聚焦國家重點(diǎn)研發(fā)計劃之農業(yè)領(lǐng)域

“經(jīng)驗育種”到定向高效“精確育種”

——記“主要糧食作物分子設計育種”項目

“十三五”末我國糧食作物良種選育將上新臺階,“主要糧食作物分子設計育種”項目已獲2016年國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“七大農作物育種專(zhuān)項”14191萬(wàn)元經(jīng)費支持,我國水稻、小麥和玉米新品種培育有望在2020年前取得重大突破。

本項目是2016年“七大農作物育種”專(zhuān)項支持力度最大的項目。本項目由中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所牽頭實(shí)施,匯集國內優(yōu)勢單位57家、155名科技人員,設立“水稻分子設計育種”“小麥分子設計育種”“玉米分子設計育種”和“共性技術(shù)與信息平臺”四個(gè)課題。

項目根據水稻、小麥、玉米三大作物的共性和特性,擬在分子設計育種方向上開(kāi)展以下五方面的研究:一是主要糧食作物關(guān)鍵基因挖掘和分子設計:在分析不同地區三大糧食作物主栽品種特性的基礎上,結合其產(chǎn)量、生育期和抗病蟲(chóng)等性狀相關(guān)的基因型,根據水稻、玉米等基因克隆和小麥測序信息等相關(guān)信息,利用已精細定位的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病蟲(chóng)、耐逆、養分高效利用等重要性狀基因/主效位點(diǎn),發(fā)掘驗證育種可用的基因特異性分子標記;二是研發(fā)和提高作物分子育種技術(shù):利用育種材料全基因組遺傳背景選擇、分子標記篩選、基因快速導入和優(yōu)異基因聚合等手段,顯著(zhù)提高傳統育種效率,加快品種改良速度,建立作物分子育種技術(shù)體系和應用平臺,克服多性狀多基因聚合、后代選擇效率低等難題,大幅度提高我國分子育種的理論和技術(shù)水平;三是新品種培育與推廣:通過(guò)分子組裝設計,將供體親本與主栽品種進(jìn)行雜交選育,利用分子標記進(jìn)行輔助選擇,嘗試多性狀、多基因位點(diǎn)的不同聚合方式,實(shí)現重要性狀基因的聚合,創(chuàng )制高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病蟲(chóng)、耐逆、養分高效利用等有重大育種利用價(jià)值的新材料,最終培育出具有多種優(yōu)良性狀能大面積推廣的突破性新品種;四是分子設計育種信息平臺的建立:研制分子設計育種軟件,建立農藝性狀和基因信息數據庫,建立并完善分子標記數據庫和分子檢測平臺;五是生物安全的基因組編輯育種技術(shù)體系的建立:在技術(shù)層面完整地對作物基因組編輯技術(shù)進(jìn)行全方位的改進(jìn)、完善和創(chuàng )新,提高基因組編輯技術(shù)的高效性和準確性,建立生物安全的作物基因組編輯育種技術(shù)體系。

本項目的實(shí)施將建立水稻、玉米、小麥等主要糧食作物品種分子設計信息系統和高效育種技術(shù)體系,形成大量具有自主知識產(chǎn)權的發(fā)明專(zhuān)利及技術(shù)標準,推進(jìn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)抗逆與資源高效利用育種的相關(guān)理論與技術(shù)創(chuàng )新,顯著(zhù)提升我國作物育種技術(shù)自主創(chuàng )新能力。通過(guò)培育推廣突破性新品種,大幅提高作物單產(chǎn),降低生產(chǎn)成本,大幅度減少農藥用量,提高化肥利用率,節約水資源。

揭開(kāi)神經(jīng)嗜性病毒的神秘面紗

——記“重要神經(jīng)嗜性人獸共患病免疫與致病機制研究”項目

人獸共患病防控關(guān)系動(dòng)物和人民健康、環(huán)境與生態(tài)安全。隨著(zhù)環(huán)境、氣候的改變,人類(lèi)面臨人獸共患病的威脅日益加劇�！爸匾�神經(jīng)嗜性人獸共患病免疫與致病機制研究”項目于2016年獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“畜禽重大疫病防控與高效安全養殖綜合技術(shù)研發(fā)專(zhuān)項”立項支持,我國在重要神經(jīng)嗜性人獸共患病的免疫與致病機制研究領(lǐng)域將有望取得重大突破。

