【基金标书】2010CB126600-重要热带作物木薯品种改良的基础研究

项目名称： 重要热带作物木薯品种改良的基础研究 首席科学家： 彭明 中国热带农业科学院热带生物技术研究所 起止年限： 2010 年 1 月 8 月 依托部门： 农业部 海南省科技厅 一、研究内容 1、木薯淀粉高效累积的 分子基础 采用 块根 淀粉 率差异显著的木薯 品系，监测 其 块根发育 的生物学 全过程， 采用转录组、全长 库、 基因芯片等先进的分析手段，寻找木薯淀粉高效累积的主要代谢途径，发掘关键基因，建立相关候选基因间的调控网络。通过对木薯淀粉积累重要时间节点的转录组和全长 库 分析，筛选淀粉高效累积相关的候选基因并获得其全长序列克隆；通过 序及其靶基因预测分析 ， 发现淀粉高效累积相关的 其靶基因 （ ；通过基因芯片杂交，解析淀粉高效累积相关候选基因和 时空表达谱。 综合候选基因， 其靶基因 和表达谱 信息，利用基因网络分析平台，构建木薯淀粉高效累积的基因调节网络并发现关键节点基因。进而，利用木薯全基因组序列，将淀粉高效累积的相关基因定位到基因组物理图谱， 比较分析这些基因在高淀粉 品系 、 低淀粉 野生种 和 糖木薯 3 个基因组 中的差 异 ，揭示 这些功能基因在进化中的结构演化 关系。通过 比较基因组学 的方法，发掘 木薯近缘作物光合产物形成与分配的 关键基因及其 共性机制 。从而，建立木薯及其近缘作物光合产物高效累积的理论基础。 2、木薯逆境适应的调控机理 选择对干旱、土壤贫瘠耐性 和敏感的木薯基因型，完成诱导和非诱导胁迫处理的生物学过程，测定 两 个处理的转录组和 达信息 ，分别获得 木薯逆境诱导表达的 根据 测 控的靶基因（ 通过基因芯片杂交及分析 ，获得木薯抗逆相关候选基因和 时空表达谱，构建木薯逆境适应的基因调节网络并发现关键节点基因。对关键基因 进行差异表达分析和 靶基因相互作用分析。将关键抗逆基因定位到物理图谱， 并 利用拟南芥等的转基因方法对其中若干重要基因进行功能验证，为木薯抗逆遗传改良提供新的基因资源。 此外，通过 比较基因组学 的方法，发掘 木薯近缘作物抗旱耐贫瘠的关键基因 ，鉴定抗性同源基因在近缘 物种间 的重要结构域和进化规律 ，寻找逆境适应的共性机制 。 3、木薯重要基因的功能验证与分析 建立在相对成熟的木薯遗传转化体系基础上，采用基 因敲除和过表达策略，将 木薯 光合产物高效累积及逆境适应 途径中的 关键基因 转 入木薯 ，获得转基因植株。通过对转基因植株的生理生化和分子生物学分析， 进一步阐明 这些 关键 基因在相关 代谢途径 中的作用机理。 同时 创造 具有不同淀粉品质 和抗逆特征 的木薯新种质 。 4、木薯分子育种技术集成与种质创新 综合运用形态学、植物生理生化和分子标记等实验手段，筛选分别具有高产、优质、抗逆特征的木薯 核心 种质； 利用全基因组序列和关键代谢途径表达基因（ 发大量 分子 标记，构建高密度分子遗传图谱，整合物理图谱，定位重要经济 、抗逆性状的 建立 实用的分子标记辅助育种技术 体系 ；发展细胞原生质体融合杂交 育种、转基因育种等新方法。将育种新技术融合到 传统 的木薯 杂交育种 体系 ，建立亲本杂交 细胞育种 速、高效培育 高产、抗逆且具有不同淀粉品质特征的专用型 木薯新品 种（ 系 ） 。 二、预期目标 1、总体目标 通过项目的实施，以木薯为热带作物典型材料，探索其淀粉高效累积和抗逆的分子遗传基础，解析木薯光合产物高效积累的基因调控模式，揭示其淀粉持续高效累积的生物学基础和逆境适应的分子机制，旨在解决热带作物光合产 物高效累积的关键性基础理论问题；发掘具有应用价值的基因资源和分子标记，发展新的分子育种综合技术，为木薯新品种培育奠定坚实的应用理论基础。