整理可复制版本-中科院-薛勇彪--稻重要农艺性状的功能基因组和分子基础研究2005cb120800-973申报书

水稻重要农艺性状的功能基因组和 分子基础研究 项目名称： 水稻重要农艺性状的功能基因组和分子 基础研究 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： 2005.12 至 2010.11 依托部门： 中国科学院 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 基因组研究为主要手段，重点开展水稻重要农艺性状的分子基础的研究。主要内 容包括：株型发育的基因调控、育性的分子控制、胚乳 发育和种子形成、淀粉代 谢 的功能基因组、重要农艺性状的比较基因组、光温 胁 迫的功能基因组和重要农艺 性状的分子改良。 二、预期目标 1、总体目标： 通过项目的实施，保持和提升我国在水稻基因组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植物生命科学研究 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 23 个重要农艺性状控制的分 子机理，建立高效水稻杂交育种和分子育种体系和培育一批具有重要应用前景 的遗传改良品系。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（累计影响因子 400 以上）。 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 7 个课题组成，每个课题组设 12 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。 3、创新点和特色 水稻已成为禾本科植物研究的模式植物，特别是全基因组序列的完成，相关 的数据呈指数级增加，产生了海量的数据，为功能基因 组研究奠定了坚实基础， 已经成为国际植物科学的前沿领域。本项目的主要创新点与特色在于以下几个 方面： (1)密切围绕我国水稻生 产中的关键问题，集中了全国水稻育种、分子生物学、 比较基因组学、生物信息学等 领域中的优势力量和资源，充分利用国内外可利用 的水稻基因组信息资源和多学科交叉手段，对水稻重要农艺性状调控的分子机 制有系统、全面、深入的阐明。 (2)以控制重要农艺性状的功能基因为基础，提出了包括超级稻在内的水稻 等作物产量、品质和抗逆性分子改良的思路和途径。 (3)在已具备的国 际竞争力基础上，进一步提高和加强我国农业科技的自主 创新能力。 2001 年中国科学院启动了重大创新行动计划项目“水稻基因组测序和重要 农艺性状功能基因组研究”，主要开展水稻基因 组精 细图绘制和 4 号染色体精确 测序的工作，同时涉及一些基因克隆和表达的研究；同年启动的国家 863 计划科 技重大专项“ 水稻高产等重要 农艺性状的功能基因 组研究” 主要集中在突变体库， 基因芯片，全长 cDNA 克隆的平台建设和重要功能基因克隆等方面，注重规模化 功能基因组研究的平台建设，而本项目则是紧紧围绕与产量、品种和抗逆性等密 切相关的重要农艺性状开展功能基因组研究，注重系统集成和分子机理研究，旨 在阐明复杂性状的形成机理， 为其分子改良提供理论和技术支持。 根据研究内容本项目由 7 个课题组成，每个课题组设 12 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。 子课题 1、株型发育的基因调控（负责人：李家洋） 1、主要目标 获得 10 个左右具有我国自主知识产权的控制水稻水稻株型（包括分蘖、分 蘖角度、叶片性状、穗部性状、穗粒大小、落粒性和根部性状等）的重要功能基因， 阐明水稻株型控制的分子机理。 2、主要研究内容 (1) 与 MOC1 相互作用的基因和调控网络的研究以及 GRAS 基因家族的功 能基因组学研究。 (2) 控制水稻分蘖角度和叶片性状的基因调控的研究 (3) 影响水稻穗大小和穗形态的基因的克隆和功能研究 (4) 控制水稻穗粒大小（千粒重）和落粒性基因的克隆和基因调控的研究 (5) 研究水稻不定根原基 发生关键基因 ARL1 调控系统的分子机制。 (6) 反向遗传 学研究控制水稻株型的基因及其调控 3、参加单位和主要学术骨干 中科院遗传发育所、中国水稻所等 科研骨干：陈明生、曾大力、王首锋、朱旭东、 张景六、罗达等 4、专项经费安排 760 万元，占预算专项经费的 23.75。 子课题 2、育性的分子控制（负责人：刘耀光） 1、主要目标 克隆 10 个以上水稻生殖发育以及配子育性的重要功能基因，阐明这些 基因的分子作用机理，建立高效的水稻杂交育种和分子育种体系。 2、主要研究内容 、1、 包台型、红莲型、野败型等细胞质雄性不育基因和主效恢复基因 （34 个）的克隆并及其分子作用机理 、2、 2 个光/温敏核不育基因的克隆及其分子机理 、3、 5 个籼粳杂种亲和性基因的克隆、分子机理，其及籼粳杂种育性障 碍克服的分子途径 、4、 多个控制生殖器官和雌雄配子发育相关基因的克隆及其分子机理 、5、 不育基因和恢复基因的转化，新型的不育系和恢复系的研制 3、参加单位和主要学术骨干 华南农业大学、上海植生所等 科研骨干：黄海，庄楚雄，王台、张大兵，杨仲南、张桂权、王台等 4、专项经费安排 400 万元，占专项预算经费的 12.5。 子课题 3、胚乳发育和种子形成（负责人：薛红卫） 1、主要目标 种子发育直接关系水稻的产量和品质，本研究将综合利用已有水稻基因组 资源，在已有工作基础上，借助已将建立的水稻突 变 群体和功能基因组学、蛋白 组和和代谢组学手段对其发育、代谢过程进行系统研究，将有助于通过分子育种 进行稻米的品质改良。 2、主要研究内容 、1、 种子发育、胚乳发育和灌浆转录组和重要功能基因的分离与功能鉴 定 、2、 控制种子形成和胚乳发育转录因子的分离和功能研究 、3、 种子形成和胚乳发育中信号调控网络的系统研究 、4、 胚乳发育过程中的细胞程序化死亡(PCD)研究 、5、 胚乳细胞分裂和灌浆充实度机理的研究 3、参加单位和主要学术骨干 中科院上海植生生态所、山东农大 科研骨干：王宗阳、张宪省、吕应堂、王英典等 4、专项经费安排 480 万元，占专项预算经费的 15。 子课题 4、淀粉代谢的功能基因组研究（负责人：薛勇彪） 1、主要目标 通过开展水稻淀粉代谢的基因调控网络和蛋白质组等方面的研究，阐明 淀粉合成和降解以及蔗糖运输的机理，为改良淀粉品质提供理论和基础支撑。 2、主要研究内容 （1）基于全基因组芯片的淀粉代谢途径的转录组分析和功能基因研究 （2）淀粉合成关键酶的蛋白质组研究 （3）水稻不同品种淀粉品质形成机理的研究 （4）研究蔗糖和己糖对水稻胚乳细胞分裂的调节以及蔗糖运输的分子机理研 究 （5）胚乳中直链和支链淀粉的比例变化与稻米品质和营养的研究 3、参加单位和主要学术骨干 中科院遗传发育所、扬州大学等 科研骨干：阮勇凌、付志明、刘巧泉、辛世文、严长杰、何予卿、高用明等 4、专项经费安排 550 万元，占专项预算经费的 17.19。 子课题 5、重要农艺性状的比较基因组研究（负责人：韩斌、程祝宽） 1、主要目标 完成对籼粳基因组序列多态性和保守性以及表达差异的鉴定并研究 它们与籼粳分化和重要农艺性状的关系；研究稻属不同染色体组进化的 分子机理和远缘杂种染色体之间遗传物质重组的机制，构建与重要农艺 性状相关渐渗系，研究重要功能基因在水稻亚种间的不同生态型间的分 化规律，定位、克隆 12 个野生稻优异基因和有效利用。 2、主要研究内容 (1) 系统分析水稻籼稻基因组序列，比较籼粳稻基因结构、组成和顺序的异 同，通过 DNA 芯片技术和 对籼粳稻全长 cDNA 序列及表达序列的克隆 和测序分析，进一步鉴定籼、粳稻基因在 结构和表达的差异,研究籼粳的 亲缘关系和进化途径。 (2) 稻属不同染色体组进化的分子机理和遗传物质重组的机制 (3) 与重要农艺性状相关渐渗系的构建及相应主效 QTL 的克隆 (4) 野生稻优异基因的有效利用 (5) 水稻重要功能基因的比较基因组研究 3、参加单位和主要学术骨干 上海国家基因研究中心、中科院遗传发育所 科研骨干：刘宝、郭龙彪等 4、专项经费安排 385 万元，占专项预算经费的 12.03。 子课题 6、光温胁迫的功能基因组（负责人：种康） 1、主要目标 获得 5 个具有自主知识产权的控制水稻对低温等环境胁迫的重要基因， 阐明其应答的分子机制，为 水稻耐温光胁迫育种的分子设计提供应用元件 和理论依据。 