個(gè)生長和變態(tài)基因調(diào)控模型；篩查 35 個(gè)功能 SNP 多態(tài)分子標(biāo)記，明確其對性狀的遺傳效應(yīng)，建立基因型與表型的關(guān)系。 研究內(nèi)容： 1）貝類生長發(fā)育相關(guān)基因 /QTL 的篩選和功能 鑒定 ：利用 QTL 定位和全基因組序列篩選生長相關(guān)基因，運(yùn)用功能 SNP 分析、關(guān)聯(lián)分析、蛋白組學(xué)等技術(shù)方法確定主效基因；利用轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等方法篩選、克隆參與調(diào)控貝類發(fā)育尤其是幼蟲變態(tài)和原生殼形成的關(guān)鍵基因；運(yùn)用生物信息學(xué)、 RNAi 和蛋白質(zhì)組學(xué)等技術(shù)手段對發(fā)育相關(guān)基因進(jìn)行功能 鑒定 。 3）生長發(fā)育基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò) ：利用貝類特定耐性材料，研究生長相關(guān)基因與環(huán)境的互作；采用 RNAi、噬菌體展示和酵母雙雜交等技術(shù)，研究貝類發(fā)育尤其是幼蟲變態(tài)和原生殼形成相關(guān)功能基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路， 闡明其表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。 3）知識產(chǎn)權(quán)和人才培養(yǎng) ：發(fā)表 SCI 論文 50 篇以上，其中影響因子 ? 論文 4 篇，申請國家或國際發(fā)明專利 10 個(gè)以上；培養(yǎng)碩士 20 名，博士 15 名、博士后 3 人以上。 2）抗逆相關(guān)功能基因與表型相關(guān)關(guān)系、作用機(jī)制和調(diào)控機(jī)理 ：篩選、克隆與耐鹽、耐溫相關(guān)的功能基因，分析研究其表達(dá)特征和作用機(jī)理；通過全基因組序列確定耐鹽、耐溫相關(guān)基因；研究候選基因多態(tài)性，篩查 SNP 等分子標(biāo)記；利用特定耐鹽、耐溫的貝類材料，采用連鎖分析、關(guān)聯(lián)分析、轉(zhuǎn)錄 組、蛋白組等技術(shù)方法，開展 QTL 定位，確定耐鹽、耐溫候選功能基因或關(guān)鍵基因與耐性表型相互關(guān)系，進(jìn)行功能驗(yàn)證，解析、闡明關(guān)鍵基因在耐性相關(guān)過程的調(diào)控規(guī)律和網(wǎng)絡(luò)途徑，分析它們在抗性分子設(shè)計(jì)育種中的應(yīng)用途徑。 功能基因驗(yàn)證 ：明確 35 個(gè)功能基因與珍珠質(zhì)量的相關(guān)性，闡明其表達(dá)調(diào)控規(guī)律及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路；確定 45種基質(zhì)蛋白在珍珠質(zhì)形成過程中的調(diào)控作用。 研究內(nèi)容： 1）珍珠質(zhì)形成相關(guān)功能基因的篩選與鑒定 ： 選取生長和珍珠質(zhì)量差異顯著的珍珠囊或不同珍珠貝家系的外套膜組織，通過表達(dá)譜等技術(shù)篩選高差異表達(dá)基因的 EST，并與珍珠貝全基因組序列進(jìn)行同源 性比對，篩選珍珠質(zhì)礦化相關(guān)的功能基因。 3）珍珠質(zhì)形成相關(guān)功能基因的表達(dá)調(diào)控機(jī)制 ：利用 EMS、 RNAi、 DnaseI footprinting 和酵母雙雜交等技術(shù)研究與珍珠質(zhì)量有關(guān)性狀相關(guān)的功能基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控規(guī)律及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路， 闡明相關(guān)功能基因的表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及調(diào)控機(jī)制。 經(jīng)費(fèi)比例： % 承擔(dān)單位： 清華大學(xué)、海南大學(xué) 課題負(fù)責(zé)人： 謝莉萍 學(xué)術(shù)骨干： 顧志峰、李鵬、李玉明、 痲 彩萍、石耀華、王愛民、王嫣、張貴 友 課題 貝類分子設(shè)計(jì)育種的關(guān)鍵技術(shù)研究 預(yù)期目標(biāo)： 1）主要性狀 GP模型 ：構(gòu)建 23個(gè)主要育種性狀的 GP 模型和相應(yīng)數(shù)據(jù)庫； 2）育種模擬技術(shù)平臺 ：完成育種模擬技術(shù)平臺構(gòu)建，能夠?qū)?shí)際育種過程的親本選配和后代選擇提供參考，輔助應(yīng)用于 12個(gè)新品種培育，檢測分子設(shè)計(jì)育種的策略和可行性。 研究內(nèi)容： 1）構(gòu)建主要育種性狀的 GP 模型 ：描述基因和基因、以及基因和環(huán)境間相互作用及其對性狀的效應(yīng)，構(gòu)建基因型和表型性狀關(guān)聯(lián)的 GP模型和相應(yīng)數(shù)據(jù)庫，為貝類分子設(shè)計(jì)育種提供關(guān)鍵元件。 3） 模擬與驗(yàn)證： 實(shí)現(xiàn)模擬育種與實(shí)際分子育種的相互促進(jìn)和驗(yàn)證，建立貝類分子設(shè)計(jì)育種技術(shù)平臺。找尋 SNP 位點(diǎn)和微衛(wèi)星位點(diǎn) ， 優(yōu)化大規(guī)模發(fā)掘 SNP 等標(biāo)記技術(shù)體系；對作圖家系進(jìn)行傳代培養(yǎng)。 （ 3） 開展 扇貝和牡蠣核心種質(zhì)、骨干親本的性狀測量、 SNP 分型和養(yǎng)殖條件參數(shù)監(jiān)測 。 （ 2） 篩選出貝類生長發(fā)育相關(guān)基因70 個(gè) 、抗病功能基因 1015 個(gè)、 與貝類珍珠質(zhì)形成相關(guān)的功能基因510 個(gè) ，建立家系等遺傳育種材料。 （ 4） 完成論文數(shù) 3542 篇，其中 SCI收錄 3541 篇，申請專利 57 項(xiàng) 第 二 年 （ 1）貝類基因組特征解析、基因功能注釋與分類，開展轉(zhuǎn)錄組和表達(dá)譜研究； 作圖家系的傳代培育；開發(fā)SNP 和微衛(wèi)星標(biāo)記；開展部分標(biāo)記的家系分析。 （ 3） 構(gòu)建主要育種性狀的 GP 模型和相應(yīng)數(shù)據(jù)庫 。 （ 2） 分析鑒定 一批與 貝類生長發(fā)育 、抗性性狀 、 貝類珍珠質(zhì)形成相關(guān) 基因，獲得 SNP 分子標(biāo)記 、初步了解相關(guān)基因表達(dá)和調(diào)控模式 。 （ 4）完成論文 4650 篇，其中 SCI收錄 46 篇，申請專利