973项目申报书-重要园艺作物果实品质形成机理与调控.doc

项目名称：重要园艺作物果实品质形成机理与调控首席科学家：邓秀新 华中农业大学起止年限：2011.1至2015.8依托部门：教育部 湖北省科技厅二、预期目标1. 总体目标（1）在基础研究方面，揭示果实品质形成的机理，找到调控的关键点，探明我国重要果实种质品质组分的基础数据及遗传规律，建立果实品质性状表达谱和代谢组谱，提供园艺作物重要的基因资源和高效的育种方法及创新基础平台，提高我国园艺产业自主创新能力。（2）在产业支撑方面，通过项目的实施，将对我国园艺产业提供有力的理论和技术支撑，提高产品的品质，优质果品率、出口果品优质率大幅度提升。提高园艺产品的国内和国际竞争力，提高产业的效益，促进农民增收，推动园艺产业的可持续健康发展。（3）在人才建设方面，培养一支高水平、高素质的果实品质基础科学研究队伍，提升我国园艺科学研究水平，整体步入国际先进的研究方阵，支撑我国园艺作物科技创新体系建设。（4）在资源创新方面，不断创新园艺作物优异种质材料，创制果实品质资源纯系和遗传研究群体，为我国果实品质改良奠定基础。2. 五年预期目标通过5年努力，阐明柑橘、苹果、番茄果实色泽、风味、营养品质形成的主要代谢途径及累积和保持的分子机理，发掘其关键基因和调控基因30个，构建果实色泽、风味、营养成分的表达调控网络，建立果实品质性状代谢组谱，验证果实品质组分累积和保持相关的8-10个重要基因的功能。研究柑橘和苹果遗传图谱，开发2000个以上分子标记，创制果实品质资源纯系1-2个，培育优质新种质或新品系6-10个，构建一个果实品质遗传改良的基础平台。培养和形成一支稳定的果实品质研究国家队伍。申报国家或国际发明专利10项，发表项目相关的高质量研究论文40-60篇，培养硕士、博士研究生40-50名。使我国在果实品质形成与调控的分子生物学研究领域达到国际先进水平。通过该项目的实施，提供园艺作物重要的基因资源和高效的育种方法，增强我国园艺作物的品质形成基础理论和技术，支撑我国园艺作物农业科技创新体系建设和满足园艺产业可持续发展的国家需求。三、研究方案（一）学术思路和技术途径果实采后品质保持与调控机制（课题4）科学问题（二）品质关键科学问题（一）果实风味物质形成机理与调控（课题2）果实功能性物质形成机理与调控（课题3）品质基础果实色泽形成机理与调控（课题1）果实品质基础数据及遗传规律（课题5）科学问题（三）果实优质性状种质创新（课题6）重要园艺作物果实品质形成机理与调控品质保障项目目标果实品质的形成和保持主要由三个相互关联的层面构成：优异的种质是品质形成的基础，（果实）品质性状的形成机理认知是未来调控品质的关键，而采后品质的保持和调控是实现优良品质的保障。针对这三个层面的问题，本研究将综合应用分子生物学、生物化学、遗传学、现代生物组学等现代技术手段，系统地开展柑橘、苹果、番茄等果实品质基础理论研究，进行主要品质性状组分调查与测定、建立果实品质代谢组谱，解析果实品质形成与调控途径的复杂网络及交互作用，明确品质形成关键步骤，发掘品质形成关键调控因子，阐明果实品质形成与积累过程的遗传与生理本质，探索外界条件对品质的影响与调控和提高果实品质的共性关键技术，培育果实品质资源纯系，创新品质优异的种质。总体研究方案如下（图1）。图1 项目总体研究方案路线图图1所示的总体方案中，各课题将根据研究内容，采取相应的技术方案和路径。对于果实品质形成基础及调控（课题1，2，3），项目将通过生理生化、细胞生物学、分子生物学、比较基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等手段分析果实品质成分的基本组分；建立果实品质代谢组谱；鉴定果实品质形成途径关键结构基因及调控因子。通过RNAi和超量表达进行功能鉴定；通过分析果实生物活性物质的结构与生物效价，探讨提高果实品质形成的农艺措施和作用机制。围绕果实采后品质保持与调控机制（课题4），通过转录组学、蛋白质组学、代谢组学研究果实采后品质动态分布规律，具体包括组成成分分析及变化规律，调控相关代谢的蛋白组谱和代谢组谱，以及参与调控的功能基因和调控因子，从而明晰影响品质的关键组分因子和代谢途径，揭示调控品质变化的主要蛋白，进而确定调控品质变化的关键基因；并进一步探索环境因子对果实采后品质的变化规律。