2、主要研究内容 （1）耐低温的转录因子克隆与分子机理 （2）水稻对低温信号的接受及其转导途径 （3）耐低温突变体的筛选与基因克隆 （4）光温响应对器官发育和产量形成的调控 3、参加单位和主要学术骨干 中科院植物所 科研骨干：孙宗修、刘春艳、秦跟基、王珍等 4、专项经费安排 340 万元，占专项预算经费的 10.62。 子课题 7、重要农艺性状的分子改良（负责人：梁国华，钱前） 1、主要目标 汇集水稻基因组学研究的成果，按照水稻亚种间超级杂交稻育种的要 求，通过 分子设计育种，将超 级稻育种改良所需的多个关 键基因转移到杂 交水稻主栽品种的亲本上， 进一步提高其丰产性、品质和对主要光温胁迫 的抗性水平。 2、主要研究内容 （1）“单蘖”、 “育性恢复” 和“糊化温度”等基因在分子改良中的基础和应用研 究 （2）高产、优质、多抗超级稻的分子改良 （3）重要模式材料遗传群体的构建和利用 3、参加单位和主要学术骨干 扬州大学、中国水稻所 科研骨干：汤述翥、于恒秀、陆驹飞、张光恒等 4、专项经费安排 285 万元，占专项预算经费的 8.91。 四、年度计划 研究内容 预期目标 第 一 年 1、 通过 Microarray 筛选 MOC1 调 节的下游基因，并进行生物信息学 分析，找出所有 GRAS 家族的基因， 选取 10-20 个重要基因进行研究；水 稻控制分蘖角度基因 LA 的功能互 补验证；精细定位与水稻小穗枝梗和 小穗发育以及高位节的节间发育相 关的基因 DES1 和 OEUI1 及突变体 表型分析；sh-2 基因定位群体的构 建，基因的初步定位和精细定位； Nal1 基因基因的遗传定位和图位克 隆；水稻株型与衰老相关基因 1OsZFP1 基因的功能鉴定；精细定 位野生稻匍匐生长习性、落粒性、散 穗等基因；构建穗粒大小突变体的 F2 分离群体， 应用 RFLP、SSR、CAPS 等标记 来进行穗 粒大小控制基因的分子定位，确定 穗粒大小控制基因所在连锁群；水稻 穗突变体相互间杂交，获得 F1、F2 等群体；水稻矮化散生突变体的分析 与相应基因 OsCDH1 的图位克隆； 构建一定规模的 TDNA（Ds）插入 1、完成 MOC1 调控基因的初步 筛选 和 LA 的功能互补；精细 DES1 和 OEUI1 两个基因分 别在一个 BAC/TAC 的范 围；完成 sh-2 的精细 定位，并初步确定候选基因；完成 Nal1 的精 细定位；完成 OsZFP1 过 表达和 RNAi 植株的表型分析和遗 传分析，确定引起表型变化的细胞 学和生理生化基础；将散穗基因定位 在小于 50kb 的区间内；，完成 OsCDH1 的精细定位；完成大叶角基 因（OsWRKY11）转化载体的构建。完 成穗粒大小突变体定位群体的构建。 2、阐明 orf79 表达产物的 调控机制； 获得野败型的不育基因及其转录调 控基因、获得野败型恢复候选基因； 获得红莲型不育基因；完成 2 个温敏 不育基因精细定位；完成 4 个杂种花 粉不育基因的精细定位；完成柱头外 露基因的定位群体、完成 OsMS-L 研究内容 预 期目标 的水稻突变群体，从中发现抽穗（开 花）发育迟缓突变体；T-DNA 标签法 分离大叶角基因（OsWRKY11）并构 建各类转化载体，转化原始亲本中 花 11。 2、orf79 表达产物的调控机制；野败 型的不育基因及其转录调控基因和 恢复基因的克隆；红莲型不育基因的 克隆；温敏不育基因精细定位；杂种 花粉不育基因的精细定位；其它生殖 器官和雄配子发育相关基因的精细 定位、雄配子发育特异蛋白质的细 胞定位；化学诱导型启动子的克隆。 3、收集材料，利用全基因组芯片进 行杂交，研究种子、胚乳发育、灌浆 阶段基因表达谱；完成水稻三个不同 胚胎时期（未分化胚， 正分化胚和 已分化胚）的全基因组基因芯片筛选， 初步获得差异相关基因的表达模式； 分析水稻 CIPK 基因的表达模式， 获 得水稻 58 个 CBL（CIPK 互作基 和 OsMP 的精细定位、 获得 Osmyb103 基因、确定雄配子发育特 异蛋白质在细胞内的定位特性；获得 化学诱导型启动子。 3、 初步获得水稻种子、胚乳、灌浆 阶段的基因表达谱，鉴定特异表达 基因；分离约 30 个与水稻细胞周期 有关的基因，并初步鉴定出控制水 稻胚和胚乳细胞周期的重要基因；获 得 PCD 发生改变的水稻突变体，开 展相关功能分析；初步获得胚乳特异 表达基因的调控序列；开展种子发育 信号传导调控网络研究。 