973 XXXXCB113900-G主要蔬菜重要品质性状形成的遗传机理与分子改良

1、.：.；工程称号：主要蔬菜重要质量性状构成的遗传机理与分子改良首席科学家：黄三文 中国农业科学院蔬菜花卉研讨所起止年限：.-.依托部门：农业部一、关键科学问题及研讨内容一拟处理的关键科学问题围绕我国蔬菜产业开展中对优质种类的迫切需求，从已有的蔬菜基因组学研讨的根底出发，针对决议蔬菜商品质量的产品器官发生发育和决议风味质量的风味物质合成积累的遗传机理开展深化研讨。科学问题：蔬菜商品和风味质量性状构成的遗传构成蔬菜产品器官的构成和风味物质的合成与积累是由多基因控制的性状。哪些关键基因控制了叶球的形状建成，果实形状的丰富变异的遗传根底是什么，风味物质代谢的关键酶基因是什么，处理控制这些质量性状构成遗

2、传构成的问题是进一步研讨其调控机制的根底。科学问题：蔬菜商品和风味质量性状构成的基因调控机制产品器官构成和风味物质代谢的生物学过程遭到基因网络及环境要素的调控。关键质量功能基因是如何表达调控的，它们之间又是如何相互作用的，温度与光周期等环境要素是如何影响它们的表达，处理这些质量性状构成调控机制的问题是培育优质种类和消费优质蔬菜产品的实际根底与技术支撑。经过对上述两个关键科学问题的深化研讨，探求在全基因组序列根底上阐明优质关键基因的构造、功能和互作效应及调控机制，在此根底上建立现有主要蔬菜质量改良全基因组分子设计的实际和方法体系，将提升我国蔬菜质量育种的程度，为推进蔬菜产业转型晋级提供科学根据。

3、二主要研讨内容为了保证在有限方向进展重点突破，本工程针对消费中存在的白菜和甘蓝未熟抽薹、结球不紧实和裂球问题、黄瓜和番茄的畸形果和裂果问题，以及黄瓜清香味缺乏和苦味发生的问题，集中力量研讨白菜和甘蓝叶球构成、黄瓜和番茄果实构成，以及黄瓜风味构成的遗传构成和基因调控机制，并在此根底上建立这些蔬菜质量改良的全基因组分子设计体系。主要包括以下三大内容：蔬菜商品和风味质量性状构成的遗传构成在白菜、甘蓝、黄瓜、番茄的全基因组序列根底上，利用中心种质资源和现有主要亲本的重测序数据，构建这些蔬菜的全基因组遗传变异图谱；继而利用全基因组关联分析GWAS确定白菜和甘蓝叶球的形状建成、黄瓜和番茄果实的形状建成，以

4、及黄瓜苦味和清香味物质代谢的关键遗传位点。在确定关键遗传位点的根底上，构建重组自交系、近等基因系等分别群体，利用图位克隆和候选基因等方法分别控制叶球、果实构成和风味物质代谢的关键基因，并利用突变体和转基因方法鉴定这些关键基因的功能。蔬菜商品和风味质量性状构成的基因表达与调控机制在关键基因分别和鉴定的根底上，经过功能基因组学、分子生物学、生理生化的技术手段，重点研讨蔬菜叶球、果实和风味构成过程中基因的表达调控方式、基因之间的相互作用，以及环境要素对其表达的影响，讨论质量性状构成的基因调控途径。主要蔬菜质量改良的全基因组分子设计在全基因组遗传变异图谱的根底上，开发背景选择的SNP芯片用于在回交育种

5、和系谱选择时保管现有主要亲本的已有优良遗传背景；在蔬菜质量性状构成的遗传构成与调控机制研讨的根底上，开发前景选择分子标志用于快速导入新基因来定向改良现有主要亲本；并将前景背景选择的分子改良技术体系与国内白菜、甘蓝、番茄和黄瓜育种优势单位的育种实际相结合，选育优质新种类。二、预期目的一总体目的经过本工程的实施，阐明蔬菜作物产品器官构成和风味物质代谢的遗传构成和调控机制，开发构成以高通量背景选择和前景选择相结合的质量改良全基因组分子设计技术平台，大规模改良现有主要亲本，创制优质新种质，培育有自主知识产权的优质新种类，从而实现提升我国蔬菜育种的自主创新才干和中心竞争力，保证我国蔬菜产业转型晋级提供科