本項目經(jīng)費為4900萬(wàn)元,執行期為2016—2020年。該項目由華中農業(yè)大學(xué)牽頭實(shí)施,匯集國內14家優(yōu)勢單位、38名科技人員進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)。項目將圍繞狂犬病毒、乙型腦炎病毒的免疫與致病機制,從7個(gè)方面開(kāi)展系統研究:一是病原生態(tài)學(xué)與分子流行病學(xué)研究:將對我國新出現的狂犬病、乙型腦炎傳染源,開(kāi)展遺傳演化、地理分布、感染率、毒力、免疫原性等分析,并對不同動(dòng)物(尤其是野生動(dòng)物)傳播狂犬病和乙型腦炎的分布和流行新特點(diǎn)展開(kāi)研究。二是病原感染與傳播機制研究:將從病毒感染不同宿主細胞受體利用的角度,揭示乙型腦炎病毒跨宿主傳播的分子機制,并研究狂犬病毒逆神經(jīng)軸漿傳輸機制。三是病原復制/增殖機制研究:重點(diǎn)研究病毒蛋白及宿主因子在病毒復制與包裝過(guò)程中的調控作用機制。四是病原誘導天然免疫應答及其調控機制研究:發(fā)掘神經(jīng)嗜性病原天然免疫識別受體,解析病原逃逸宿主天然免疫的機制,篩選有效宿主抗病毒因子等。五是病原誘導獲得性免疫應答及其調控機制研究:重點(diǎn)解析乙腦病毒調控Tfh細胞分化機制、狂犬病毒調控漿細胞和記憶性B細胞分化機制。六是病原入侵中樞神經(jīng)系統(CNS)的機制研究:研究神經(jīng)嗜性病原入侵中樞神經(jīng)系統的途徑、誘導血管內皮細胞活化及血腦屏障破壞的機制,為阻斷病原入侵中樞神經(jīng)系統提供分子靶標。七是病原誘導神經(jīng)損傷的分子機制研究:解析乙型腦炎病毒誘導中樞神經(jīng)系統炎癥反應的分子機制、狂犬病毒誘發(fā)神經(jīng)遞質(zhì)產(chǎn)生異常的分子機制,為神經(jīng)嗜性病毒引發(fā)中樞神經(jīng)系統疾病的治療提供新的藥物靶標和理論依據。

本項目將全面揭示狂犬病毒和乙型腦炎病毒的病原生態(tài)學(xué)與分子流行病學(xué)特征,發(fā)掘介導狂犬病毒和乙型腦炎病毒感染與傳播的關(guān)鍵受體蛋白,闡明病毒復制以及與宿主免疫系統互作的新機制,解析其入侵神經(jīng)系統、誘導神經(jīng)損傷的關(guān)鍵信號通路。其研究成果不僅可以為狂犬病毒、乙型腦炎病毒的新型疫苗、診斷試劑、藥物及治療等防控技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)提供重要理論基礎,而且還將推動(dòng)我國神經(jīng)嗜性病原研究新領(lǐng)域的拓展,具有重要的科學(xué)價(jià)值和社會(huì )意義。

誘變育種:從“無(wú)中生有”到農作物品種持續創(chuàng )新

——記“主要農作物誘變育種”項目

日前,中國農業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所牽頭的“主要農作物誘變育種”項目已獲2016年國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“七大農作物育種”重點(diǎn)專(zhuān)項4774萬(wàn)元經(jīng)費支持。

“十三五”期間本項目匯集國內48家優(yōu)勢單位、116名科技人員,設立了小麥誘變育種技術(shù)創(chuàng )新與品種創(chuàng )制、水稻空間誘變育種技術(shù)創(chuàng )新與品種創(chuàng )制、水稻誘變育種技術(shù)創(chuàng )新與品種創(chuàng )制、玉米誘變育種技術(shù)創(chuàng )新與品種創(chuàng )制、大豆等經(jīng)濟作物誘變育種技術(shù)創(chuàng )新與品種創(chuàng )制、主要農作物誘變共性技術(shù)開(kāi)發(fā)研究等六個(gè)課題。