为积累果实品质基础数据，以及认识品质性状遗传规律（课题5），从资源鉴定和遗传规律入手，发掘优质种质资源，构建优质核心种质库，明确果实主要品质性状的物质基础和遗传多样性，了解物种地理起源与品质之间的关联；运用不同遗传分析群体，研究品质性状的加性/非加性效应、细胞质效应等遗传特点，挖掘关键品质基因及其分子标签或紧密连锁的分子标记，建立果实品质分子育种技术平台。针对果实优质性状的种质创新问题（课题6），项目组将基于各课题研究中产生的有价值的基因资源和材料资源，发掘品质优异种质资源和创建一批优异遗传群体，培育果实品质资源纯合株系，研究提高种质创新效率的方法，通过细胞工程和分子育种技术，创制品质优异的新种质。同时对所有的目标基因，将采用分子生物学及遗传学方法开展基因分离和功能鉴定研究。（二） 创新点和特色1主要创新点（1）突破了以往果实品质形成和调控研究仅注重单个果实品质性状有关基因的思维模式，系统地研究果实品质形成相关基因及其调控机制。与已有研究相比，本项目在代谢途径基础上，加强从调控机制的层面着手研究果实糖、有机酸、香气、色泽及功能性成分形成的途径网络、关键步骤、调控机制以及品质组分动态变化规律，并关注不同途径间的互作效应，这有别于以往仅关注单一基因或单一品质性状的研究模式。同时，本项目将充分利用国际上陆续释放的植物基因组公共信息，以及迅速发展的先进生物技术和化学分析技术。（2）在系统研究果实主要品质变化规律的基础上，揭示参与糖、酸和维生素C代谢途径的重要信号分子及网络调控方式，以及外源因子对果实采后品质保持的调控机制，阐明果实品质再分配的分子基础，在学术思想和研究路线上具有创新性。（3）建立果实品质基础数据库。本项目预期将首次较全面地鉴定我国重要园艺作物的果实品质性状基本组分，建立果实品质性状代谢组谱，明晰果实品质基础数据，不仅有利于果实优质资源的发掘和优质育种骨干亲本的筛选，而且将有力地推动果实品质基础研究。2主要特色（1）项目研究的是园艺作物主产品果实，园艺作物果实的研究具有特殊性，其果实品质特性的内涵及其形成和保持机制不同于其它作物（禾谷类果实或种子），二者存在着很大的差异。加深对园艺作物这一重要的农业基础科学分支的研究工作，对丰富和完善我国整个作物学科学理论体系具有重要战略意义。（2）项目研究选用的园艺作物对象为柑橘、苹果和番茄等，既考虑试材的经济重要性，又很好地结合了科学性；既有果实研究的模式植物，又有常绿型和落叶型果树；既有呼吸跃变型果实、又有非呼吸跃变型果实；有利于全面了解和认识不同种类园艺作物果实品质形成与调控的共性机理和特殊机制。（3）本项目充分结合近年我国在果实研究过程中积累的一些特殊突变体材料，同时利用国际同类研究的技术平台，加深对这些基础材料的研究，有利于形成我国果实品质研究的鲜明特色。（4）项目研究目标中既强调当前大众公认的品质性状，又着眼于未来潜在性的新品质目标，如功能性物质成分（含苦味物质），突破传统的品质视野，适应饮食结构和保健需求。（5）在项目总体设计上既兼顾了项目产出的基础理论和技术平台建设，又将基础研究与生产实践紧密结合，研究成果将直接指导和服务产业。（三）取得重大突破的可行性1. 精干的研究队伍和良好的前期研究积累项目组集中整合了我国果实品质研究的优势单位和优势人才队伍，以院士、长江学者和杰青为骨干的研究队伍，代表了我国在果实品质研究的优势力量。项目组在园艺作物优异品质资源收集、种质资源创新、品种选育、细胞及基因工程操作技术等方面有较好的积累，取得突出成绩。另一方面，现代生物技术与果实品质基础研究相结合，项目组在果实品质研究方面取得了一批具有国际影响的结果，有多篇基础性研究结果发表在国际一流期刊。2. 丰富的园艺作物资源我国园艺作物种质资源丰富，经过长期的栽培驯化和资源发掘，有大量的优异品质的园艺种质资源可供研究。我国是许多重要园艺作物的发源地，开展本项目研究具有得天独厚的优势。3. 充分的研究材料积累经过项目组前期研究积累，发掘了一批与品质相关的果实突变体，变异性状涉及糖、酸、色泽、香味、无核、成熟期、童期缩短等，构建了一批果实研究遗传群体，建立了大量优异果实的基因文库，建设了一批园艺作物的种质资源圃，为本项目的实施积累了充分的研究材料。