6、学支撑的总体目的。二五年预期目的提示白菜、甘蓝、黄瓜及番茄遗传变异的主要方式，建立这些主要蔬菜作物的全基因组遗传变异图谱，每种蔬菜至少鉴定万个SNP位点和万个SV位点，为解析多基因控制性状的遗传构成提供根底工具，也为分子改良所需的背景选择SNP芯片的设计提供技术根据。阐明白菜和甘蓝叶球构成的遗传构成和基因调控机制，提示小RNA在叶球发育中的重要位置，分别和鉴定个控制叶球构成的关键基因，探明这些关键基因如何与诱发环境要素互作来控制未熟抽薹、裂球和结球不紧实。阐明黄瓜和番茄果实构成的遗传构成和调控机制，分别和鉴定个控制果实构成的关键基因，探明这些关键基因如何与诱发环境要素互作来控制裂果、畸形发育。

7、阐明黄瓜黄瓜风味构成的遗传构成和代谢调控机制，分别和鉴定个控制黄瓜葫芦素苦味物质和壬二烯醛清香味物质等风味物质代谢的关键基因。建立主要蔬菜质量改良全基因组分子设计的实际和技术体系，包括根据全基因组遗传变异图谱开发的背景选择SNP芯片和根据上述商品和风味质量性状遗传机理研讨结果开发的前景选择分子标志；系统改良现有主要亲本，培育有自主知识产权的优质新种类。创制份优质新种质，培育出 个优质新种类或组合。凝聚和培育一支蔬菜基因组学、分子遗传及育种的创新团队，培育一批有国际影响的中青年学科带头人和学术骨干，培育 名研讨生和 名博士后。丰富和开展我国蔬菜质量育种的科学实际与实际，提升我国蔬菜育种界的源头创

8、新和集成创新才干。发表中心刊物论文篇以上，SCI论文篇以上，其中影响因子高于的论文篇以上；恳求专利 项。三、研讨方案一总体学术思绪和技术途径本工程针对消费中存在的蔬菜商品质量和风味质量的突出问题，选取全基因组序列曾经测定、常规育种根底好的大宗蔬菜白菜、甘蓝、黄瓜和番茄为研讨对象，从与商品和风味质量亲密相关的产品器官构成和风味物质代谢调控的生物学过程入手，深化蔬菜重要质量性状构成的遗传构成和基因调控机制，建立质量改良的全基因组分子设计的实际和方法体系，创制优质新资料，培育优质新种类，力图实现“从基因组到种类的整体想象。针对质量性状构成遗传构成的关键科学问题科学问题，在基因组框架图的根底上，利用中

9、心资源和现有主要亲本重测序数据，构建全基因组遗传变异图谱；结合对重要质量性状的详细调查和分析，确定控制叶球构成、果实构成和风味构成的关键遗传位点；结合图位克隆、候选基因分析、突变体分析和转基因验证等技术手段，分别和鉴定质量性状构成的关键基因，回答哪些基因控制了质量性状构成的科学问题。针对质量性状构成基因调控机制的关键科学问题科学问题，选择曾经详细鉴定过表型的自然和人工突变体以及转基因资料，对叶球和果实的不同发育阶段以及不同环境条件下的转录组包括小RNA进展分析，从全基因组程度确定与关键基因共表达或者反向表达的基因集，构建关键基因的表达网络；不少曾经发现的形状建成基因是转录因子，工程将确定参与叶

10、球和果实构成转录因子的下游受控基因；经过酵母双杂交等技术手段确定与关键基因有蛋白互作的基因；经过突变体的遗传分析，确定关键基因的上下游基因，确定其信号传导途径；分析风味构成基因参与的代谢网络；综合上述分析手段，探明叶球和果实构成和风味物质代谢的基因调控机制。利用上述研讨中关键基因的序列开发前景选择分子标志，为现有主要亲本的定向质量改良提供选择工具；利用全基因组遗传变异图谱开发背景选择SNP芯片，用于在育种中坚持现有主要亲本的良好遗传背景；并且将这套全基因组分子设计的技术体系运用在优质新种类培育的实际上，实现“从基因组到种类的战略想象。上述研讨将为蔬菜种类改良的国家支撑方案和“等科技方案的顺利实