本項目重點(diǎn)開(kāi)展以下5個(gè)方面的研究:一是主要農作物誘變損傷修復與基因突變的分子解析:研究高能重離子輻射、空間誘變、地面模擬誘變等誘發(fā)小麥、水稻、玉米、大豆、棉花、辣椒、番茄等主要農作物變異的分子生物學(xué)效應,解析DNA損傷修復與突變發(fā)生的分子機理;結合新一代測序技術(shù)等最新分子生物學(xué)和基因組學(xué)技術(shù),對重要突變體的特異性狀進(jìn)行遺傳分析和分子鑒定,為育種的廣泛利用和定向改良提供目的基因。二是主要農作物誘變育種關(guān)鍵技術(shù)研究:開(kāi)發(fā)旨在提高基因突變頻率,拓展突變譜和引導基因變異方向的核輻射與空間誘變等新途徑,重點(diǎn)完善高能重離子、混合粒子場(chǎng)、質(zhì)子、快中子等誘變因素處理靶室操作技術(shù),建立主要農作物高效誘變技術(shù)體系;完善重要突變性狀基因的TILLING、基因分型等高通量篩選平臺,建立高效的突變體篩選技術(shù)體系。三是主要農作物誘變新材料創(chuàng )制:誘變創(chuàng )制大容量、呈梯度的主要農作物主栽品種突變庫;根據主要農作物各生態(tài)區的需求,創(chuàng )制產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病、抗逆、株型等重要性狀突變新材料。四是主要農作物優(yōu)良突變新品種選育與示范:有效利用核輻射、空間誘變及地面模擬誘變等方法,與細胞工程、雜種優(yōu)勢利用和常規育種有機結合,培育具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病、抗逆、早熟等優(yōu)良性狀的新品種,通過(guò)試驗示范、種企結合、良種良法配套栽培技術(shù)研究等措施方式,加速新品種的推廣種植。五是誘變技術(shù)國際合作:重點(diǎn)開(kāi)展與國際原子能機構、日本、韓國、澳大利亞、印尼等國際組織和國家的合作研究與人才交流,培養一支高水平的國際化誘變科技創(chuàng )新團隊,保持我國在農作物誘變育種應用方面的世界領(lǐng)先地位。

本項目預期至2020年創(chuàng )制小麥、水稻、玉米、大豆、辣椒、番茄等作物新品種15個(gè)以上,新品種在項目期內累計推廣650萬(wàn)畝,創(chuàng )造社會(huì )經(jīng)濟效益4.16億元。同時(shí),這些新品種的種子加工與推廣將帶動(dòng)種業(yè)企業(yè)的創(chuàng )新發(fā)展。誘變創(chuàng )造出的一大批優(yōu)異新種質(zhì)(材料),將成為常規育種等取得重大突破的關(guān)鍵基礎,以此作為雜交親本,培育在產(chǎn)量和品質(zhì)上有突破性的優(yōu)良品種,將在更大范圍內促進(jìn)農作物增產(chǎn)。

精準研判 科學(xué)施檢 分級預警 嚴防入侵

——記“潛在入侵的畜禽疫病監測與預警技術(shù)研究”項目

保障進(jìn)出境我國動(dòng)物及動(dòng)物產(chǎn)品安全貿易的需求,提升口岸檢疫把關(guān)技術(shù)水平,“潛在入侵的畜禽疫病監測與預警技術(shù)研究”項目已獲2016年國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“畜禽重大疫病防控與高效安全養殖綜合技術(shù)研發(fā)專(zhuān)項”4550萬(wàn)元經(jīng)費支持,我國潛在入侵的畜禽疫病風(fēng)險研判、監測與預警技術(shù)有望在2020年前取得重大突破。

本項目由中國檢驗檢疫科學(xué)研究院牽頭實(shí)施,匯集國內優(yōu)勢單位21家、169名科技人員,設立“外來(lái)畜禽疫病風(fēng)險分析新技術(shù)研究”“潛在入侵的畜禽疫病檢測、鑒定新技術(shù)研究”“潛在入侵的畜禽疫病口岸監測技術(shù)研究”“外來(lái)畜禽疫病現場(chǎng)快速檢測技術(shù)與裝備研發(fā)”“未知、變異動(dòng)物疫病溯源及早期監測技術(shù)研究”和“外來(lái)畜禽疫病信息化預警和溯源技術(shù)研究”六個(gè)課題。

