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張啟發:我國水稻功能基因組研究躋身領先行列

  • 發佈時間:2016-03-13 03:33:46  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  研究成果相繼在《Nature》、《Science》、《Nature Genetcis》、《Nature Biotechnology》、《Plant Cell》、《Proc Natl Acad Sci USA》、《Elife》、《Nucleic Acids Res》等國際著名學術刊物上發表;2012—2015年,共計發表研究論文431篇,SCI影響因子9以上的88篇;申請發明專利107項,新獲得專利授權102項;獲批兩個軟體著作權;獲得國家自然科學二等獎1項;培養博士研究生227人,碩士研究生192人……

  這是863計劃現代農業技術領域“水稻等主要農作物功能基因組”所取得的成績。

  2014年《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006—2020年)實施情況中期評估》“農業領域專題評估報告”中,“水稻等主要農作物功能基因組學”的研究成果被列為農業領域重大標誌性成果之首。

  通過項目的實施,最終將建立一系列新型高通量功能基因組研究平臺,分離克隆一批擁有自主智慧財産權的功能基因,全面揭示控制主要農作物重要農藝性狀的生物學機制,為農作物的遺傳改良提供基因資源和分子操作藍本,極大地提升作物遺傳改良研究的水準,全面推動農業科學的發展。

  項目首席專家華中農業大學張啟發教授介紹,我國是世界上較早啟動作物功能基因組研究計劃的國家,項目針對作物生産中“少投入、多産出、保護環境”的作物育種目標,通過解析水稻、玉米、小麥這三大農作物功能基因組,在水稻、玉米和小麥資源、資訊和生物技術平臺的構建完善以及調控産量、品質、抗逆、養分水分高效吸收利用重要農藝性狀功能基因和調控因子的克隆,基因調控網路解析等領域取得了一系列重要進展。研究成果相繼發表在Nature、Science等國際頂尖學術期刊物上,體現了我國作物功能基因組研究在國際上的優勢地位和領先水準。

  目前,我國水稻功能基因組研究居世界領先行列。克隆了産量性狀基因GS3、GW2、GW8、GS5、Ghd7,獨角金內酯途徑的關鍵負調節因子D53,秈粳廣親和基因S5,光敏不育基因pms3,抗旱、抗鹽鹼基因DWA1、SIT1,耐寒基因COLD1,抗病蟲基因STV11、Xa26、xa13、xa25、Bph14、Bph3,氮利用基因DEP1,稻米品質基因Chalk5和OsAAP6等。這些基因的克隆不僅代表了該領域國際研究的前沿進展,在育種中表現出重要應用前景。據統計,2011—2014年間全世界在影響因子(IF)大於9的刊物上共發表水稻論文328篇,其中來自於中國大陸的論文140篇,佔43%。

  水稻功能基因組研製水稻全基因組育種晶片,建立我國第一套作物全基因組選擇育種技術平臺,填補國內空白。該項目研發的三個不同密度的具有我國自主智慧財産權的水稻全基因組育種晶片,為全球首創,已經被證明能成功地應用於水稻雜交群體分析、品種鑒定、定向改良以及分子設計育種實踐等,在水稻遺傳研究及育種應用中具有非常好的應用前景。截至目前,已為全國二十余家單位提供全基因組育種晶片及分子標記檢測服務。

  小麥和玉米功能基因組發展迅速,在多個領域佔據領先優勢。小麥構建了世界上第一個小麥D基因組的框架圖。該框架圖的構建結束了小麥沒有全基因組組裝序列的歷史,對小麥基因組研究具有重要的意義。玉米利用全基因組關聯分析大規模地、系統性地鑒定影響含油量和脂肪酸組分的基因位點,提出“微效多基因的累加是人工選擇高油玉米成因”的學術觀點,從基因組水準上對作物輪迴選擇獲得增益的育種學理論進行了系統的遺傳剖析。

  同時,張啟發建議,部分産量、品質、抗逆性狀基因克隆方面所取得的成果尚是初步的,距離系統解析性狀形成的分子機理尚有很大差距;希望能集中優勢力量,針對重要農藝性狀形成的分子機理進行深入研究,全面解析這些重要農藝性狀基因的生物學功能及其調控網路,最終實現對主要農作物重要農藝性狀進行有效的遺傳調控,解決生産育種的實際問題;小麥基因組比較複雜,由於小麥基因組的龐大和複雜,在測序和序列分析時對數據分析的硬體和平臺要求特別高;數據的挖掘和分析需要完善的硬體條件和生物資訊團隊。

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