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“基因组研究与水稻遗传改良”创新团队

信息来源:作物遗传改良国家重点实验室    发布时间:2014-06-04

“基因组研究与水稻遗传改良”团队是国家自然科学基金支持的一支优秀团队,由11名教授、2名副教授组成,包括:张启发教授、周道绣教授、王石平教授、熊立仲教授、牟同敏教授、余四斌教授、何予卿教授、林拥军教授、邢永忠教授、徐才国教授、李香花研究员、吴昌银副教授、练兴明副教授。其中,院士1人(张启发),长江学者特聘教授2人(张启发、周道绣),国家杰出青年基金获得者2人(张启发、熊立仲)。多年来,团队以水稻的基因组研究与遗传改良为总体目标,针对我国水稻生产中的主要问题,建立起一个较为完整的多学科结合的水稻科学研究体系。在基因图谱、杂种优势的生物学基础、种质资源的鉴定和新基因的发掘、重要基因的分离克隆、功能基因组和分子技术育种等研究领域,取得了一系列重要的成果(http://ncpgr.hzau.edu.cn/)。

 

“绿色超级稻”的构想和实践

 

针对我国水稻生产实际,提出了培育“绿色超级稻”的构想和目标。绿色超级稻的主要特点是抗多种病虫害、氮磷高效利用、抗旱、抗逆、高产、优质,从而使水稻生产能够实现“高产高效,资源节约,环境友好”。围绕培育“少打农药,少施化肥,节水抗旱,优质高产”的“绿色超级稻”目标,水稻团队(1)建立了完善的水稻功能基因组研究的技术平台,包括大型T-DNA插入突变体库,基因芯片和全基因组表达谱,全长cDNA文库,生物信息技术和相关数据库;(2)分离克隆了一批功能明确、有重要应用前景的农艺性状基因,包括 Ghd7、GS3、S5、Xa26、xa13、SNAC1/OsNACx、OsbZIP23、OsSKIPa、RID1等;(3)创建了丰富多样的种质资源,进行新基因的发掘;(4)建立了分子标记辅助选择与转基因技术规模化应用的分子技术体系。将基因组研究、遗传资源、分子标记技术和常规育种紧密结合,已培育出初步具有绿色超级稻性状的新品系和新材料。

 

1.水稻大型T-DNA插入突变体库

突变体库是功能基因组研究的重要平台。在国家“863”等项目的支持下,水稻团队构建完成了水稻大型T-DNA插入突变体库,含突变体约27万株系;分离得到T-DNA和Tos17的有效侧翼序列总数已达到40, 000余条;建成了完善的突变体信息平台http://rmd.ncpgr.cn(数据库已在Nucleic Acids Research公布)。数据库信息包括:突变体的编号,突变表型(图片),报告基因的表达(图片),突变体的T-DNA拷贝数,侧翼序列,种子有无、供种信息,实行动态管理。突变体库材料和数据全球共享,已向国内外25个科研机构提供了38, 523份突变体。利用本室创建的突变体材料,国内外的同行在国际权威杂志《PNAS》《Plant Cell》《Plant Physiology》《Plant Journal》上发表高水平研究论文7篇。预计今后,通过突变体的途径将会克隆出大量的功能基因。

 

2. 重要基因的分离克隆

 

(1)克隆控制水稻株高、抽穗期和每穗粒数的多效性基因Ghd7

经过近15年的努力,水稻团队首次发现并成功的克隆了同时控制水稻株高、抽穗期和每穗粒数的多效性基因,命名为Ghd7。Ghd7编码了一个含CCT结构域蛋白,它可对水稻的一系列性状产生重要影响,包括单穗粒数、株高和抽穗期。另一方面,Ghd7功能降低的自然变异可使水稻能在温和及较冷地区种植。研究结果表明,Ghd7在水稻产量和适应性方面具有至关重要的作用。该基因的有关信息,可被直接用于从水稻品种遗传资源中发掘对提高产量和生态适应性有重要意义的优良基因,进行作物品种的遗传改良。相关研究论文发表在2008年6月Nature Genetics(2008, 40:761-767)。

 

(2)GS3,决定籽粒大小的主效QTL (Fan et al, TAG, 2006)

 

(3)S5,籼粳不育/广亲和基因 (Chen et al, PNAS, 2008)

 

(4)水稻抗白叶枯病基因隐性基因xa13(Chu et al, Genes & Dev, 2006)

 

(5)超表达 SNAC1 增强水稻抗旱性(Hu et al, PNAS, 2006)

 

(6)水稻花器官发育调控基因JMJ706 (Sun et al, PNAS, 2008)

 

(7)水稻开花分子“开关” RID1 (Wu et al, PNAS, 2008)

 

3.大规模近等基因导入系的构建和新基因的发掘

从国内外引进水稻优异材料,以我国主推的优良杂交稻亲本(珍汕97B和93-11)为受体亲本,作大规模杂交、连续回交,培育遗传背景同杂交稻亲本相似、少量片段(基因)来源于不同供体的近等基因导入系材料5000多份,为准确鉴定农业重要性状以及发掘新基因提供极佳的遗传材料。

 

4. 转基因抗虫水稻

螟虫是主要的水稻害虫,每年在中国有1500万公顷水稻受螟虫危害。目前杀虫抗病主要依靠化学农药,成本高且导致了严重的生态污染,影响了生产者与消费者的健康。水稻团队,利用转基因技术育成了一批Bt抗虫水稻新品系和新材料。转基因水稻在田间表现为高抗水稻二化螟、三化螟和稻纵卷叶螟(抗虫效率≥95%),研究材料正在进行中间试验、环境释放和生产性试验等不同层次转基因生物安全性评价试验。无标记抗虫转基因水稻品种华恢1号已完成全部转基因生物安全性评价过程,正在申报农业转基因生物安全证书。研究结果发表在Theor Appl Genet、Mol Breed及J Econ Entomol等杂志上。

 


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