水稻重要农艺性状的功能基因组和分子基础研究

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1、项目名称：水稻重要农艺性状的功能基因组和分子基础研究首席科学家：薛勇彪中国科学院遗传与发育生物学研究所起止年限：2005.12至2010.11依托部门：中国科学院一、研究内容本项目将在前一期973项目取得成果的基础上，结合国内外水稻基因组研究的新进展，进一步凝练科学目标，以我国水稻生产中的重大需求为导向，以功能基因组研究为主要手段，重点开展水稻重要农艺性状的分子基础的研究。主要内容包括：株型发育的基因调控、育性的分子控制、胚乳发育和种子形成、淀粉代谢的功能基因组、重要农艺性状的比较基因组、光温胁迫的

2、功能基因组和重要农艺性状的分子改良。二、预期目标1、总体目标：通过项目的实施，保持和提升我国在水稻基因组研究的国际地位和竞争力，加强我国农业科技自主创新能力，培养和造就一批高水平的植物生命科学研究人才，建立我国水稻分子改良的理论和技术体系，指导水稻品种的分子改良。2、五年预期目标克隆50个左右的水稻重要功能基因，阐明2－3个重要农艺性状控制的分子机理，建立高效水稻杂交育种和分子育种体系和培育一批具有重要应用前景的遗传改良品系。获得具有重要应用前景的功能基因专利25项，发表高水平论文100篇左右（累计

3、影响因子400以上）。三、研究方案1、学术思路针对我国水稻生产中迫切需要解决的高产、优质和抗逆等问题，本项目以重要农艺性状为对象，综合应用分子遗传学、发育生物学、生物化学和功能基因组学等多学科交叉的手段，研究水稻株型、育性、种子形成，淀粉代谢调控和光温胁迫应答的分子机理，克隆鉴定相关的关键基因并阐明其功能，为解决我国水稻优良品种培育中的重大理论和技术问题提供创新性研究成果。2、技术途径本项目将根据研究任务和目标，充分利用已有的水稻基因组和功能基因组研究的资源和信息平台，主要以遗传学、分子生物学、发育

4、生物学、生物化学和功能基因组学等为主要研究手段，开展水稻株型、育性、种子形成，淀粉代谢和环境胁迫等主要农艺性状的分子控制机理的研究。采用的主要研究路线有四个：第一，重要功能基因克隆及其作用网络的研究；第二，重要农艺性状的功能基因组研究；第三，杂交育种技术的改良和完善；第四，重要农艺性状的分子改良。通过发挥我们已有研究工作基础以及研究队伍的技术特点，阐明水稻重要农艺性状分子控制的机理，为分子改良和设计重要农艺性状奠定理论和技术基础，推动我国育种科学的可持续发展，并对解决重要的植物科学中复杂性状调控的问

5、题做出贡献。根据研究内容本项目由7个课题组成，每个课题组设1－2名课题负责人协助项目负责人进行课题的管理和各个课题间以及参加课题的有关单位间的协调。3、创新点和特色水稻已成为禾本科植物研究的模式植物，特别是全基因组序列的完成，相关的数据呈指数级增加，产生了海量的数据，为功能基因组研究奠定了坚实基础，已经成为国际植物科学的前沿领域。本项目的主要创新点与特色在于以下几个方面：(1)密切围绕我国水稻生产中的关键问题，集中了全国水稻育种、分子生物学、比较基因组学、生物信息学等领域中的优势力量和资源，充分利用

6、国内外可利用的水稻基因组信息资源和多学科交叉手段，对水稻重要农艺性状调控的分子机制有系统、全面、深入的阐明。(2)以控制重要农艺性状的功能基因为基础，提出了包括超级稻在内的水稻等作物产量、品质和抗逆性分子改良的思路和途径。(3)在已具备的国际竞争力基础上，进一步提高和加强我国农业科技的自主创新能力。2001年中国科学院启动了重大创新行动计划项目“水稻基因组测序和重要农艺性状功能基因组研究”，主要开展水稻基因组精细图绘制和4号染色体精确测序的工作，同时涉及一些基因克隆和表达的研究；同年启动的国家863

7、计划科技重大专项“水稻高产等重要农艺性状的功能基因组研究”主要集中在突变体库，基因芯片，全长cDNA克隆的平台建设和重要功能基因克隆等方面，注重规模化功能基因组研究的平台建设，而本项目则是紧紧围绕与产量、品种和抗逆性等密切相关的重要农艺性状开展功能基因组研究，注重系统集成和分子机理研究，旨在阐明复杂性状的形成机理，为其分子改良提供理论和技术支持。根据研究内容本项目由7个课题组成，每个课题组设1－2名课题负责人协助项目负责人进行课题的管理和各个课题间以及参加课题的有关单位间的协调。子课题1、株型发育的

8、基因调控（负责人：李家洋）1、主要目标获得10个左右具有我国自主知识产权的控制水稻水稻株型（包括分蘖、分蘖角度、叶片性状、穗部性状、穗粒大小、落粒性和根部性状等）的重要功能基因，阐明水稻株型控制的分子机理。2、主要研究内容(1)与MOC1相互作用的基因和调控网络的研究以及GRAS基因家族的功能基因组学研究。(2)控制水稻分蘖角度和叶片性状的基因调控的研究(3)影响水稻穗大小和穗形态的基因的克隆和功能研究(4)控制水稻穗粒大小（千粒重）和落粒性基因的克隆和基因调控的研究