cb100200水稻高产优质等重要性状的分子机制和设计育种研究

项目名称：水稻高产、优质等重要性状的分子机制

和设计育种研究

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：2011.1至2015.8

依托部门：中国科学院

二、预期目标

1、本项目的总体目标：

通过项目的实施，保持和提升我国在水稻基因组和分子育种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水稻科学研究的专门人才，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3－5个重要农艺性状控制的分子机理，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;建立高效水稻杂交育种和分子育种体系，培育一批具有重要应用前景的遗传改良品系和有重大应用前景的分子改良品种1-2个。

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设计和改良。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题做出贡献。

根据研究内容本项目由6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。

四、年度计划

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和分子生物学研究的新进展，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，以功能基因组和分子生物学研究为主要手段，重点开展水稻高产、优质等重要性状的分子机制和设计育种研究。主要内容包括：株型发育的分子机制和设计、品质性状形成的分子调控网络和设计、雄性和雌性不育分子机理与杂种优势利用、耐寒等重要抗逆性的分子机制研究、重要农艺性状优良基因的深度挖掘、以及分子设计和多基因组装育种。具体内容包括：

1）株型发育的分子机制和设计：系统研究并初步阐明水稻株型发育的分子机理，在已获得和新的控制分蘖数量、分蘖角度、叶片性状、穗粒大小等株型相关重要功能基因的基础上，开展它们在水稻高产相关株型分子设计和组装育种研究。

2）品质性状形成的分子调控网络和设计：借助分子生物学和生物化学等方法，分析不同水稻淀粉合成相关酶基因在基因组、转录组以及修饰组水平的遗传表达差异，揭示其功能，初步阐明淀粉合成和降解以及蔗糖运输的分子机理，利用已有和新的淀粉品质相关重要功能基因开展稻米品质的分子标记辅助和设计育种。

3）雄性和雌性不育分子机理与杂种优势利用：克隆水稻雄性和雌性不育基因的基础上，阐明其分子作用机理。通过将不育基因与自主创建的化学诱导表达启动子结合，研究不育基因在水稻杂种优势利用中的新途径与技术体系，培育新的不育系和恢复系以及杂交稻新组合等。

4）耐寒等重要抗逆性的分子机制研究：以耐低温、抗寒水稻为材料，利用系统生物学、分子生物学等手段，研究低温信号诱导表达的基因，探索它们与水稻耐寒适应性形成间的关系，通过分子标记和转基因技术等培育水稻抗寒性新品系。

5）重要农艺性状优良基因的深度挖掘：利用新一代DNA测序技术进行高通量、大规模测序的分析，完成数百个自然变异的水稻地方品种和重要主骨干亲本的重测序，系统分析优良栽培稻种及重要野生稻种中存在的优良等位基因变异，获得有应用价值的优良基因，并用于水稻重要农艺性状的分子设计和多基因组装育种。

6）分子设计和多基因组装育种：利用现代作物育种新技术手段，构建用于水稻分子设计和多基因组装育种研究的材料平台和技术体系，并应用于水稻品种改良，育成一批有显示度的水稻新品系和品种。