4. 先进的技术平台项目组在果实品质研究方面已经建立起一系列先进的研究体系和技术平台，分子标记开发、基因文库构建、基因分离克隆、基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学、遗传转化、细胞工程、遗传育种等技术在项目组已成为常规技术。在果实品质形成与调控的分子基础研究方面已取得一批成果，研究结果进入国际同类研究的主流，有较大影响。5. 完备的实验条件和设施项目组所在单位具备本项目研究所需要的实验条件和设备。项目研究将依托作物遗传改良国家重点实验室、作物生物学国家重点实验室、园艺作物生物学教育部重点实验室、园艺植物生长发育与生物技术农业部重点实验室、国家柑橘育种中心、国家柑橘品种改良中心、国家苹果工程技术研究中心、国家蔬菜改良中心、国家植物基因研究中心（武汉）等一批国家级科研基地，具备良好的实验设备和实验条件。6. 广泛而实质的国际合作项目组研究人员在果实品质研究方面开展了广泛而有实质性的国际合作，承担了一批实质性的国际科技合作研究计划，并取得阶段性进展。本项目的主要学术骨干均有国外留学的经历，与本项目研究内容相关的国际知名大学或研究机构，如美国康奈尔大学、佛罗里达大学、伊利诺伊大学、加州大学河滨分校、美国农业部食品品质与安全研究所，英国诺丁汉大学和Jone Innes Centre，法国LANGUEDOC科技大学，加拿大农业部园艺研发中心，日本果树研究所和鹿儿岛大学，荷兰瓦赫宁根大学，意大利国家新技术能源与环境署及博洛尼亚大学，以色列农业部Newe Ya'ar研究中心和希伯来大学，澳大利亚CSIRO园艺部，新西兰植物和食品研究所和HortResaerch，以及德国、韩国的知名大学和研究所建有密切而实质的合作关系。项目首席科学家邓秀新院士在担任国际柑橘学会主席期间与外国专家广泛交流，深入探讨了果实品质基础研究的前沿问题。广泛而有效的国际交流与合作，将有效保持本项目研究的先进性，为取得预期的研究成果提供良好的国际视野。四、年度计划年度研究内容预期目标第一年分离调控果实色素物质（类胡萝卜素、花氰苷）、风味物质（糖、酸）以及功能性物质（抗坏血酸、苦味物质）等品质组分生物合成的关键酶基因，研究上游调控元件及其关键调控因子，解析关键基因和调控因子对果实品质形成的调控机制和互作网络。研究果实品质的基本组分、代谢组谱、积累动态、遗传规律、环境响应和调控机制。创建果实研究群体，开发果实品质分子标记，开展果实纯系材料培育。初步了解果实品质形成的主要路径、调控机制、互作网络，初步掌握果实品质主要组分，积累规律和代谢组谱，明确果实采后物质再分配规律和环境调控机制，了解果实品质组分的环境响应特征，初步建立果实品质基础数据库，创建苹果F1研究群体，开发果实品质分子标记1000个，申请专利1-2项；发表SCI论文9-10篇。第二年利用突变体、研究群体和转基因株系，研究果实品质关键基因的时空表达谱以及基因型表达差异，分别从转录谱，蛋白组谱以及代谢组谱分析果实品质的形成积累规律以及采后的动态变化规律，探索关键基因和调控因子在果实品质形成与保持中的作用，并以番茄为模式果实进行基因功能分析。继续研究果实品质的基本组分和遗传规律。通过有性杂交、胚胎抢救、遗传转化等不同手段创制并发掘具有优质性状的果实种质资源。明确果实品质形成与积累的关键分子途径；阐明关键基因在果实品质形成中的作用机制及关键调控因子，发掘调控果实品质形成的关键基因20-25个；补充和完善果实品质基础数据库；创制柑橘三倍体和纯系材料，分离果实发育基因2-4个；申请专利3-4项，发表SCI论文10-12篇。第三年转基因验证重要基因在果实品质形成中的功能，分析关键转录因子对果实品质的调控机制，测定果实品质组分的合成、转运及贮存稳定的因子。分离果实品质关键基因的调控元件及其调控机制；从转录谱、蛋白质谱和代谢组谱不同层面研究环境因子和外源物质对果实品质的调控机制；继续测定果实品质性状组分和含量；果实品质性状的遗传力分析与QTL定位；果实品质的分子标记的继续开发；果实研究群体的创建和完善。明晰果实品质关键基因的生物学功能，阐明关键基因和调控因子对果实品质的调控机制；了解果实采后品质的动态规律、环境应答、主要蛋白和关键基因。