本項目根據外來(lái)畜禽疫病的共性和特性,擬開(kāi)展以下六方面的研究:一是分析境外畜禽疫病信息,繪制風(fēng)險傳入場(chǎng)景樹(shù);構建基于專(zhuān)家研判系統的外來(lái)畜禽疫病半定量風(fēng)險分析模型及定量風(fēng)險分析模型,分析外來(lái)畜禽疫病隨進(jìn)境動(dòng)物及產(chǎn)品潛在傳入風(fēng)險;建立外來(lái)畜禽疫病風(fēng)險分析數據庫。二是研究潛在入侵畜禽疫病的現場(chǎng)篩查、實(shí)驗室精準檢測等技術(shù);研究非洲豬瘟等重要畜禽疫病RPA早期檢測、激光顯微切割免疫熒光等精準檢測新技術(shù);開(kāi)展檢測方法的國際驗證;研發(fā)生物安全的標準物質(zhì)并組裝應用。三是研究進(jìn)境動(dòng)物及產(chǎn)品監測抽樣框和布點(diǎn)選擇策略;開(kāi)展基于流行病學(xué)的監測抽樣技術(shù)研究;研究口岸監測的風(fēng)險不確定性,構建無(wú)疫監測抽樣模型和疫病發(fā)生監測抽樣模型;研發(fā)相關(guān)疫病的高通量監測技術(shù)并進(jìn)行監測應用。四是研究外來(lái)畜禽疫病的現場(chǎng)快速檢測技術(shù)及試劑;研發(fā)現場(chǎng)便攜高靈敏的一體化檢測設備;整合應用現場(chǎng)檢測技術(shù)、試劑及裝備,開(kāi)展口岸現場(chǎng)的實(shí)時(shí)在線(xiàn)超敏檢測和結果的自動(dòng)采集上報。五是研究未知變異病原宏基因組學(xué)識別技術(shù);構建病原體特征序列數據庫;研究?jì)?yōu)化生物信息學(xué)分析流程,建立未知變異病原的分子溯源技術(shù);建立潛在入侵的未知變異動(dòng)物疫病RPA等早期監測技術(shù)并示范應用。六是整合潛在入侵的畜禽疫病口岸及現場(chǎng)檢測數據、監測數據、未知和變異病原監測數據,構建進(jìn)境動(dòng)物及產(chǎn)品疫請數據庫;研究數據治理技術(shù),構建基于檢測監測數據的進(jìn)境動(dòng)物及產(chǎn)品溯源平臺;挖掘不同維度數據的潛在聯(lián)系,構建疫病傳播態(tài)勢場(chǎng)景化數學(xué)模型;建立外來(lái)畜禽疫病信息化預警平臺。

本項目實(shí)施后,我國潛在入侵畜禽疫病防控體系將更加完善,風(fēng)險研判、口岸檢疫把關(guān)以及溯源預警等能力都將得到明顯“升級換擋”;建立的以國家和產(chǎn)品類(lèi)型為檢索對象的風(fēng)險分析數據庫,可滿(mǎn)足快速通關(guān)放行對疫情研判的需求;項目研發(fā)的大力推廣應用,可實(shí)現對口岸入境的畜禽及產(chǎn)品檢測監測覆蓋率80%以上,病原覆蓋率90%以上;研究建立進(jìn)境動(dòng)物及產(chǎn)品疫情數據庫;搭建潛在入侵畜禽疫病信息化分級預警平臺,可滿(mǎn)足對90%以上進(jìn)境牛、羊等畜禽以及40種以上檢疫性疫病進(jìn)行場(chǎng)景化分級預警的要求。

為稻糧謀 藏糧于技 強優(yōu)勢水稻雜交種再續力

——記“水稻雜種優(yōu)勢利用技術(shù)與強優(yōu)勢雜交種創(chuàng )制”項目

為稻糧謀。在前兩個(gè)五年計劃的基礎上,“十三五”中國強優(yōu)勢水稻雜交種研究繼續獲得國家支持,整合全國45家水稻雜種優(yōu)勢利用優(yōu)勢單位,實(shí)施“藏糧于技”戰略,不斷向水稻更高產(chǎn)量沖刺,力保中國13億人口口糧安全。