建设一支高水平的研究团队，推动木薯及热带作物产业的可持续发展。 2、五年预期目标 （ 1） 阐明木薯淀粉高效累积的主要代谢途径，及抗旱、耐贫瘠等逆境的分子机理 ； （ 2） 发掘关键基因、新的 其靶基因，构建多层次的表达调控网络； （ 3） 验证光合产物高效累积及抗旱、耐贫瘠 6重要基因的功能； （ 4） 阐述木薯及近缘作物光合产物积累和抗逆的共性机制； （ 5） 整合木薯物理图谱与遗传图谱，并开发 2000 个以上木薯 记； （ 6） 建立分子育种与传统育种相结合的育种体系，培育出高产抗逆的木薯新种质或新品系 6； （ 7） 发表高质量学术论文 30，累计影响因子 100 点以上； （ 8） 培养硕士、博士研究生 50； （ 9） 建立多学科交叉的木薯研究创新团队 ； （ 10） 建立权威的木薯基因组学数据库和应用平台 。 三、研究方案 1、学术思路 ， 技术 路线及可行性 项目围绕 2 个关键科学问题和总体目标，提出总体研究框架（ 下 图），采用高通量定 向基因发掘的综合技术手段，重点解决木薯淀粉高效累积机制和逆境适应的调节机制 2 个核心问题， 然后对主要代谢途径中的关键基因进行功能验证和分析，发掘基因资源和分子标记，建立整合分子育种技术，形成热带作物光合产物高效累积与抗逆的理论基础和技术储备。 热带作物光合产物高效累积与抗逆的理论基础与技术储备高通量定向基因发掘淀粉高效累积机制逆境适应的调节机制关键基因功能分析与验证分子育种与种质创新热带作物光合产物高效累积与抗逆的理论基础与技术储备高通量定向基因发掘淀粉高效累积机制逆境适应的调节机制淀粉高效累积机制逆境适应的调节机制关键基因功能分析与验证分子育种与种质创新关键基因功能分析与验证分子育种与种质创新木薯淀粉高效累积与抗逆的分子机制及应用的总体研究方案 取得重大突破的可行性 （ 1）木薯基因组测序成为重要基础 中国热带农业科学院组织正在进行的木薯全基因组测序计划， 将于 2009 年底前全部完成。其成果不仅首次提供了木薯全基因组序列，指导有关光合产物累积代谢途径和抗逆途径的基因簇结构域定位，而且通过对 3 个基因型序列草图的比较显示这些代谢途径基因序列的 进化关系。同时在大量开发 记、转录组分析的表达基因定位、 现及其靶基因预测等均具有奠基作用 。 （ 2）具备典型材料 整个计划围绕 2 个关键科学问题，采用了一套固定的材料 。 在木薯淀粉累积代谢途径 研究 中，采用 淀粉 率差异极大的品种 淀粉率 32%） 和野生近缘种 淀粉率 5%） 2 个基因型，其中 2004 年引自阿根廷 ， 近缘野生种 自巴西野生自然种群，是木薯栽培种的祖先 ， 拥有多样化的基因类型 ；在抗旱和耐瘠薄机制的研究中，采用抗逆性 差异显著的品种（华南 124 与 干旱和土壤贫瘠敏感）， 其中 华南 124 是我国木薯主产区大面积推广品种，号称“木薯王”； 泰国选育的东南亚推广面积最大的品种，兼具高产、高淀粉特性 。在木薯基因组测序中同时采用 野生近缘种 巴西木薯 突变体，块根还原糖含量在 15 乙醇转化率 高）3 个基因型， 通过对 3 个品种基因组草图序列比较， 为 揭示木薯基因组中与淀粉累积代谢相关的基因结构域及其进化关系 和高通量开发 记提供了必备条件； 在基因功能验证环节 中 ，除了 具备 木薯遗传转化体系可以将部分关键基因进行转基因 敲除或者过表达验证其功能， 已经获得 一些 入突变体， 如 低温敏感突变体（ 糯性突变体（ 无块根突变体（ 等 。 这些典型材料 是发现科学规律，揭示基因调控奥秘的设计基础。 （ 3）技术方法先进 实验将采用超高通量、低成本的 序技术、转录组技术、表达谱芯片技术、 基因网络分析 等一系列新 技术， 并且具备相对成熟的木薯遗传转化平台 （ 4） 多学科融合的研究团队 项目主要学术骨干 为 2006 年初成立的木薯功能基因组学团队 成员 ，分别来自中国科学院，复旦大学 ，广西大 学 和中国热带农业科学院等单位，其学科涵盖遗传育种学、分子生物学、生物化学、基因组与比较基因组学、基因工程、生物信息学等多个交叉学科，各自在本领域具有良好的学术和技术造诣，团队结构符合研究计划的需要。 （ 5）研究条件保障 本项目有 6 家国家级研究院所参加，汇集 2 个国家重点实验室， 6 个 省 部级重点实验室， 拥有良好的设施条件和 技术基础，为 本项目取得重大突破提供了条件保障。 2、特色和创新点 项目特色： （ 1）作物特殊性：木薯是全球三大块根作物之一，第六大粮食作物和新兴能源作物，具有光合产物高效累积和抗旱、耐瘠 薄的特性。利用先进的分子生物学手段与方法，有望在理论上取得重大突破。 （ 2）区域优势：针对整个热带地区，根据热带作物对高光照、高热等环境资源高效利用的共同特点，选择木薯作为典型材料，研究光合产物累积与抗逆的共性调节机制，将对热带作物和其它作物的遗传改良和产业发展提供基因资源和理论依据。 项目创新点： （ 1）首次揭示木薯所特有的光合产物高效积累、抗旱和耐贫瘠的分子机制，其理论成果将对其它作物尤其是热带作物和大戟科经济作物具有重要的指导价值。 （ 2）采用最先进 的 基因网络分析技术，定向发掘胁迫诱导的功 能性 重要靶基因，构建多层次基因调控网络，发现关键节点基因。 （ 3）木薯转基因技术、分子育种与传统育种的有效整合，不仅是木薯育种方法的突破，而且有利于快速定向培育不同需求的系列木薯新品种。 （ 4）在全基因组水平上整合遗传图谱与物理图谱，为木薯基础和应用研究提供重要基因资源和基础数据。 3、 课题设置 根据项目的总体目标要求和学术思路，本项目设置 6 个课题。每个课题设 1名课题负责人，协助项目负责人组织计划实施和管理 ，具体如下： 课题 1、木薯淀粉高效累积途径及其关键基因 研究内容： （ 1）淀粉累 积生物学过程研 究 ： 选择典型的高淀粉品系 低淀粉 近缘野生种（ 材料 测其块根形成到成熟期叶片（源）、茎杆韧皮部（流）、块根（库）主要光合作用与淀粉合成酶的动态变化，糖和淀粉累积量的变化，并采集每个时间节点叶片及块根表达 品，制作成点杂交芯片； （ 2）块根与叶片发育过程的转录组分析 ： 选择块根形成初期、淀粉合成旺盛期和成熟期 3 个关键时间节点，提取总 行转录组测序，比较不同基因型光合与淀粉合成途径中基因表达差异及其丰度，筛选与淀粉累积效率相关度较大的 候选基因；通过 现在块根发育和淀粉合成过程中的 而预测其靶基因；构建块根发育关键期的全长 库，选择性对上述候选基因进行克隆测序，获取具有完整表达阅读框（ 全长基因 ； （ 3）芯片杂交和表达分析 ： 利用上述全长基因克隆和上游调节基因做探针，依次对覆盖整个淀粉累积过程的时间序列表达芯片进行杂交，获得这些基因的表达谱矩阵，利用生物信息学方法对多个基因表达芯片进行叠加，建立块根淀粉累积过程中多个基因的联结关系和调节网络，发现处于核心节点的重要功能基因5 ； （ 4）淀 粉累积相关重要基因功能验证 ： 对 测的重要上游调节基因采用实时定量 法确定其与下游表达基因的对应关系；对 3重要功能基因同时采用 过量表达策略，连接到块根特异表达启动子，构建表达载体，转化木薯获得转基因植株，对转基因植株进行生化和遗传学分析，证明目标基因对块根淀粉累积的作用效果。 