补充及丰富柑橘、苹果主要品质组分的测定；探明果实主要品质性状的遗传规律，获得2-3个重要品质性状的主效QTLs；开发分子标记1000个；明确1-2个育性和体细胞胚发生相关基因的功能；发表SCI论文10-12篇。第四年分析果实品质的关键结构基因和调控基因的时空表达、环境响应，研究其互作机制和调控机理；通过转基因研究分析关键基因和转录因子的生物学功能；探索调控果实品质的调控措施；研究果实品质组分积累与保持的关键调控位点及作用机制；继续开展果实品质性状组分和含量的鉴定；高密度遗传图谱的构建，开发柑橘SNP等分子标记。揭示调控果实品质形成、积累、保持的关键基因的作用机制，确定调控因子对果实品质影响路径，明确影响果实品质组分的合成、转运及贮存主要因子，阐明其生物学功能。完善果实品质的环境调控措施，了解其调控机制。进一步补充果实品质数据库；完成苹果或柑橘高密度遗传图谱的构建；发掘调控果实品质关键基因8-10个；发表SCI论文10-12篇，申请专利1-2项。第五年利用各种组学数据绘制果实品质组分的形成、保持和调控的网络模式图；通过番茄模式果实明确关键基因和调控因子在果实品质形成与保持中的作用机制；完善果实品质基础数据库；果实品质主效QTL精细定位；补充完善实验；综合整理实验结果，撰写结题报告。明确调控果实品质形成与保持的关键基因的功能及其分子调控途径；阐明环境因子对果实品质形成、保持的调控机理；建立并完善果实品质基础数据公共库。开发品质主效QTLs的分子标签或紧密连锁的分子标记2-3个；申请专利1-2项；获得果实优质新品系3-5个；发表高质量学术论文10-15篇，申请技术专利2-3项。项目结题及下一步工作计划。一、研究内容以柑橘、苹果、番茄为代表的重要园艺作物为研究对象。主要基于以下考虑，第一、产业重要性方面，它们代表了我国产值最大的水果和蔬菜作物；第二、生物学特性上，苹果和番茄为呼吸跃变型果实，柑橘为非呼吸跃变型果实，覆盖了两大特征类型的水果；第三、柑橘和苹果是多年生果树，分别为常绿型和落叶型，番茄为一年生草本蔬菜植物，且是生物学模式植物和果实研究模式材料。本研究将以柑橘和苹果为主要对象，番茄作为果实研究的模式材料，对果实品质的色、香、味、营养等构成要素，从果实品质的形成机理、品质的保持与调控机制、以及优异种质发掘与创制等三个层面进行系统的研究；以期发现果实类胡萝卜素和花青苷等色素合成的关键节点、呈色稳定机理与调控途径，明确果实发育过程中糖类、有机酸、芳香物质的合成、代谢与转运的分子基础及果实风味形成和调控机理，解析果实维生素C和类黄酮等多酚类物质的合成关键基因和关键节点及其调控元件和调控途径；探明光、温等微环境信号因子对果实色泽、风味、营养品质形成以及对采后这些品质的保持的影响和调控机制。具体如下：1果实色泽形成机理与调控，重点围绕两大色素类胡萝卜素和花色苷的代谢和积累机理，以及环境因子信号对其作用机制开展研究。2果实风味物质形成机理与调控，重点围绕果实风味物质糖、有机酸，以及芳香物质的运输、代谢、积累及其调控机制进行研究。3果实功能性物质形成机理与调控，重点围绕果实营养功能性成分维生素C、多酚类化合物（含黄酮类）等功能性成分合成与累积的分子机理与调控机制开展研究。4果实采后品质保持与调控机制，围绕果实采后品质（糖、酸、维生素）变化规律及调控机理开展研究。5果实品质基础数据及遗传规律，测定柑橘和苹果不同种质的品质组分，建立果实品质性状代谢组谱，构建品质组分基础数据库，研究果实糖、酸及色泽遗传规律。6果实优质性状的种质创新，发掘和创新优异种质资源，创制果实品质资源纯合株系和研究群体，提高种质创新的效率，并通过细胞工程与分子技术创新种质，进行优质果实品质的遗传改良。