項目由湖南雜交水稻研究中心牽頭實(shí)施,匯集全國各稻區45家水稻雜種優(yōu)勢利用研究強勢單位、156名骨干研究人員,針對全國不同稻作生態(tài)區水稻生產(chǎn)實(shí)際情況、區域特色和擬解決的共性和個(gè)性關(guān)鍵問(wèn)題設立了7個(gè)課題,主要從如下五個(gè)方面開(kāi)展研究:一是水稻雜種優(yōu)勢利用新技術(shù)、新方法研究:研究稻屬遠緣種、亞種、近緣種、生態(tài)群間優(yōu)異基因利用和雜種優(yōu)勢利用新技術(shù)、新方法,拓展強優(yōu)勢水稻雜交種遺傳基礎;研究紅蓮型不育、光敏核不育、新型可控雄性核不育利用技術(shù),建立安全型水稻雜種優(yōu)勢利用新技術(shù);研究適應現代農業(yè)轉變的輕簡(jiǎn)栽培、集約化、機械化生產(chǎn)的強優(yōu)勢雜交種新株型育種技術(shù);二是強優(yōu)勢水稻雜交種高效育種技術(shù)研究:利用細胞工程、高通量SNP標記等技術(shù)建立不同稻作區強優(yōu)勢水稻雜交種親本快速選育技術(shù);研究不同稻作區水稻雜種優(yōu)勢預測與利用技術(shù),建立和完善相應的強優(yōu)勢水稻雜交種高效育種技術(shù)體系;三是水稻雜種優(yōu)勢核心種群構建與資源創(chuàng )新:挖掘水稻高產(chǎn)、高光效、耐熱、耐寒、抗病蟲(chóng)、重金屬低富集、養分高效等重要性狀功能基因,創(chuàng )建優(yōu)異基因輪回選擇庫,創(chuàng )新水稻雜種優(yōu)勢利用核心種質(zhì),創(chuàng )建全國不同稻作區水稻雜種優(yōu)勢類(lèi)群及其利用模式;四是強優(yōu)勢水稻雜交種骨干親本創(chuàng )制:利用不同雜種優(yōu)勢類(lèi)群,創(chuàng )制各稻區強優(yōu)勢突破性新材料,培育高配合力、高異交率的新型雄性不育系及強恢復系;五是強優(yōu)勢水稻雜交種創(chuàng )制。根據全國各稻作區育種目標和生態(tài)條件,確定強優(yōu)勢水稻雜交種的選育指標,利用強優(yōu)勢親本大群體測配,通過(guò)生態(tài)育種、穿梭育種和規�；瘻y試,選育聚合高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病蟲(chóng)、抗逆等優(yōu)良性狀基因的、適于現代耕作制度的水稻強優(yōu)勢雜交種,并進(jìn)行大面積示范與推廣。

本項目將通過(guò)水稻雜種優(yōu)勢利用新技術(shù)研究和強優(yōu)勢雜交種的選育和推廣應用,將快速提升水稻雜種優(yōu)勢利用水平,可全面提升我國糧食的供給能力,促進(jìn)農業(yè)生產(chǎn)的可持續發(fā)展,從而確保國家的糧食安全。本項目將以貫徹落實(shí)《國家中長(cháng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規劃綱要》和新時(shí)期國家糧食安全戰略為指針,按照“創(chuàng )新、協(xié)調、綠色、開(kāi)放、共享”理念的要求,預期將研創(chuàng )一批產(chǎn)量潛力更高、綜合性狀更強的水稻強優(yōu)勢雜交種。執行期間將創(chuàng )制強優(yōu)勢水稻雜交新品種30個(gè),預計強優(yōu)勢雜交種累計示范推廣900萬(wàn)畝以上,可增產(chǎn)糧食4億公斤左右,創(chuàng )造直接經(jīng)濟效益達10億元以上。