预期目标： （ 1）阐明木薯淀粉高效累积的主要代谢途径； （ 2）构建光合产物高效累积相关基因的表达调控网络； （ 3）揭示其中 3重要基因的功能 。 经费比例： 18% 承担单位： 中国热带农业科学院热带生物 技术研究所、广西大学 课题负责人： 王文泉 课题 2、木薯抗旱和耐贫瘠的调控机理 研究内容： （ 1） 木薯抗旱、耐贫瘠的生物学过程研究 选择对干旱、土壤养分胁迫（ N、 P）耐性和敏感的木薯基因型，分别设计干旱胁迫和 N、 P 养分胁迫处理试验，系统监测不同基因型在胁迫诱导 和非 诱导条件下 的生 理、生化和形态学变化；提取诱导 和非 诱导条件 下的胁迫原初、中期及后期响应时间点 的总 本； （ 2）逆境适应 相关基因的表达分析 制备 不同基因型的 诱导与非诱导 处理 总 ， 利用高通量 序技术，分别进行转录组 分析 和小 序，转录组分析提供 表达类型及其丰度信息；小 序数据通过比对木薯基因组数据、 据库，采用析软件， 发现木薯干旱和养分胁迫诱导下特异表达 据成熟列信息，预测 控的靶基因（ 基因型、不同处理之间表达信息综合比较分析，获 得 50 胁迫相关候选基因 ； （ 3） 逆境相 关 调控网络构建与 其靶 基因的调控分析 对 50干旱和 N、 P 胁迫相关基因 制作候选基因芯片， 分别 与 胁迫诱导、非诱导 处理 各 5时间点总 交 ， 获得表达信息矩阵，绘制与 木薯抗旱、耐瘠薄相关 的基因调控网络 ，并从网络中筛选关键的抗逆候选基因 20； （ 4）重要逆境相关基因的功能验证 对上述 20关键节点基因，采用 5术验证 5启动子区域胁迫响应相关顺式元件（ 及 基因被切割状况，分别对靶基因的调控关系及其相互作用进行验证。进一步筛选 3 木薯抗旱、耐贫瘠的关键基因 。 通过 构建 节点 关键 基因 的 过表达和缺失表达载体，转化木薯 /拟南芥 ， 观察 转基因 植株 在胁迫 条件下 的 生理和 表型变化， 揭示这些基因的功能。 预期目标： （ 1）发现木薯抗旱、氮磷营养高效的关键基因及 节的靶基因 20 （ 2）建立 与 木薯抗旱、氮磷营养高效的基因调节 网络 ； （ 3）阐明 3抗旱、氮磷营养高效关键基因的功能。 经费比例： 19% 承担单位： 中国热带农业科学院热带生物技术研究所、中国科学院上海生命科学研究院 课题负责人： 彭明 课题 3、木薯近缘作物光合产物积累与抗逆途径的比较 研究内容： （ 1）木薯近缘作物光合产物形成与分配途径的比较与基因发掘 选 择大戟科麻疯树典型材料，获取光合产物形成与分配的转录组信息，结合麻疯树全基因组序列，采用比较基因组学方法，寻找木薯和麻疯树光合产物形成的共性途径，及分支代谢节点，发掘关键基因；深入分析同源基因序列中的定向进化区域和位点，用蛋白质三维结构、功能单元等信息预测基因功能和重要结构域，同时对关键基因在不同物种、发育时期、器官和组织中的表达特点进行分析，研究重要同源基因在不同物种间的功能异同，阐明木薯和麻疯树光合产物形成的共性机制与分配的物种特异性； （ 2）耐旱和氮磷高效机制的比较与基因发掘 与木薯近缘的麻疯树同样具 有抗旱和耐贫瘠特性，选择典型材料，设计干旱和氮磷胁迫试验，分别监测在逆境条件下的生理生化指标并获取转录组信息，结合麻疯树全基因组序列，采用比较基因组学方法，寻找木薯和麻疯树耐旱和氮磷高效的共性机制，发掘关键调节基因，尝试建立不同抗逆途径的基因调控网络；深入分析其在不同物种中的时空表达特异性，阐明木薯和麻疯树适应干旱和耐贫瘠的共性机制； （ 3）大戟科重要经济作物整合遗传图谱构建 比较木薯和麻疯树的基因组和表达序列，鉴定物种间的低拷贝同源序列，开发 2 个物种中通用的 分子标记，并将部分通用标记定位到已有遗传图谱上，构建大戟科 2 个重要经济物种的整合遗传图谱。