为第二次“绿色革命”发掘基因资源：国家重点基础研究发展规划项目“农作物核心种质构建、重要新基因发掘与有效利用研究”总体设计及研究进展

作物种质资源是控制作物性状的基因载体,是作物育种及其相关学科的生命物质基础.如何从丰富的种质资源中快速、准确地鉴定出育种上迫切需要的新的优异基因,是我国作物育种的急需与作物种质资源迫切需要解决的一个重要科学问题.我国农业上的第二次"绿色革命"应以培育"少投入、多产出、保护环境"的新品种为突破口.因此本项目以发掘抗旱、抗病(虫)、肥料高效利用及优质基因为研究重点.我们将植物基因组学的原理和方法应用于基因资源研究,提出了核心种质构建→重要新基因发掘→基因克隆的技术路线.项目近两年取得如下进展(1)明确了建立核心种质的策略与方法,建立起了水稻、小麦、大豆初级核心种质.(2)明确了新基因发掘的方法,构建了一批基因作图群体.(3)已克隆到水稻抗白叶枯病候选基因.     

建设国家农作物基因资源与基因改良重大科学工程势在必行

 由于人口迅速增长、资源短缺、环境恶化以及市场消费需求的不断增加, 我国的粮食生产面临越来越严峻的挑战。据测算, 到2030年前后我国人口将达到16亿多的高峰值, 按人均400公斤的温饱型年最低消费水平计算, 届时全国年需消费谷物将至少达到6400亿公斤, 以粮食问题为核心的我国农业面临巨大压力。这就要求我国农业科技必须大发展, 要进行一次新的农业科技革命, 而农业生物技术就是这场新的农业科技革命的核心与支柱。     

我国普通小麦核心种质的构建及遗传多样性分析

用分布于21个连锁群上的78个微卫星标记(SSR), 对我国5029份普通小麦初选核心种质进行基因型分析, 收集了40万条SSR数据. 以此为基础, 采用适当调整的分层分组代表性取样法(即分区取样时, 对材料遗传多样性高的地区略增加取样量, 反之略减少取样量; 著名品种、重要育种亲本和携带稀有等位变异的材料优先入选), 构建了由1160份材料组成的小麦核心种质(库), 其中地方品种762份、育成品种348份、国外引进品种50份. 核心种质占初选核心种质的23.1%, 占整体种质(23090份)的5%, 遗传代表性估计值为91.5%. 核心种质中地方品种的遗传多样性明显高于育成品种. 群体遗传结构及主坐标分析均显示我国地方品种和育成品种是两个相对独立的组群. 来源于不同生态区的地方品种遗传分化十分明显, 而育成品种分化相对较弱. 此外还构建了由231份材料组成的微核心种质, 其占整体种质的1%, 但遗传代表性估计值接近70%. 最后就核心种质构建的意义和取样策略进行了讨论.     

建设国家农作物基因资源与基因改良重大科学工程势在必行

由于人口迅速增长、资源短缺、环境恶化以及市场消费需求的不断增加 ,我国的粮食生产面临越来越严峻的挑战。据测算 ,到２０３０年前后我国人口将达到１６亿多的高峰值 ,按人均４００公斤的温饱型年最低消费水平计算 ,届时全国年需消费谷物将至少达到６４００亿公斤 ,以粮食问题为核心的我国农业面临巨大压力。这就要求我国农业科技必须大发展 ,要进行一次新的农业科技革命 ,而农业生物技术就是这场新的农业科技革命的核心与支柱。一、我国农业与农村经济持续发展对农业生物技术的需求１．进一步提高农作物产量的需求提高农作物产量尤其是单…     

来自长穗偃麦草的抗小麦条锈病基因的定位

对一套小麦_长穗偃麦草二体代换系进行了条锈病抗性鉴定、抗性遗传和生化分析 .结果表明 ,长穗偃麦草携带有新的抗小麦条锈病基因 ,位于 3E染色体上 ,在小麦背景中呈显性遗传 ,暂定名为YrE .长穗偃麦草编码的酯酶_5结构基因位于 3E染色体上 ,暂命名为Est_E5 .F2 群体分析发现Est_E5与抗病基因YrE呈共分离 ,表明Est_E5是检测 3E染色体及其携带的抗条锈病基因较理想的生化标记位点 .单体代换系 3A/3E和 3D/3E中 3E染色体通过自交的传递率显著高于 3B/3E中 3E通过自交的传递率 ,可能与E基因组和小麦A ,B ,D基因组的遗传分化程度有关 .     

