【基金标书】2010CB126600-重要热带作物木薯品种改良的基础研究.doc

项目名称:
重要热带作物木薯品种改良的基础研究
首席科学家:
彭明中国热带农业科学院热带生物技术研究所
起止年限:
2010年1月-2014年8月
依托部门:
农业部海南省科技厅
一、研究内容
1、木薯淀粉高效累积的分子基础
采用块根淀粉率差异显著的木薯品系,监测其块根发育的生物学全过程,采用转录组、全长cDNA文库、miRNA和基因芯片等先进的分析手段,寻找木薯淀粉高效累积的主要代谢途径,发掘关键基因,建立相关候选基因间的调控网络。通过对木薯淀粉积累重要时间节点的转录组和全长cDNA文库分析,筛选淀粉高效累积相关的候选基因并获得其全长序列克隆;通过miRNA测序及其靶基因预测分析,发现淀粉高效累积相关的miRNA及其靶基因(Target genes);通过基因芯片杂交,解析淀粉高效累积相关候选基因和miRNA的时空表达谱。综合候选基因,miRNA及其靶基因和表达谱信息,利用基因网络分析平台,构建木薯淀粉高效累积的基因调节网络并发现关键节点基因。进而,利用木薯全基因组序列,将淀粉高效累积的相关基因定位到基因组物理图谱,比较分析这些基因在高淀粉品系、低淀粉野生种和糖木薯3个基因组中的差异,揭示这些功能基因在进化中的结构演化关系。通过比较基因组学的方法,发掘木薯近缘作物光合产物形成与分配的关键基因及其共性机制。从而,建立木薯及其近缘作物光合产物高效累积的理论基础。
2、木薯逆境适应的调控机理
选择对干旱、土壤贫瘠耐性和敏感的木薯基因型,完成诱导和非诱导胁迫处理的生物学过程,测定两个处理的转录组和miRNA表达信息,分别获得mRNA基因的表达类型及其丰度信息和木薯逆境诱导表达的miRNA,并根据miRNA基因序列,预测miRNA调控的靶基因(Target genes)。通过基因芯片杂交及分析,获得木薯抗逆相关候选基因和miRNA的时空表达谱,构建木薯逆境适应的基因调节网络并发现关键节点基因。对关键基因进行差异表达分析和miRNA与靶基因相互作用分析。将关键抗逆基因定位到物理图谱,
并利用拟南芥等的转基因方法对其中若干重要基因进行功能验证,为木薯抗逆遗传改良提供新的基因资源。此外,通过比较基因组学的方法,发掘木薯近缘作物抗旱耐贫瘠的关键基因,鉴定抗性同源基因在近缘物种间的重要结构域和进化规律,寻找逆境适应的共性机制。
3、木薯重要基因的功能验证与分析
建立在相对成熟的木薯遗传转化体系基础上,采用基因敲除和过表达策略,将木薯光合产物高效累积及逆境适应途径中的关键基因转入木薯,获得转基因植株。通过对转基因植株的生理生化和分子生物学分析,进一步阐明这些关键基因在相关代谢途径中的作用机理。同时创造具有不同淀粉品质和抗逆特征的木薯新种质。
4、木薯分子育种技术集成与种质创新
综合运用形态学、植物生理生化和分子标记等实验手段,筛选分别具有高产、优质、抗逆特征的木薯核心种质;利用全基因组序列和关键代谢途径表达基因(EST)开发大量SNP、EST-SSR等分子标记,构建高密度分子遗传图谱,整合物理图谱,定位重要经济、抗逆性状的QTL,建立实用的分子标记辅助育种技术体系;发展细胞原生质体融合杂交育种、转基因育种等新方法。将育种新技术融合到传统的木薯杂交育种体系,建立亲本杂交-分子\细胞育种-田间选择的现代育种技术体系,快速、高效培育高产、抗逆且具有不同淀粉品质特征的专用型木薯新品种(系)。
二、预期目标
1、总体目标
通过项目的实施,以木薯为热带作物典型材料,探索其淀粉高效累积和抗逆的分子遗传基础,解析木薯光合产物高效积累的基因调控模式,揭示其淀粉持续高效累积的生物学基础和逆境适应的分子机制,旨在解决热带作物光合产物高效累积的关键性基础理论问题;发掘具有应用价值的基因资源和分子标记,发展新的分子育种综合技术,为木薯新品种培育奠定坚实的应用理论基础。建设一支高水平的研究团队,推动木薯及热带作物产业的可持续发展。
2、五年预期目标
阐明木薯淀粉高效累积的主要代谢途径,及抗旱、耐贫瘠等逆境的分子机理;
发掘关键基因、新的miRNAs及其靶基因,构建多层次的表达调控网络;
验证光合产物高效累积及抗旱、耐贫瘠6-10个重要基因的功能;
阐述木薯及近缘作物光合产物积累和抗逆的共性机制;
整合木薯物理图谱与遗传图谱,并开发2000个以上木薯SNP 和SSR标记;
建立分子育种与传统育种相结合的育种体系,培育出高产抗逆的木薯新种质或新品系6-10个;
发表高质量学术论文30-40篇,累计影响因子100点以上;
培养硕士、博士研究生50-60名;
建立多学科交叉的木薯研究创新团队;
建立权威的木薯基因组学数据库和应用平台。
三、研究方案
1、学术思路,技术路线及可行性
项目围绕2个关键科学问题和总体目