借助木薯全基因组精细图谱，将光合产物累积与抗逆途径相关基因，重要经济性状的 注到整合遗传图谱，为大戟科重要经济作物的分子设计育种奠定基础。 预期目标： （ 1）阐明木薯、麻疯树光合产物形成的共性机制与分配特征； （ 2）揭示木薯、麻疯树耐旱和耐贫瘠的共性机制； （ 3）发掘光合产物积累与抗逆的重要节点基因（ 3； （ 4）开发大戟科作物的共性分子标记及建立高密度的整合遗传图谱。 经费比例： 15% 承担单位： 中国科学院华南植物研究所、中国热带农业科学院热带生物技术研究所 课题负责人： 王瑛 课题 4、木薯基因组注释与信息整合 研究内容： （ 1） 木薯全基因组精细图谱构建 在木薯 近缘野生种（ M. 高产栽培种为材料的木薯 基因组 框架图谱基础上，通过木薯基因组物理图谱和遗传图谱的整合 ，完成覆盖全基因组98%以上的精细图谱；进而将已有的木薯 列、 分子标记信息注释到全基因组图谱； （ 2）光合产物累积与抗逆途径相关基因的结构演化 将在转录水平所获得的 淀粉高效累积和抗逆相关基因标 记到基因组，并 比较分析这些基因在 高淀粉品系、 低淀粉野生种和 糖木薯 3 个基因组中的差异 ，揭示淀粉代谢与抗逆途径中 相关基因序列的多态性及其在进化中的演化关系； （ 3） 高通量分子标记的开发 根据高淀粉、糖木薯和野生种的基因组序列单倍型 结构，以及转录组测序获取的大量 列，采用专用软件设计 物，发掘大量多态性 分子标记； 同时，检测这些标记与功能基因和 间的关联程度，发现具有实用价值的功能性分子标记 ； （ 4） 基因网络分析与建模 发展基于表达芯片矩阵和点杂交分析的时间序列、条件序列等的基因网络 建模软件，并整合 游调节节点信息，建立多级基因调控网络系统； （ 5） 建立公共服务信息平台 建立一个各课题数据集成和信息平台，收集、存贮、分析和反馈整个项目的信息资源，并建立与公共数据库的链接，提供项目组以及公共服务。 预期目标： （ 1）建立 木薯全基因组精细图谱 ； （ 2）阐明木薯 淀粉高效累积代谢途径和抗逆途径 相关基因的 结构演化 ； （ 3）开发 2000 个以上木薯 记和部分功能性标记； （ 4）建立一套基因网络分析平台和木薯基因组和转录组集成数据库。 经费比例： 14% 承担单位： 中国科学院北 京基因组研究所、复旦大学 课题负责人： 肖景发 课题 5、木薯重要基因的功能验证与分析 研究内容： （ 1）木薯高效遗传转化体系的优化 在相对成熟的木薯模式品种离体植株再生和遗传转化方法的基础上，进一步获得不同基因型高频率的体细胞胚胎发生及芽器官发生；发掘能产生脆性胚性愈伤组织的基因型，优化胚状体的植株再生频率；提高选择培养条件下遗传转化效率，建立规模化木薯遗传转化体系，满足功能基因验证和我国主栽品种转基因育种的技术需求 ； （ 2） 木薯淀粉合成途径重要基因的功能验证 将发现的光合同化物合成、转运和累积过程中涉及的 若干重要基因，通过过表达策略导入木薯基因组，获取转基因植株，研究这些基因的功能，了解蔗糖分子运输过程的定向分配机制；结合已有的 入突变体（无块根，糯性等），分离、鉴定这些与块根发育、同化物定向运输和淀粉累积密切相关的基因及其分子调控机制 ； （ 3）木薯 抗旱、 氮磷吸收与分配效率相关基因的功能验证 针对 木薯抗旱， 氮磷高效吸收与分配相关的基因，构建过表达及 达载体，转化木薯并结合生理生化分析，验证这些基因的具体功能。