4、 建立水稻叶片淀粉转录组和蛋 白组研究的技术平台和体系；将 Qdu6 基因定位在 100kb 的范围内； 完成不同类型水稻种质的品质调查， 初步判断与淀粉合成相关基因在稻 米品质形成中的作用和相关转基因 载体构建，并获得部分转基因水稻 植株。 研究内容 预 期目标 因）并完成相关蛋白互作构件的鉴定； 利用进入 PCD 的胚乳可以被 Evans blue 染色的特性，从已有的水稻 EMS 诱变群体中 筛选与 PCD 过早 或过晚出现有关的突变体；利用双向 电用技术建立进入 PCD 过程中的蛋 白谱；以不同发育时期的水稻种子为 材料，在基因组水平上分离调节细 胞周期的基因，在此基础上分析各 基因在水稻中的时空表达模式。根 据其表达模式初步鉴定控制水稻种 子细胞周期蛋白的重要基因；用 promoter trap 方法获得报告基因在 种子或胚乳中特异表达的转基因植 株。通过旁邻序列分离，鉴别捕获到 的水稻基因。 4、 水稻淀粉代谢的转录组和蛋白 质组研究；水稻不同类型品种（种质） 的品质测定，淀粉合成相关基因序 列的获得， Qdu6 F2 群体和 Qchk5 获得 F1 杂种的构建；重要淀粉合成 相关基因的近等基因系的构建和部 5、完成籼粳稻比较基因组分析和表 达谱分析。 6、得到越冬稻和栽培稻在低温条件 下表达谱；完成水稻中 26 个热胁迫 转录因子的在不同组织和生长条件 下的表达模式；筛选出在花和幼穗组 织特异表达的热胁迫转录因子；完成 实验材料的处理和收集，完成芯片 杂交和数据收集；筛选出参与 LHCII 磷酸化和去磷酸化的基因；证实突变 体和 T-DNA 是否为共分离关系。 7、初步构建重组自交系群体（93-11/ 日本晴、广陆矮 4 号/日本晴）的 遗 传图谱以及广陆矮 4 号和日本晴的 重组自交系，群体规模在 2000 和 1000 以上；初步完成一些水稻重要 农艺性状基因（QTLs）的定位；通过 分子设计，选育一批超级稻育种的 中间材料； 8发表 23 篇论文，申请 1 项专利 研究内容 预 期目标 分重要基因转基因表达载体的构建 及其基因导入。 5、开展籼粳比较基因组和转录组研 究。 6、低温胁迫处理前后水稻 cDNA 为 探针 ，芯片 杂交；研究在高温胁迫下 各个热胁 迫转录 因子的转录模式；高 光照光胁迫、干旱胁迫处理，并提 取 RNA，制 备探针，对水稻全基因 组 Oligo 芯片 进行杂交，并收集数据； 采用膜蛋白酵母双杂交和串联亲合 层析等方法研究参与 LHCII 磷酸化 和去磷酸化的基因；突变体和 T- DNA 插入共分离分析 7、利用分子标记筛选带有 MOC1、ALK 等基因的种质材料，开 展 ALK、MOC1 基因其他功能的验 证，实现多优异基因的聚合；发展与 多个重要农艺性基因连锁或基因标 签标记，按照超级稻育种的需要，通 研究内容 预 期目标 过分子标记辅助选择选育优良杂交 稻组合的亲本和完成重要模式材料 （93-11/NPB，GLA4/NPB）的重组自 交系群体构建；初步构建重组自交系 群体遗传图谱；开展（93- 11/NPB，GLA4/NPB）的单带片段代 换系选育研究。 第 二 年 1、转基因验证 MOC1 调控的下游基 因的功能，每个转化质粒获得 3-10 个转基因株系，并完成当代转基因 植株的鉴定；利用 RNA 原位杂交技 术研究 LA 基因在不同发育时期、不 同组织器官中的时空表达模式，阐 明 LA 基因发生突变所产生突变表 型的细胞学基础；克隆 DES1 和 OEUI1 基因并 进行互补验证 ，获得 互补验证的 T0 代转基因植株，同 时， 明确 DES1 和 OEUI1 基因的 结构和 1、完成 MOC1 调控基因的初步功能 验证和 LA 基因的表达分子以及细 胞学基础；克隆 DES1、OEUI1、 Nal1 等基因并完成功能验证；精细 定位 OsCDH1 和散穗基因；完成对 OsZFP1 转基因植株的基因表达分 析，确定 OsZFP1 所参与的调控途 径和网络；验证 OsWRKY11 的功能 及其调控途径。 