项目名称：主要粮食作物骨干亲本遗传效应和利用的基础研究首席科学家：李立会 中国农业科学院作物科学研究所起止年限：2011.1至2015.8依托部门：农业部二、预期目标（一）总体目标针对骨干亲本在育种实践中作用突出以及新时期育种目标的需求，在我们通过前一个973项目的研究，已基本明确了骨干亲本第一个关键科学问题“遗传构成”的基础上，本项目围绕骨干亲本的第二个关键科学问题“遗传与利用效应”，以水稻、小麦、玉米等主要粮食骨干亲本亲本及其衍生的大面积推广品种为基本研究材料，应用表型组学、基因组学、作物育种学、生物信息学等学科的理论和方法，阐明不同时期、不同生态区的水稻、小麦、玉米骨干亲本中重要基因组区段/基因簇/基因/等位基因的演变趋势，构建水稻、小麦、玉米骨干亲本的基础遗传图谱，为基于全基因组分子设计育种提供依据；阐明水稻、小麦、玉米骨干亲本的基础遗传图谱的遗传与育种效应；发掘对实现水稻、小麦、玉米未来育种目标具有重要价值的关键基因组区段/基因簇/基因/等位基因；阐明水稻、玉米的穗粒数、粒重等产量性状一般配合力的遗传学基础，并揭示一般配合力对骨干亲本形成的作用以及骨干亲本能够衍生出大量主栽品种的生物学基础；阐明控制一般配合力基因组区段与骨干亲本的基础遗传图谱的关系；建立水稻、小麦、玉米候选骨干亲本选育以及最佳亲本组配的分子设计模型；提出综合评估候选骨干亲本和改良现有骨干亲本的技术方法，指导并提高亲本组配和育种效率；筛选、创制对未来510年水稻、小麦、玉米等粮食作物育种具有重要促进作用的候选骨干亲本，并通过育种实践验证，为创立骨干亲本育种理论、培育新时期需求的新品种提供理论和物质支撑。通过该项目的实施，将进一步强化我国在农作物骨干亲本基础理论和应用研究方面的原始创新，并通过创建围绕农作物骨干亲本的新的育种理论与技术体系，以及创造的符合新时期育种目标需求的候选骨干亲本的应用，继续提高我国在杂交稻等作物育种领域的国际领先地位，最终为我国的粮食安全提供科学保障与技术和物质支撑。（二）五年预期目标1、阐明不同时期、不同生态区的水稻、小麦、玉米共4050个骨干亲本中重要基因组区段/基因簇/基因/等位基因的演变趋势，构建水稻、小麦、玉米骨干亲本的基础遗传图谱各1个，为基于全基因组分子设计育种提供依据。2、阐明水稻、小麦、玉米骨干亲本的基础遗传图谱的遗传与育种效应；分析重要基因和基因序列变异1520个，阐明58个基因/等位基因的功能；发掘对实现水稻、小麦、玉米未来育种目标具有重要价值的关键基因组区段/基因簇/基因各23个。3、阐明水稻、玉米的穗粒数、粒重等产量性状一般配合力的遗传学基础，并揭示一般配合力对骨干亲本形成的作用以及骨干亲本能够衍生出大量主栽品种的生物学基础；阐明控制一般配合力基因组区段与骨干亲本的基础遗传图谱的关系。4、建立水稻、小麦、玉米候选骨干亲本选育以及最佳亲本组配的分子设计模型；提出综合评估候选骨干亲本和改良现有骨干亲本的技术方法，指导并提高亲本组配和育种效率。5、筛选、创制对未来510年水稻、小麦、玉米等粮食作物育种具有重要促进作用的候选骨干亲本68个，并通过育种实践验证，为创立骨干亲本育种理论奠定基础。6、培养博士研究生3040名，硕士研究生5060名。7、发表SCI论文5060篇（累计影响因子150以上）；申请专利910项。三、研究方案（一）学术思路为了进一步强化我国在农作物基础理论和应用研究方面的原始创新，针对作物遗传育种基础研究中的关键问题之一，骨干亲本在育种中效果显著但其形成与利用的遗传基础不明的客观现实，以水稻、小麦、玉米等主要粮食作物骨干亲本及其衍生的大面积推广品种系谱分析为出发点，在已解决了骨干亲本的第一个关键科学问题“遗传构成”的工作基础上，综合利用表型组学、基因组学、作物育种学、生物信息学等学科的理论与技术，从骨干亲本重要基因组区段/基因簇/基因/等位基因组合方式及其演变趋势、一般配合力对骨干亲本形成的作用及其遗传基础、候选骨干亲本的分子设计与创制等多层次进行系统研究，阐明骨干亲本研究中的第二个关键科学问题“遗传效应”，为创建骨干亲本育种理论与技术体系，以及我国粮食安全提供科学保障与技术和物质支撑。（二）技术途径衍生品种骨干亲本候选骨干亲本筛选与创制候选骨干亲本的分子设计理论重要基因组区段因组区域QTL定位、关联分析等精细QTL分析QTL、eQTL分析等一般配合力测序、表达分析等精细定位、图位克隆测序、生物信息学等优异等位基因优异基因簇关键基因近等基因导入系重组近交系等遗传效应利用 （三）创新点和特色1、项目创新点（1）从表型组学、基因组学、作物育种学、生物信息学等多学科、多层次对水稻、小麦和玉米三种主要粮食作物骨干亲本形成与利用的遗传基础进行系统研究，在国内外尚属首次；有关问题的解决，有利于进一步强化我国在农作物基础理论和应用研究方面的原始创新。（2）预测、筛选与改良对未来510年主要粮食作物育种具有重要促进作用的候选骨干亲本，将为保障我国粮食安全做出贡献。