11、施提供根据与支撑，为蔬菜学学科体系的开展提供新实际、新技术与新方法。总体学术思绪和技术途径如以下图图所示：图. 总体学术思绪与主要技术途径二创新点与特征以国家艰苦需求为导向：本工程以大面积种植的白菜、甘蓝、番茄和黄瓜为主要研讨对象，针对消费中亟待处理的未熟抽薹、裂球裂果、风味不佳等商品和风味质量问题，严密围绕产品器官构成和风味物质代谢的遗传构成和基因调控机制的关键科学问题，进展深化的研讨。这些均属推进优质蔬菜种类国产化、实现产业转型晋级中亟待处理的艰苦科学问题，表达了国家的艰苦需求。以多基因控制质量性状的遗传构成为科学突破口：蔬菜的商品和风味质量性状是由多基因控制的，其遗传构成的问题是蔬菜学科

12、多年来没有得到有效处理的难题。人类复杂疾病的研讨阐明，基因组序列是解析复杂性状遗传的必需工具。在本工程研讨的四种蔬菜中，黄瓜、白菜和甘蓝的基因组框架图都是由工程恳求单位主导完成的，并且也根本完成了中心资源的重测序任务，这使得本工程团队在研讨蔬菜质量性状遗传构成上获得了先机，有能够实现艰苦突破。以叶球形状建成的基因调控机制为实际突破口：以往对植物的研讨大多以拟南芥和水稻等方式植物为实验资料，蔬菜作物产品器官的形状和生理特性与方式植物有很大区别，其遗传根底和基因表达调控的机制有其本身的特点。前期研讨发现一批新的与白菜叶球形状建成有关的miRNA和功能基因，本工程将在基因组框架图的根底上，对miRN

13、A的靶标位点和知功能基因的表达调控网络进展新颖细致的分析，提出叶球发育遗传调控的新实际。以假说和数据结合驱动为科学方法论：生物学研讨主要依赖假说驱动的科学方法论，即根据已有的知识建立任务假说、设计实验加以验证。测序技术的飞速开展导致海量基因组包括基因组、转录组、甲基化等数据的产生，数据驱动的科学方法论经过生物信息学寻觅基因组数据本身的规律将发扬更大的辅助作用。两种方法论的互补将导致大量的科学发现，这一点在现代物理学研讨中曾经得到验证。在本工程中将采用假说和数据结合驱动的科学方法论，研讨内容主要经过基因组数据和表型数据进展关联分析，属于数据驱动；研讨内容主要经过对叶球和果实构成以及风味物质代谢的

14、已有知识进展总结和归纳，提供新的任务假说，进展验证，属于假说驱动。两种方法论交叉交错在整个研讨过程中，将会得到新的科学发现。以“从基因组到种类为产业突破口：DNA测序本钱的快速降低为农业基因组学的研讨和运用带来历史性的机遇，如何利用基因组学的方法手段加快育种进程是目前农业科研界面临的共同难题。本工程在主要蔬菜全基因组测序曾经完成的根底上，将前沿的基因组学及生物信息学与蔬菜育种实际严密联络起来，利用白菜、黄瓜和番茄等蔬菜生命世代短个月和国内遗传育种根底较好的优势，开发质量改良的全基因组分子设计技术体系，培育优质新种类, 为产业转型晋级提供科学和技术支撑。三获得艰苦突破的可行性分析研讨目的明确，立

15、论根据充分围绕国家艰苦需求和学科前沿，瞄准蔬菜质量育种必需处理的两大根底科学问题，开展本项研讨。自创了国内外大田作物和方式生物研讨多基因控制性状的最新成果和进展，具有可靠的立论根据。研讨资料完备，方法成熟先进工程恳求单位是国家蔬菜种质资源中期库的依托单位，拥有近一万份白菜、甘蓝、黄瓜和番茄种质资源，前期曾经对资源进展初步的质量性状调查，从中开掘和培育出一批具备优良质量性状的种质资源，并已构建了各种分别群体包括近等基因系、重组自交系群体等，黄瓜和番茄的突变体群体也根本完成，为后续遗传分析和基因鉴定带来了很大的便利。工程综合采用基因组学、生物信息学、群体遗传学、分子生物学等学科的最新技术，方法成熟