2、阐明野败型不育基因与转录调控 研究内容 预 期目标 表达模式，构建 sh-2 基因功能互 补 和 RNA 干涉的载体，进行功能互补 实验和功能验证；通过遗传互补实验 确定 Nal1 基因的本质，明确其表达 特点；进行 OsZFP1 基因突变影响的 基因表达分析和相关途径和调控网 络的分析；筛选跨目的基因精细定位 区间的野生稻 BAC 克隆，获得野生 稻匍匐生长习性、落粒性、散穗等候 选基因；穗粒大小控制基因的精细定 位；种植稀穗等位性分析的群体，确 定不等位的同类突变体，并配制定 位群体；精细定位 OsCDH1 的基础 上，克隆该基因；采用 T-DNA 标签 法克隆与水稻抽穗相关的基因；验证 大叶角基因 OsWRKY11 的功能。 2、野败型不育基因与转录调控基因 的相互作用；野败型恢复基因的功能 分析；温敏不育基因的功能分析；杂 种不育基因的功能分析；雄配子发育 相关基因的功能分析；柱头外露基因 基因的相互作用的机理；确认 2 个野 败型恢复基因、1 个温敏不育基因、 2 个杂种不育基因和 2 个雄配子发 育相关基因的功能；完成柱头外露基 因的精细定位；获得诱导型不育转化 体。 3、 初步获得灌浆控制相关基因以 及所分离基因的功能及其相关作用 机理；鉴定出在胚和胚乳发育过程中 调节细胞数目的关键基因 25 个； 分离定位胚乳 PCD 调控相关基因； 开展水稻种子发育中蛋白激酶的功 能研究。 4、获得数个淀粉代谢调控和稻米品 质的关键候选基因和 QTL;明确淀粉 合成相关基因的复等位变异情况；完 成基因导入工作，获大量转基因水 稻植株，并筛选获得部分纯合系进 行品质与表达的初步分析；将 Qdu6 和 Qchk5 基因精细定位在 50kb 以 下；成功建立水稻胚乳细胞离体培养 研究内容 预 期目标 的精细定位；化学诱导型启动子控制 的不育基因转化水稻。 3、 利用突变群体和转基因技术鉴 定水稻种子发育(集中在灌浆过程和 品质性状)突变 体，并分离其调控基 因；完成水稻胚胎差异表达基因的分 析鉴定，确定相关基因的进一步生 物学功能分析计划；完成水稻 CIPK 的表达和生化分析，确定其蛋白激 酶特征；通过酵母确双杂交系统确 定 CIPK3 特异互作的 CBL 蛋白；建 立与细胞程序化死亡有关性状的基 因定位群体, 利用分子标记进 行基 因定位工作；利用 MS/MS 技术鉴定 特定的蛋白质；利用基因敲除和过量 表达的研究策略，将控制水稻胚和 胚乳细胞周期基因分别转化水稻， 进一步确定目的基因在水稻胚和胚 乳发育过程中对细胞数目调节的功 能；鉴别水稻胚乳特异表达候选基因 的表达特征。分析基因的分子结构。 分别构建基因的 RNA 干扰和超表 体系；初步完成具不同品质的典型水 稻品种中相关基因在水稻胚乳发育 过程中的表达特性研究。 5、完成籼稻广陆矮 4 号/粳稻日本晴 杂交产生的 F2 的屋里图，定位和克 隆氯酸钾抗性敏感基因和粒形基因。 6、筛选到低温胁迫应答的基因 4-8 个，得到转化植物；克隆相应热胁迫 转录因子的全长基因；建立水稻高光 照光胁迫、干旱和冷胁迫处理下的 表达谱，分别找出高光照光胁迫、干 旱和冷胁迫处理特异的以及共同的 基因；确证激酶和磷酸化酶功能；得 到定位在 30kb 内片段。 7、完成重组自交系群体遗传图谱构 建；初步阐明 MOC1、ALK 基因对重 要农艺性状的影响；完成大多数单带 片段代换系的分子鉴定；通过分子设 计，选育一些优良恢复系和不育系， 研究内容 预 期目标 达质粒。 4、 研究叶片中淀粉代谢的变化规 律和灌浆期转录组和代谢组的变化； 鉴定重组自交系（9311 和日本晴）中 与淀粉代谢和稻米品质有关的 QTL；继续 分析稻米品质性状和 进行 近等基因系的构建，并进行基因导 入及选育工作；设计与目标基因紧密 连锁的分子标记，精细定位 Qdu6 和 Qchk5 基因；建立水稻胚乳细胞 离体培养体系；不同品质的典型水稻 品种（23 个）中相关基因在水稻胚 乳发育过程中的表达特性研究。 5、构建籼稻广陆矮 4 号/粳稻日本晴 杂交产生的 F2 分离群体，对籼粳特 异序列进行遗传分析；构建氯酸钾抗 性敏感基因和粒形基因座位高饱和 的遗传图谱和精细的物理图谱，定 位和克隆氯酸钾抗性敏感基因和粒 形基因；应用 RFLP、SSR、CAPS 等 用于配置超级稻组合。 8、发表相关论文 12 篇，申请专利 2 项，课题中期评估。 研究内容 预 期目标 标记来进行氯酸钾抗性敏感基因和 粒形基因的分子定位，初步确定该 突变体所在连锁群。 6、克隆低温胁迫响应基因，构建基 因表达载体，进行遗传转化；筛选对 热胁迫敏感的转基因植株，克隆其 对应基因；建立水稻高光照光胁迫、 干旱和冷胁迫处理的表达谱，对芯 片数据处理和分析；体外重组的方法 进一步验证在 LHCII 磷酸化修饰中 相关的功能；叶色改变突变体的基因 定位、克隆。 