（3）将骨干亲本的内涵由经验升华为科学规律和理论，建立围绕农作物骨干亲本的亲本选配理论与技术体系2、项目特色（1）农作物骨干亲本的概念是由我国科学家率先提出的，并得到了国际同行的普遍认同，而且近年来成为作物育种基础理论研究的主攻方向之一。由我国科学家完成有关的基础研究，具有明显的原始创新特色。（2）本项目的研究对象是骨干亲本，其上游是利用育种材料筛选、创制骨干亲本的过程，下游是利用骨干亲本培育主栽品种的过程，我国的育种学家已在上述两个方面积累了大量的材料和丰富的经验。本项目通过解析骨干亲本形成与利用规律，将丰富和完善农作物品种高效改良理论，架起从育种材料/种质资源有效利用到作物高效育种的桥梁。（3）对不同时期、不同生态区的水稻、小麦、玉米共4050个骨干亲本中重要基因组区段/基因簇/基因/等位基因的演变趋势进行分析，并筛选、创制对未来510年水稻、小麦、玉米等粮食作物育种具有重要促进作用的候选骨干亲本，使得本项目的研究结果在很大程度上具有指导未来的特色。（四）取得重大突破的可行性分析本项目将在以下两个方面取得重大突破： 阐明骨干亲本与其它亲本组配能够衍生出众多主栽品种的遗传基础，将为创立骨干亲本育种理论、提高育种效率、培育突破性新品种奠定基础； 从基因组和基因两个层次揭示水稻、玉米骨干亲本一般配合力的分子基础和调控机制，可以将作物一般配合力由统计学和育种学的概念提升到遗传学概念。（1）工作基础保障：通过执行国家973计划项目主要农作物骨干亲本遗传构成和利用效应的基础研究（2006CB101700），我们不仅建立了骨干亲本研究的完整学术思路，而且基本明确了骨干亲本的第一个关键科学问题“遗传构成”，并在技术方法、研究材料（如遗传分析群体、品种群体、近等基因系或导入系群体等）以及人才等方面，为本项目的实施奠定了坚实的基础。（详见工作基础部分）。（2）技术保障：本项目集中了我国水稻、小麦和玉米三大粮食作物遗传育种、分子遗传学、基因组学、转录组学、生物信息学研究的优势单位，具有雄厚的学科基础，在本领域已取得同行认可的学术贡献，从技术上能保障本课题的实施。（3）技术路线保障：本项目所采用的技术路线充分反映了本学科领域的研究特色和前沿研究趋势，具有雄厚的研究基础，又体现了研究思路的创新，能够保障获得原始创新性成果。（4）人才保障：本项目涉及到多个学科，在项目组织上强调学科的交叉融合，项目组汇集了国内重要科研机构的优秀研究人才，不仅包括中国工程院院士朱英国、荣廷昭、程顺和、刘旭等育种家和种质资源学家，而且拥有一批近年来活跃于农作物育种学、基因组学、分子生物学、生物信息学等不同学科和研究领域的中青年专门人才，特别是通过上一期973项目的实施，培养了一批从事本研究的青年杰出人才，这支由老、中、青组成的科研队伍是本项目取得重大突破的人才保障。（5）条件保障：骨干亲本研究涉及到很多高技术的手段，要求有较先进的仪器设备、大田和温室设施。本项目的参加单位拥有1个国家重大科学工程，7国家重点实验室，1个国家小麦改良中心和7个省部级重点实验室，整合了骨干亲本相关研究领域的优势单位和力量，拥有国内一流的仪器设备和技术储备，完全能够满足本项目研究的技术和设备需求。四、年度计划第一年度：研究内容：1、骨干亲本关键基因组区段构成的解析与演变趋势以骨干亲本（包括已有的骨干亲本和正在形成的骨干亲本）及其衍生品种为材料，开展多个生态环境下的表型鉴定和基因型鉴定，以系统研究不同时期骨干亲本中发挥关键作用的基因组区段/基因簇/基因/等位基因的构成及其组合方式，阐明不同时期、不同生态区骨干亲本中重要基因组区段/基因簇/基因/等位基因的演变趋势，构建骨干亲本的基础遗传图谱。2、骨干亲本重要基因组区段、关键基因及其组合方式的遗传效应分析以典型骨干亲本为基础构建不同类型遗传分析群体为材料，开展多个生态环境下的表型鉴定和基因型鉴定，以对骨干亲本中与产量性状密切相关的基因组区段、关键基因和基因序列变异/等位基因及其组合方式进行系统的功能分析，阐明其选择与遗传效应，重点阐明骨干亲本的基础遗传图谱内的基因组区段、关键基因和基因序列变异/等位基因的育种效应。