来自长穗偃麦草的抗小麦条锈病基因的定位

对一套小麦－长穗偃麦草二体代换系进行了条锈病抗性鉴定，抗性遗传和生化分析，结果表明，长穗偃麦草携带有新的抗小麦条锈病基因，位于３Ｅ染色体上，在小麦背景中呈显性遗传，暂定名为ＹｒＥ，长穗偃麦草编码的酯酶－５结构基因位于３Ｅ染色体上，暂命名为Ｅｓｔ－Ｅ５．Ｆ２群体分析发现Ｅｓｔ－Ｅ５与抗病基因ＹｒＥ呈共分离，表明Ｅｓｔ－Ｅ５是检测３Ｅ染色体及其携带的抗条锈病基因较理想的生化标记位点。     

基于抑制消减杂交方法的小麦抗白粉病相关基因表达谱

以抗白粉病品系“百农3217×Mardler”BC_5F_4为材料,构建了一个白粉病菌接种初期的抑制消减杂交cDNA文库,获得760条表达序列标签（expressed sequence tags, EST）.在 GenBank上进行BLASTn与 BLASTx分析,结合文库高密度点阵膜的杂交差示筛选,获功能已知的抗病相关EST 65种,199条.通过分析抗病相关基因表达谱,推测 SA（salicylic acid）信号传递系统、MAP相关信号传递系统等参与了小麦抗白粉病过程.SAR（systemic aquired resistance）系统基因在表达谱中的种类与数量最多.伴随着细胞防卫反应的启动,细胞保卫机制也被激活,抗氧化物质基因大量表达.较多证据证明苯丙烷代谢途径参与了抗白粉病植保素的合成;检测到几种细胞壁结构修饰酶和抑制病原菌生长的蛋白酶抑制因子.以半胱氨酸蛋白酶为主的几种蛋白酶基因在已知功能EST中有一定的表达频率.     

尾状山羊草C基因组特异重复序列的克隆

pAeca 2 1 2序列长 2 0 4bp ,G +C含量为 5 1 % ,除着丝点和次缢痕外 ,它散布于C基因组的 7对染色体上 .与基因库登记注册的 31 6 893个DNA序列进行的同源性比较表明 ,它是尾状山羊草C基因组的一个新的散布特异重复序列 .在供试的禾本科植物中 ,除黑麦外 ,pAeca 2 1 2与其他基因组几乎无杂交信号 ,是研究小麦族起源与进化及C染色质检测的一个有效的分子标记 .     

用微卫星标记定位一个未知的小麦抗条锈病基因

条锈病抗生鉴定和遗传分析表明，小麦品系Ｒ５５携带一个显性抗条锈病基因；用微卫星标记和Ｆ３分离群体分组分析法研究表明，该抗条锈病基因们于小麦１Ｂ染色体短臂上，与微卫星分子标记ＷＭＳ１１－１９３ｂｐ，ＷＭＳ１８－１８４ｂｐ紧密连锁，遗传距离均为１．９ｃＭ；据抗源的系谱、亲本抗性及基因位点分析，该基因来源于圆锥小麦，不同于已知的小麦抗条锈病基因，以ＰＣＲ为基础的微卫星标记可方便地用于小麦育种辅助选择。     

我国农作物生物技术的成就与展望

自1983年人类首次获得转基因烟草、马铃薯以来,植物基因工程技术在世界范围内取得了飞速的发展,转基因植物的研究和开发取得了一系列令人瞩目的进展,已培育成功一批抗虫、抗病、耐除草剂和高产优质的农作物新品种.与此同时,农作物基因工程产业化的步伐在各国政府的大力参与下正在加快,预计在下个世纪初期将成为经济的支柱产业之一.近几年,美国、欧洲、日本等发达国家为加强基因工程的研究和开发,相继制订了一些利于其发展的新政策,如美国的"面向21世纪的生物技术",欧洲的"尤里卡计划",日本的"官、产、学一体化推进21世纪的生物技术计划",都把农业生物技术列为优先发展领域.农作物基因工程由于应用体外重组DNA技术将动物、植物、微生物的基因相互转移,打破了物种之间基因交流的天然屏障,因此无论在基础研究还是在应用开发方面都取得了相当的成就,其研究成果正在越来越多地应用于农业生产,深刻影响着农业的生产方式和效益,并日益显示出其解决人类所面临的环境恶化、资源匮乏、效益衰减等问题的巨大作用.