7、进行重组自交系群体遗传图谱构 建；初步完成单带片段代换系选育； 通过对具不同分蘖植株在水稻成熟 期、株高和产量等农艺性状之间的 差异调查； 继续开展超级稻的分子 设计育种。 研究内容 预 期目标 第 三 年 1、通过酵母双杂交系统筛选与 MOC1 直接相互作用的蛋白并完成 酵母双杂交系统筛选与 MOC1 直接 相互作用的蛋白及体外验证，利用 反义遗传学方法对 GRAS 家族候选 基因构进行研究，构建表达载体， 进 行水稻转化；利用定量 PCR、Northern 杂交等技术检测 LA 基因在各种处理条件下的表达量的 变化，找到调控 LA 基因表达的各种 因素；用功能基因组方法，寻找与 DES1 和 OEUI1 相互作用的其他基 因；通过 Nal1-GFP 融合蛋白确定 Nal1 基因 产物的亚细胞定位；植物 株型和衰老关系的研 究并筛选候选 功能基因；野生稻匍匐生长习性、落 粒性、散穗候选基因互补验证，确定 野生稻匍匐生长习性、落粒性、散穗 等基因；确定穗粒大小控制基因的全 长，明确突变体序列及其等位基因 序列；完成稀穗基因的精细定位；完 成 OsCDH1 基因的功能互补验证； 1、筛选与 MOC1、DES1、OEU1 等 互作的蛋白质，明确它们所参与的 分子调控途径找到调控；LA 基因表 达的条件；完成 sh-2 基因功能互补 验证，明确其功能；完成 Nal1 的亚 细胞定位；完成稀穗、OsCDH1 的功 能互补验证；获得 OsZFP1 和 OsWRKY11 的互作基因。 2、阐明野败型恢复基因的分子机理； 确认 1 个温敏不育基因、1 个杂种 不育基因、2 个雄配子发育相关基 因和柱头外露基因的功能；获得诱 导型不育可育两用系。 3、 初步获得特异表达转录因子在 种子形成和胚乳发育中的调控作用； 获得水稻类受体激酶（recepter-like kinase）在种子形成和胚乳 发育中的 表达谱，分离 鉴定特异表达的 类受 体激酶编码基因；获得受体类激酶在 水稻种子形成和胚乳发育中的作用； 研究内容 预 期目标 利用水稻抽穗迟缓突变体，采用基 因芯片和酵母双杂交等技术，筛选 相关的调控基因；利用基因芯片和酵 母双杂交等技术，筛选与 OsWRKY11 相关的基因。 2、野败型恢复基因的分子机理研究； 温敏不育基因、杂种不育基因、雄配 子发育相关基因和柱头外露基因的 功能分析；诱导型不育转化体的育性 分析。 3、 利用突变群体和转基因技术研 究转录因子和类受体激酶在水稻种 子、胚乳、灌浆 中的作用；通 过过量 表达和 RNAi 技术完成 20 余差异基 因的表达构件并转化水稻，进行生 物学功能分析。完成过量表达和抑 制 CIPK 的构件并 转化水稻，分析其 在胚胎发生及种子形成中可能作用； 通过离体和体内技术进一步确定 CIPK 和特定 CBL 的细胞体内的合 作；建立大规模分离群体，筛选重组 初步揭示激素调节细胞周期的分子 机理。 4、 获得淀粉代谢调控的功能基因 24 个；完成鉴定 12 个重要淀粉 代谢主效 QTL 的表达谱；通 过对转 基因材料和近等基因系品质的测定 分析，初步明确淀粉合成相关基因 在稻米品质形成中的功能；确定 Qdu6 和 Qchk5 区段的候选 基因， 获 得 Qdu6 和 Qchk5 的阳性 转化载体； 筛选到淀粉合成相关基因的优良复 等位基因供体；初步弄清外源因子 （如糖，激素等）对 Inv, Inh,Sus 等有 关基因的表达的调控模式； 5、完成部分籼、粳稻特异基因的功 能分析和鉴定；完成对氯酸钾抗性敏 感基因和粒形基因进行比较基因组 分析和相关座位的演化。 6、筛选出对低温耐性有作用的基因， 同时得到它们的转基因材料；筛选一 批对高温胁迫相关的基因为候选基 因；通过过表达热胁迫转录因子，获 研究内容 预 期目标 子，确定与调控胚乳 PCD 的重要基 因的可能目标基因。利用已有的 T- DNA 插入群体或 RNAi 技术敲除 与 PCD 有关的重要基因，研究对胚 乳 PCD 的作用；以不同控制水稻胚 和胚乳细胞周期的关键基因转基因 水稻为材料，研究激素调节细胞周 期的分子机理；分别将基因的 RNA 干扰和超表达质粒转化水稻。从表 型上观察转基因植株在生长发育过 程中的变异，并从细胞生物学角度 分析变异的机理。 