分离这些基因的启动子，验证其在 水分和 氮磷缺乏及丰富条件下的表达调控模式 ； （ 4） 木薯块根淀粉品质和 耐 低温的遗传改良 将糖转运蛋白、蔗糖合酶及蔗糖酶、淀粉合成相关的 关的基因，构建块根特异表达载体，导入木薯基因组，检验淀粉合成基因对淀粉的组成（直链淀粉和支链淀粉）及淀粉粒大小的调控作用，进而培育分别具有高直链淀粉、高还原糖适合于燃料乙醇利用，和低直链淀粉适合于变性淀粉工业的木薯新种质及新品系。选择胁迫诱导或组织特异性表达转录因子其调控基因 具有耐低温作用的上游调节基因，与细胞分裂素合成弱表达载体组合，构建 一系列表达载体系统，在烟草和拟南芥中转化并筛选具有耐寒功能的若干强表达载体，然后导入大面积推广利用的木薯新品种，培育具有在后期低温和干旱环境下高产、品质优良的木薯新种质或者新品种。 预期目标： （ 1）优化适合不同品种的高效木薯遗传转化体系； （ 2） 阐明 5 木薯 淀粉高效累积、耐旱和氮磷高效利用途径中关键基因 的生物学 功能； （ 3） 获得 具有高直链淀粉 /高支链淀粉、耐瘠薄 等 特征的木薯新种质 3。 经费比例： 17% 承担单位： 中国科学院上海生命科学研究院、中国热带农业科学院热带生物技术研究所 课题负责人： 张 鹏 课题 6、木薯分子育种技术集成与种质创新 研究内容： （ 1）核心材料创制与评价 运用植物形态学、生理生化和分子标记等实验手段，筛选分别具有高产、优质、抗逆特征的木薯 核心 种质。 通过自交，获取 5 代以上的基因型纯合自交系（ ；进行近缘种间杂交 和回交 ，获取具有不同外缘基因片段的导入系 (通过 自交系之间或者自交系与导入系之间杂交获得遗传多样性丰富的实验群体和育种的亲本组合； （ 2）木薯体细胞融合杂交创新种质 结合木薯体细胞胚胎发生技术和细胞系培养与融合杂交技术，首先诱导获得木薯胚性愈伤组织，建立其原 生质体分离培养和原生质体融合再生成株的技术体系，选择具有育种意义的性状互补品系及近缘种，创造木薯 新型异源四倍体体细胞杂种，明确其核质遗传组成特点 ； （ 3） 染色体 在木薯细胞学制片和染色体分带研究基础上， 采用染色体原位杂交（ 原位 术，将已经锚定到 遗传图谱各 连锁群 两端的 分子标记 定位到相应的染色体区段， 阐明遗传连锁群与染色体的对应关系，建立 木薯的 染色体 （ 4） 木薯重要经济性状的 位 利用核心种质和多态性实验群体，获取田间性状表型，结合分子标 记的多态性数据和木薯遗传图谱 ，采用 析软件和关联分析（ 法对主要经济性状、抗逆性的 行图谱定位 ，建立利用主效 行辅助选择育种的方法 ； （ 5）木薯综合分子育种体系与新品种培育 将分子标记辅助育种、转基因育种、体细胞杂交等新技术融合到 传统 的木薯杂交育种 体系 ，建立亲本 设计与 杂交 实验室选择 田间选择的现代育种技术体系， 实现 对大量杂交组合的 遗传操作， 快速、高效培育符合产业多样化需求的木薯新品 种（ 系 ） 。 预期目标： （ 1）建立适用于研究和育种利用的核心材 料体系 40； （ 2）建立木薯原生质体融合再生体细胞杂种的技术体系，获得体细胞杂种 2 （ 3）构建木薯高密度细胞 取 5重要经济性状的主效 （ 4）建立木薯分子标记多目标性状综合选择的理论与方法体系； （ 5）培育出高产、抗逆、品质优异适合于工业利用的专用型木薯新品系 3。 