同一個(gè)世界 同一個(gè)健康

——記“畜禽重要病原耐藥性檢測與控制技術(shù)研究”項目

“十三五”末我國畜禽病原耐藥性的監測和防控體系將上新臺階,“畜禽重要病原耐藥性檢測與控制技術(shù)研究”項目已獲2016年國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“畜禽重大疫病防控與高效安全養殖綜合技術(shù)研發(fā)專(zhuān)項”4550萬(wàn)元經(jīng)費支持,我國畜禽病原耐藥性的監控技術(shù)體系有望在2020年取得重大突破,為應對“耐藥性”這一全球的公共問(wèn)題和難題作出貢獻。

本項目隸屬“畜禽重大疫病防控與高效安全養殖綜合技術(shù)研發(fā)專(zhuān)項”,擬建立“監測—預警—控制”一體化的畜禽病原耐藥性監測和控制技術(shù)體系。本項目由華南農業(yè)大學(xué)牽頭實(shí)施,聯(lián)合在畜禽病原耐藥性研究方面的優(yōu)勢單位如中國農業(yè)大學(xué)、吉林大學(xué)和華中農業(yè)大學(xué)等30家開(kāi)展合作研究

本項目將從“監測—預警—控制”三方面開(kāi)展以下研究:一是耐藥性監測技術(shù)研究:研制一批具有自主知識產(chǎn)權的能適用于養殖單位、高校和科研院所等不同技術(shù)平臺以及不同檢測規模的快速、高通量耐藥性檢測技術(shù)或產(chǎn)品,建立耐藥性監測采樣方法標準、檢測判定標準和各類(lèi)耐藥臨界值標準,構建畜禽病原菌耐藥性檢測和評價(jià)標準體系。二是耐藥性預警技術(shù)研究:在建立監測技術(shù)的同時(shí),在全國范圍內開(kāi)展不同規模養殖場(chǎng)抗菌藥用藥和耐藥性基礎數據的大樣本調查,掌握我國畜禽病原菌和養殖環(huán)境耐藥菌的耐藥特征,并在此基礎上建立畜禽抗菌藥物使用數據庫,畜禽病原體(重要病原菌和球蟲(chóng))、養殖環(huán)境生態(tài)鏈中的耐藥菌和耐藥基因的數據庫,建立動(dòng)物病原菌的耐藥性風(fēng)險評估模型和環(huán)境生態(tài)風(fēng)險評估技術(shù)體系,為我國建立獸藥安全評價(jià)導則和環(huán)境安全評價(jià)導則提供基礎數據和技術(shù)支持。三是耐藥性防控技術(shù)研究:主要通過(guò)研究天然植物及其提取物、生物酶制劑和微生態(tài)類(lèi)制劑等新型飼用抗生素的替代產(chǎn)品及綜合應用技術(shù)來(lái)減少抗菌藥的使用;同時(shí)針對現有的經(jīng)口給藥的抗菌藥物進(jìn)行精準的生物藥劑學(xué)(BCS)分類(lèi),引導獸藥制劑研發(fā),關(guān)注獸藥劑型設計工藝和投藥技術(shù)相結合,以獸醫臨床一線(xiàn)藥物及專(zhuān)用藥物為研究重點(diǎn),以減抗增效,避免耐藥性產(chǎn)生為目標,開(kāi)展新制劑和投藥新技術(shù)研究。此外,將獲得與現有抗生素聯(lián)合或單獨使用有效治療耐藥病原菌感染和消減病原菌耐藥性的候選藥物和新獸藥;建立其對畜禽主要病原菌感染的藥動(dòng)學(xué)/藥效學(xué)同步模型,制定科學(xué)合理的用藥規程和用藥技術(shù),延緩耐藥性的產(chǎn)生。

項目的實(shí)施將顯著(zhù)提升我國動(dòng)物疫病防控的科技創(chuàng )新能力,通過(guò)推廣項目研發(fā)的耐藥性防控技術(shù),將減少我國畜禽養殖業(yè)抗菌藥物的使用量,并培養一批從事畜禽病原菌耐藥性研究的高水平人才,形成一支有國際影響力的研究隊伍,提升我國在該領(lǐng)域的研究水平和國際學(xué)術(shù)地位。