4、 开展淀粉代谢关键酶基因的功 能研究；利用全基因组芯片分析重组 自交系进基因表达变化；继续重要复 等位基因近等基因系的构建；Qdu6 和 Qchk5 的目标基因获得和转化载 体构建；筛选可对各重要基因进行功 能验证的转基因水稻纯合株系；利用 胚乳细胞离体培养体系对有关基因 受外源因子（如糖，激素等）的可能 调节进行研究；对部分高回交世代近 得具有耐热性的转基因植株；建立 50 个对光胁迫、干旱和冷胁迫处理 特异的以及共同的应答基因的表达 谱；获取已知的光信号途径基因在光 胁迫下的表达谱差异； CHLORINA、YGL 功能验证。 7、完成若干重要农艺性状基因的定 位；阐明 MOC1、ALK 基因对重要农 艺性状的影响；选育 2 个以上杂交组 合，参加省或国家新品种区试；选育 出覆盖水稻全基因组的单片段代换 系，并在 internet 上公布，向国内外 相关研究单位提供种子。 8、发表论文 12 篇，申请专利 5 项。 研究内容 预 期目标 等基因系和转基因纯合株系中的稻 米品质性状及其相关基因的表达进 行检测分析。 5、开展部分籼、粳稻特异基因的功 能分析和鉴定；与其它禾谷类主要农 作物比较，对氯酸钾抗性敏感基因 和粒形基因进行比较基因组分析， 研究籼、粳稻或植物之间氯酸钾抗 性敏感基因和粒形基因相关座位的 演化。 6、转基因植物的表型分析、分子 鉴 定；分离、鉴定出能够增加对高温胁 迫反应 的热胁 迫转录因子；芯片数据 的验证；找出信号 传导途径相关基因 以及氧化还原系 统相关基因； CHLORINA、YGL 表达载体构建和 转化。 7、分析重要农艺性状，其遗传效应， 阐明其遗传基础；并进行 QTL 初步 定位；调查转 ALK 基因植株及其后 代籽粒的糊化温度以及其他性状；分 研究内容 预 期目标 析 MOC1 基因对植株农艺性状的影 响；继续进行超级稻的分子设计育种， 所选育的品系用于配组，并参加品 种区试；完成覆盖水稻全基因组的单 带片段代换系选育；开展重要农艺性 状基因的渐渗系选育研究； 第 四 年 1、开展体外结合实验证明与 MOC1 有相互作用的蛋白，构建转化质粒 并进行转化，并进行转基因植株的 鉴定；通过 GRAS 家族基因 转基因 后代的表型分析，筛选出 12 个 GRAS 家族与植物形 态建成和生 长 发育直接相关的基因；通过对 Microarray 及酵母双杂交系 统筛选 的结果分析，找到 LA 调控的下游基 因；确认与 DES1 和 OEUI1 相互作 用的因子并开展功能研究；对栽培稻 和普通野生稻的不同品种和品系的 sh-2 等位基因进行克隆；通过酵母双 杂交技术鉴定与 Nal1 相互作用的蛋 1、获得与 MOC1 互作基因的 转基因 水稻；找到 LA 调控的下游基因；获 得 DES1、OEUI1、Nal1、OsWRKY11 相互作用的因子；克隆 sh-2 等位基 因；完成穗粒大小控制基因互补试验， 进行原核表达和蛋白纯化工作和蛋 白生化特性分析和抗体制备；完成其 他相关基因的的功能分析；获得 OsWRKY11 互作基因。 2、阐明温敏不育基因和杂种不育基 因的分子机理；发现杂种不育复等位 基因和广亲和等位基因，提出克服 杂种不育的分子调控策略；阐明雄配 子发育相关基因和柱头外露基因分 研究内容 预 期目标 白，并且进行 Nal1 蛋白相互调控关 系研究；确定株型和衰老相关候选基 因体内、体外功能；构建野生稻匍匐 生长习性、落粒性、散穗等基因的 GFP、GUS 等表达载体并进行遗传 转化等基因功能分析。转野生稻匍 匐生长习性、落粒性、散穗基因的的 转基因研究；开展穗粒大小控制基因 互补试验，进行原核表达和蛋白纯 化工作；克隆稀穗基因并进行互补实 验，明确稀穗基因的突变本质；利用 RNA 原位杂交技术研究 OsCDH1 基因在不同发育时期、不同组织器 官中的时空表达模式；利用转基因技 术研究水稻抽穗相关基因的功能；体 外验证基因芯片和酵母双杂交等技 术筛选的与 OsWRKY11 相关的基因 功能。 2、开展温敏不育基因、杂种不育基 因、雄配子发育相关基因和柱头外 露基因的分子机理研究；开展杂种不 子机理；获得 23 个试验杂交组合。 3、 获得水稻种子发育中信号传导 调控网络；获得与细胞周期蛋白相互 作用或上、下游的基因 23 个；获 得水稻种子发育阶段蛋白谱，初步 了解其从转录、蛋白、代谢的调控网 络。 