经费比例： 17% 承担单位： 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所、华中农业大学 课题负责人： 李开绵 4、 课题间相互关系 课题 1、课题 2 分别针对木薯淀粉高效累积和抗逆性两大特征，选择典型材料 ，设计生物学过程试验，用先进的转录组、基因芯片和 术手段，发现其主要代谢途径及其关键基因，结合基因网络分析技术，构建淀粉累积与抗逆的基因调节网络关系；课题 3，将木薯的光合产物高效累积和抗逆特性 延伸 到大戟科近缘作物，通过对相关代谢途径和节点基因的比较，发掘新基因和大量分子标记，拓展项目成果的应用面，同时试图发现其所具有的共性机制，深化理论研究；课题 4 在木薯全基因组序列基础上，将在转录水平发掘的光合产物高效累积、抗逆 候选 基因 、遗传图谱及其 点整合到精细图谱，比较相关代谢途径功能基因的多态性与 演 化关系 ， 并规模化开发 记， 为木薯 分子设计 育种 提供基础 。本课题同时负责 基因网络分析技术，并构建数据共享的服务平台；课题 5 专门对发现的与淀粉高效累积 、 抗旱、耐贫瘠的关键基因，进行功能验证。利用模式植物和木薯的转化技术，通过基因敲除和过表达策略阐明基因功能；课题 6 重点发展木薯的细胞与分子育种技术，利用上游课题获取的大量基因资源，定位重要经济性状的 立可操作的多种分子育种技术方法，整合到传统杂交育种体系，高效、快速培育适合于市场多样化需求的新种质或者新品种。总之， 6 个课题有各自的 主攻目标和创新点，研究内容之间又相互密切衔接，构成一个有机的研究整体。 四、年度计划 年度 研究内容 预期目标 第 一 年 1. 4个独立全长 及部分重组克隆的测序和序列分析； 2. 抗逆性 差异显著的品种 进行胁迫因子（干旱与非干旱，正常施肥与低氮肥）对比试验，进行小 序，转录组分析和生理生化指标的测定。 2 麻疯树和木薯基因组的比较，麻枫树 干旱和氮磷营养胁迫相关生理生化指标分析； 4. 木薯基因组框架图和物理图谱的整合，并进行进行木薯基因组的初步功能注释及时间 序列基因表达分析软件的开发； 5. 发掘能产生脆性胚性愈伤组织的基因型，优化胚状体的植株再生频率。 已有的控制块根淀粉品质和耐低温的基因资源的木薯遗传转化； 6. 木薯优良种质的引进和鉴定评价，筛选分别具有高产、抗逆特征的木薯核心种质。 1. 木薯淀粉累积 库的构建及逆境适应过程中各项 小 型和丰度信息及相关生理生化指标数据的获得； 2. 发掘麻疯树和木薯间保守的序列2000 条，进一步开发分子标记1000 个以上； 3. 初步完成木薯基因组框架图谱和物理图谱的整合，提供经过初步功能注释的木薯基因组图谱 4. 获得 50胁迫相关候选基因（ 得不同基因型高频率的体细胞胚胎发生及芽器官发生； 5. 获得核心材料体系 40。 年度 研究内容 预期目标 第 二 年 1 木薯淀粉累积过程转录组分析和小 序及生理生化指标测定； 对差异基因制备差异 片和片，分别与各个胁迫类型的多个时间点的生物学重复样品进行杂交试验。 3. 麻枫树与木薯光合作用及逆境适应性全转录本特性比较分析； 4. 将在转录水平所获得的 淀粉高效累积和抗逆相关基因标记到基因组，并 比较分析这些基因在 高 淀粉品系、低淀粉野生种和 糖木薯 3 个基因组中的差异； 5. 针对部分本项目配套课题提供的光合同化物合成、转运和累积过程相关的基因，抗旱、氮磷吸收与分配效率相关基因，构建 过表达载体，开始进行在木薯主栽品种中的遗传转化。 6. 研究离体多倍体诱导技术体系，木薯原生质体融合再生体细胞杂种的技术及分子标记多目标性状选择。 1. 获得木薯淀粉累积相关重要候选基因 20 以上和候选 以上，开发一批 记； 控网络，从 控网络中筛选 10关键节点基因。 3. 完成麻疯树遗传连锁群和染色体的对应，发掘到一批与光合产物积累和分配相关的基因，并与木薯进行比较； 4. 从转录组水平上解释 高淀粉品系、低淀粉野生种和 糖木薯 3个基因组的差异； 5. 获得 挑选适于