解析機理 創(chuàng )新方式 提升效率

——記“主要農作物雜種優(yōu)勢形成與利用機理”項目

主要農作物雜種優(yōu)勢利用在世界范圍為農作物產(chǎn)量的提高作出了巨大貢獻,然而雜種優(yōu)勢的生物學(xué)基礎卻是國際科學(xué)界的世紀難題。過(guò)去20年的研究顯示,顯性和超顯性是雜種優(yōu)勢的主要遺傳學(xué)基礎,但重要農藝性狀雜種優(yōu)勢形成的機制還不清楚。

國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目“主要農作物雜種優(yōu)勢形成與利用機理”,將通過(guò)比較分析雜種優(yōu)勢利用最為成功的禾本科作物水稻和玉米的雜種優(yōu)勢機理,在多種組學(xué)水平揭示雜種的組學(xué)特征,進(jìn)而在基因水平闡明雜種優(yōu)勢形成的分子機理,從而能更好地理解為什么能產(chǎn)生雜種優(yōu)勢,怎樣才能產(chǎn)生強雜種優(yōu)勢,使雜種優(yōu)勢理論獲得突破。

前期雜種優(yōu)勢組學(xué)研究主要是基于單個(gè)雜交組合,并且只限于某個(gè)組學(xué),不能產(chǎn)生一個(gè)系統的組學(xué)模型來(lái)解釋雜交組合的組學(xué)特征。因此,不同雜種優(yōu)勢強度的組合間是否有共同的組學(xué)特征?這種組學(xué)特征又是什么?在不考慮上位性效應時(shí),中親優(yōu)勢就是顯性、超顯性累加的凈效應,并且大量的研究證明了顯性、超顯性在雜種優(yōu)勢中的重要作用。但是,顯性、超顯性效應產(chǎn)生的機制是什么?海量的組學(xué)數據(轉錄組,代謝組數據等)和豐富的重要基因功能信息能否用來(lái)準確預測雜種優(yōu)勢?這些都是亟待回答的科學(xué)問(wèn)題。

“主要農作物雜種優(yōu)勢形成與利用機理”項目,將回答以下科學(xué)問(wèn)題:一是主要農作物不同優(yōu)勢雜交組合的組學(xué)特征;二是顯性、超顯性形成的機制;三是雜種優(yōu)勢的準確預測;四是高效雜種優(yōu)勢利用的新型雄性不育系及恢復系的創(chuàng )建。回答這些科學(xué)問(wèn)題將對解析雜種優(yōu)勢的生物學(xué)基礎這個(gè)生命科學(xué)界的世紀難題有所突破,并為作物雜種優(yōu)勢利用提供新策略和途徑。

本項目將集中國內本領(lǐng)域優(yōu)勢單位,以水稻、玉米、油菜和小麥四大作物為研究對象開(kāi)展項目的研究。集中深入地開(kāi)展雜種和親本間的基因組、轉錄組、代謝組學(xué)特征比較,建立基因組結構,基因表達,代謝物分化等多組學(xué)系統模型,從組學(xué)層面揭示雜種優(yōu)勢的分子機制。本項目注重基礎理論研究成果向應用研究延伸,開(kāi)展雜種優(yōu)勢群分析,優(yōu)化不同作物的優(yōu)勢群,在宏觀(guān)層面提出雜種組合選配的基本原則,同時(shí),建立雜種優(yōu)勢預測的方法,在宏觀(guān)選配前提下,預測有潛在強優(yōu)勢的雜交組合,高效選配強優(yōu)勢組合。雜種穩定性?xún)?yōu)勢的遺傳基礎剖析能為選育廣適性的強優(yōu)勢組合提供基因資源,使強優(yōu)勢組合發(fā)揮更大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。雜種優(yōu)勢利用系統的雄性不育系的育性恢復機制的闡明將大大利于新的不育系創(chuàng )制,而新型雄性不育基因的發(fā)掘和不育系的培育將可能帶來(lái)不育系繁殖和雜交種制種技術(shù)的革新。預期通過(guò)項目的實(shí)施將直接推動(dòng)雜種優(yōu)勢利用水平的提高,進(jìn)而為保障我國糧食安全做新的更大貢獻。(來(lái)源:科技日報)