3、一般配合力对骨干亲本形成的作用及其遗传基础以骨干亲本与典型非骨干亲本构建的测交群体或完全双列杂交群体为材料，开展多个生态环境下的表型鉴定和基因型鉴定，以定位与产量相关性状一般配合力密切相关的基因组区段，研究相关产量性状一般配合力的传递规律。4、候选骨干亲本的分子设计采用计算机模拟技术，系统分析骨干亲本重要基因组区段、关键基因及其等位基因不同组合方式，在不同遗传背景下对株型、产量三要素等目标性状的遗传效应与协调表达，研究利用骨干亲本基因型数据和表型数据开展水稻、小麦、玉米候选骨干亲本选育以及最佳亲本组配的算法和发展综合评估候选骨干亲本和改良现有骨干亲本的技术方法。5、候选骨干亲本筛选、创制与利用根据不同时期、不同生态区骨干亲本遗传构成特点，结合骨干亲本基础遗传图谱以及重要基因组区段、关键基因变异类型及其不同组合方式的遗传效应，筛选、创制对未来510年水稻、小麦、玉米等主要粮食作物育种与生产具有重要促进作用的候选骨干亲本，并通过育种实践予以验证。预期目标：1、获得不同时期、不同生态区的水稻、小麦、玉米共4050个骨干亲本及其衍生品种的基因型鉴定数据和1年多点表型鉴定数据。2、分析重要基因和基因序列变异23个。3、获得水稻和玉米一般配合力研究中所需的基因型数据和1年多点的表型数据。4、初步提出利用骨干亲本基因型数据和表型数据开展水稻、小麦、玉米候选骨干亲本选育以及最佳亲本组配的算法；初步提出综合评估候选骨干亲本和改良现有骨干亲本的技术方法。5、筛选、创制对未来510年水稻、小麦、玉米等粮食作物育种具有重要促进作用的候选骨干亲本1个，并通过育种实践验证。6、培养博士研究生35名，硕士研究生68名。7、发表SCI论文57篇；申请专利1项。第二年度：研究内容：1、骨干亲本关键基因组区段构成的解析与演变趋势以骨干亲本（包括已有的骨干亲本和正在形成的骨干亲本）及其衍生品种为材料，开展多个生态环境下的表型鉴定和基因型鉴定，以系统研究不同时期骨干亲本中发挥关键作用的基因组区段/基因簇/基因/等位基因的构成及其组合方式，阐明不同时期、不同生态区骨干亲本中重要基因组区段/基因簇/基因/等位基因的演变趋势，构建骨干亲本的基础遗传图谱。2、骨干亲本重要基因组区段、关键基因及其组合方式的遗传效应分析以典型骨干亲本为基础构建不同类型遗传分析群体为材料，开展多个生态环境下的表型鉴定和基因型鉴定，以对骨干亲本中与产量性状密切相关的基因组区段、关键基因和基因序列变异/等位基因及其组合方式进行系统的功能分析，阐明其选择与遗传效应，重点阐明骨干亲本的基础遗传图谱内的基因组区段、关键基因和基因序列变异/等位基因的育种效应。3、一般配合力对骨干亲本形成的作用及其遗传基础以骨干亲本与典型非骨干亲本构建的测交群体或完全双列杂交群体为材料，开展多个生态环境下的表型鉴定和基因型鉴定，以定位与产量相关性状一般配合力密切相关的基因组区段，研究相关产量性状一般配合力的传递规律。4、候选骨干亲本的分子设计采用计算机模拟技术，系统分析骨干亲本重要基因组区段、关键基因及其等位基因不同组合方式，在不同遗传背景下对株型、产量三要素等目标性状的遗传效应与协调表达，研究利用骨干亲本基因型数据和表型数据开展水稻、小麦、玉米候选骨干亲本选育以及最佳亲本组配的算法和发展综合评估候选骨干亲本和改良现有骨干亲本的技术方法。5、候选骨干亲本筛选、创制与利用根据不同时期、不同生态区骨干亲本遗传构成特点，结合骨干亲本基础遗传图谱以及重要基因组区段、关键基因变异类型及其不同组合方式的遗传效应，筛选、创制对未来510年水稻、小麦、玉米等主要粮食作物育种与生产具有重要促进作用的候选骨干亲本，并通过育种实践予以验证。预期目标：1、获得不同时期、不同生态区的水稻、小麦、玉米共4050个骨干亲本及其衍生品种的基因型鉴定数据和1年多点表型鉴定数据。2、分析重要基因和基因序列变异23个，阐明1个基因/等位基因的功能。3、获得水稻和玉米一般配合力研究中所需的基因型数据和1年多点的表型数据。4、提出利用骨干亲本基因型数据和表型数据开展水稻、小麦、玉米候选骨干亲本选育以及最佳亲本组配的算法；提出综合评估候选骨干亲本和改良现有骨干亲本的技术方法，并付诸实践。5、筛选、创制对未来510年水稻、小麦、玉米等粮食作物育种具有重要促进作用的候选骨干亲本1个，并通过育种实践验证。6、培养博士研究生57名，硕士研究生810名。7、发表SCI论文68篇；申请专利1项。