4、 阐明 510 淀粉代谢功能基因 和 12 个主效 QTL 作用的分子机 理；Qdu6 和 Qchk5 候选基因的 转化 植株的获得及其共分离检测；阐明改 变 Inv, Inh,Sus 和 AGP 的表达对水 稻种子发育和品质的影响；完成淀粉 合成相关基因优异复等位基因的特 异分子标记设计； 6、阐明水稻温度胁迫转录因子的生 物学功能及分子机理；了解所筛选的 低温应答在信号网络中的定位；揭示 这些高光照胁迫应答基因的生理功 研究内容 预 期目标 育复等位基因分析；诱导型不育可育 两用系的杂交育种测试。 3、 深入分析水稻转化株系，通过表 型分析，Northern 杂交等确定其中 部分基因的物学功能；研究 CIPK 和 CBL 的互作的 调控方式。通 过转 基因水稻株系的形态学解剖分析和 分子生物学方法探索 CIPK 在胚胎 发生及种子形成中可能作用。通过 遗传转化确证目标基因。并对其进 行原位表达和功能分析；构建跟踪 PCD 的 GUS 标记的转基因水稻植 株，研究激素与环境因子对 PCD 的 影响；寻找与细胞周期蛋白相互作用 或上、下游的基因；在水稻基因组范 围内，筛选与基因相互作用的染色 体位点；综合利用突变材料和转基因 技术，研究水稻胚乳发育过程中激 素信号系统与激酶信号系统的关系； 开展水稻种子、胚乳发育和灌浆过 程的蛋白谱研究，结合转录组工作， 系统研究其相关调控网络。 能以及作用分子机理；了解控制叶色 的分子机理。 6、完成籼粳进化的途径和它们的亲 缘关系的分析；完成籼、粳稻的氯酸 钾抗性敏感基因和粒形基因的转化， 为氮高效和籼、粳亚种间超高产育 种的分子设计提供依据。 7、选育 1-2 个杂交稻组合，参加省 或国家区试;争取 1-2 个组合通过区 域试验，进入生产试验；完成重要模 式材料的重组自交系群体（93- 11/NPB，GLA4/NPB）和单片段代换 系的构建；完成 5-8 个重要农艺性状 控制基因的精细定位；克隆 2 个以上 重要农艺性状基因。 8、发表论文 15 篇，并申请专利 510 项。 研究内容 预 期目标 4、继续开展淀粉代谢关键酶基因和 QTL 的功能研究；通 过杂 交组合近 等基因系中的不同重要复等位基因 以及双基因敲除的转基因材料；目标 候选基因 Qdu6 和 Qchk5 的转化和 功能验证；设计可用于水稻优质育种 的成套分子标记，并选配杂交组合 进行验证。 5、总结分析籼粳进化的途径和它们 的亲缘关系；对籼、粳稻的氯酸钾抗 性敏感基因和粒形基因利用转化进 行互换，研究水稻资源多样性的进 化，为氮高效和籼、粳亚种间超高产 育种的分子设计提供依据。 6、鉴定胁迫相关转录因子互作的蛋 白；低温应答基因在温度信号转导中 的作用；光胁迫应答基因的表达载体 构建，转化模式植物；开展对 chlorina、ygl 双突变分析。 研究内容 预 期目标 7、借助分子标记，选择农艺性状和 米质优良的单株材料，继续回交；借 助无选择标记的转基因技术，通过 过量表达、反义 RNA 或 RNAi 技术， 分子设计糊化温度基因在当前主推 品种、杂交稻骨干亲本及恢复系内 的表达水平；按照水稻籼粳亚种间超 级杂交稻育种的要求，完成重要模 式材料的重组自交系群体（93- 11/NPB，GLA4/NPB）构建；重要农 艺性状控制基因的精细定位；利用水 稻重要农艺性状基因的渐渗系，进 行这些基因的精细定位研究，克隆 目标基因，开展基因功能研究。 第 五 年 1、通过分子生物学及生物化学等方 法，结合转基因后代植株的表型分 析，获得 1-3 个与 MOC1 相互作用 的蛋白并完成其功能分析，证明与 MOC1 相互作用的蛋白参与水稻分 蘖的调控；通过转基因技术及免疫沉 淀等方法对酵母双杂交系统 LA 调 1、完成 24 个 MOC1 互作蛋白的 功能分析，阐明 1-2 个 GRAS 家族 中引起水稻株型变化的基因功能；完 成 LA 的体内功能分析和互作蛋白 的验证；完成穗粒大小控制基因的亚 细胞定位和各类转基因水稻的性状 调查分析及鉴定工作；完成稀穗基因 的功能互补，明确该基因的功能；完 研究内容 预 期目标 节的下游基因及与 LA 相互作用的 蛋白进行体内功能验证；继续进行 DES1 和 OEUI1 基因应用基 础方面 的研究；确定 sh-2 基因在水稻人工 驯化中的作用，探讨水稻的起源和