第三年度：研究内容：1、骨干亲本关键基因组区段构成的解析与演变趋势以骨干亲本（包括已有的骨干亲本和正在形成的骨干亲本）及其衍生品种为材料，开展多个生态环境下的表型鉴定和基因型鉴定，以系统研究不同时期骨干亲本中发挥关键作用的基因组区段/基因簇/基因/等位基因的构成及其组合方式，阐明不同时期、不同生态区骨干亲本中重要基因组区段/基因簇/基因/等位基因的演变趋势，构建骨干亲本的基础遗传图谱。2、骨干亲本重要基因组区段、关键基因及其组合方式的遗传效应分析以典型骨干亲本为基础构建不同类型遗传分析群体为材料，开展多个生态环境下的表型鉴定和基因型鉴定，以对骨干亲本中与产量性状密切相关的基因组区段、关键基因和基因序列变异/等位基因及其组合方式进行系统的功能分析，阐明其选择与遗传效应，重点阐明骨干亲本的基础遗传图谱内的基因组区段、关键基因和基因序列变异/等位基因的育种效应。3、一般配合力对骨干亲本形成的作用及其遗传基础以骨干亲本与典型非骨干亲本构建的测交群体或完全双列杂交群体为材料，开展多个生态环境下的表型鉴定和基因型鉴定，以定位与产量相关性状一般配合力密切相关的基因组区段，研究相关产量性状一般配合力的传递规律。4、候选骨干亲本的分子设计在解析骨干亲本的基础遗传图谱和一般配合力遗传的基础上，辅助以计算机模拟，系统分析骨干亲本重要基因组区段、关键基因及其等位基因不同组合方式，在不同遗传背景下对株型、产量三要素等目标性状的遗传效应与协调表达，研究候选骨干亲本选育以及最佳亲本组配的分子设计模型，发展综合评估候选骨干亲本和改良现有骨干亲本的技术方法。5、候选骨干亲本筛选、创制与利用根据不同时期、不同生态区骨干亲本遗传构成特点，结合骨干亲本基础遗传图谱以及重要基因组区段、关键基因变异类型及其不同组合方式的遗传效应和分子设计模型，筛选、创制对未来510年水稻、小麦、玉米等主要粮食作物育种与生产具有重要促进作用的候选骨干亲本，并通过育种实践予以验证。预期目标：1、获得不同时期、不同生态区的水稻、小麦、玉米共4050个骨干亲本及其衍生品种的基因型鉴定数据和1年多点表型鉴定数据。2、分析重要基因和基因序列变异34个，阐明12个基因/等位基因的功能。3、获得水稻和玉米一般配合力研究中所需的基因型数据和1年多点的表型数据。4、初步建立水稻、小麦、玉米候选骨干亲本选育以及最佳亲本组配的分子设计模型；提出综合评估候选骨干亲本和改良现有骨干亲本的技术方法，并付诸实践。5、筛选、创制对未来510年水稻、小麦、玉米等粮食作物育种具有重要促进作用的候选骨干亲本1个，并通过育种实践验证。6、培养博士研究生57名，硕士研究生1012名。7、发表SCI论文810篇；申请专利2项。第四年度：研究内容：1、骨干亲本关键基因组区段构成的解析与演变趋势以骨干亲本（包括已有的骨干亲本和正在形成的骨干亲本）及其衍生品种为材料，采用表型组学、遗传学和基因组学等分析技术，研究不同时期骨干亲本中发挥关键作用的基因组区段/基因簇/基因/等位基因的构成及其组合方式，初步阐明不同时期、不同生态区骨干亲本中重要基因组区段/基因簇/基因/等位基因的演变趋势，构建骨干亲本的基础遗传图谱，为基于全基因组分子设计育种提供依据。2、骨干亲本重要基因组区段、关键基因及其组合方式的遗传效应分析在解析骨干亲本形成中发挥关键作用的基因组区段的基础上，以典型骨干亲本为基础构建不同类型遗传分析群体为材料，对骨干亲本中与产量性状密切相关的基因组区段、关键基因和基因序列变异/等位基因及其组合方式进行功能分析，初步阐明其选择与遗传效应，重点阐明骨干亲本的基础遗传图谱内的基因组区段、关键基因和基因序列变异/等位基因的育种效应，发掘对实现未来育种目标具有重要价值的关键基因组区段/基因簇/基因/等位基因。3、一般配合力对骨干亲本形成的作用及其遗传基础以骨干亲本与典型非骨干亲本构建的测交群体或完全双列杂交群体为材料，开展多个生态环境下的表型鉴定和基因型鉴定，以定位与产量相关性状一般配合力密切相关的基因组区段，研究相关产量性状一般配合力的传递规律。4、候选骨干亲本的分子设计在解析骨干亲本的基础遗传图谱和一般配合力遗传的基础上，辅助以计算机模拟，系统分析骨干亲本重要基因组区段、关键基因及其等位基因不同组合方式，在不同遗传背景下对株型、产量三要素等目标性状的遗