16、、先进。 研讨根底坚实，队伍精干合理工程团队先后组织完成了黄瓜、白菜和甘蓝基因组测序，并参与了番茄基因组测序，根本确立了我国在蔬菜基因组学领域的暂时领先位置。基因组学的优势为我国在蔬菜分子遗传学的开展打下了很好的根底，先后构建了多张蔬菜分子标志连锁遗传图谱，其中黄瓜图谱是葫芦科首张遗传细胞遗传整合图谱，包含近个SSR标志。工程团队曾经分别鉴定或精细定位了多个蔬菜产品器官构成和风味代谢的关键基因。实现了不同窗科的交叉和交融，集中了中国农业科学院、中国科学院、上海交大、中国农大、南京农大等相关重点科研院校在身手域的优秀人才，组成了精干、高效、务虚的研讨团队，为本工程的顺利完成提供了人才保证。团队配

17、置表达了“从基因组到种类整体想象的需求，既有从事基因组学和分子生物学的中青年科技骨干，也有具备多年田间实际阅历的育种专家。支撑体系强大，国际协作亲密依托国家蔬菜改良中心和个亲密相关的国家重点实验室及多个部门重点开放实验室，拥有较好的研讨条件和设备，为本项研讨提供了坚实的物质根底。“十一五期间，工程主持单位主办了多次葫芦科和十字花科基因组国际研讨会，在蔬菜基因组学领域具有广泛的国际影响。例如，年月举行的“国际葫芦科基因组学和生物学会议吸引了美国康奈尔大学、威斯康星大学、西班牙农科院、日本蔬菜茶叶研讨所、澳大利亚多态性芯片技术中心等多家知名大学和科研机构参与。这些学术活动一方面能及时获取国外最新学

18、术思绪、技术和资源，另一方面为国际协作奠定根底，获得一批有重要实际和运用价值的成果。年工程恳求单位中国农业科学院和中国科学院遗传与发育生物学研讨所将举行“国际茄科基因组大会，估计将有多名国际同行和多名国内同行参与。这种亲密的国际协作为本工程的研讨提供了国际视野，也提升了我国科学研讨在国际的影响力。四课题设置基于工程拟到达的总体目的，以“蔬菜商品和风味质量性状构成的遗传构成和基因调控机制的关键科学问题为切入点，共设置个研讨课题。课题 蔬菜质量性状全基因组关联分析蔬菜质量性状是多基因控制性状，而全基因组关联分析GWAS是研讨多基因性状的有力手段。全基因组遗传变异图谱，是GWAS的必需“蓝图。本课题

19、重点开展以下研讨： 主要研讨内容种质资源质量性状的察看分析：对白菜、甘蓝、黄瓜和番茄种质资源的质量性状，包括白菜和甘蓝的结球习性和紧实度、未熟抽薹和裂球率，黄瓜瓜把长度、畸形果率，番茄果实外形、大小、畸形果率、裂果率，黄瓜果实苦味和清香味等风味物质的化学成份等，进展察看测定。全基因组遗传变异图谱构建：在白菜、甘蓝、黄瓜、番茄的全基因组序列根底上，利用不同种质资源的重测序数据，定位一切SNP位点和构造变异位点Structural variation, SV，确定全基因组范围内的连锁不平衡区块。全基因组关联分析： 在性状调查和全基因组变异图谱的根底上，经过关联分析，确定白菜、甘蓝叶球的形状建成、黄

20、瓜和番茄果实的形状建成，以及黄瓜苦味和清香味物质代谢的关键遗传位点。. 研讨目的创建白菜、甘蓝、黄瓜和番茄的全基因组遗传变异图谱，包含至少万个SNP标志和万个SV标志，确定控制叶球、果实构成、风味物质代谢的关键遗传位点，为关键基因的分别和鉴定提供候选基因。课题承当单位：中国农业科学院蔬菜花卉研讨所 北京师范大学 浙江大学课题担任人：黄三文研讨员学术骨干：林魁，曹家树，张忠华， 程峰经费比例：.%课题 蔬菜质量性状构成关键基因的分别与鉴定关键基因的克隆是研讨其互作、调控机制的前提。在确定关键遗传位点的根底上，针对性状表现选择用于精细遗传作图的重组自交系、近等基因系等分别群体，经过图位克隆和候选基

21、因等方法分别控制白菜和甘蓝叶球、黄瓜和番茄果实构成，以及黄瓜风味物质代谢的关键基因，并利用突变体和转基因方法鉴定这些关键基因的功能。 主要研讨内容白菜和甘蓝叶球构成的关键基因分别和鉴定：利用白菜类蔬菜和甘蓝类蔬菜亚种间丰富的形状变异，在大白菜和甘蓝基因组框架图的根底上，对其它亚种进展重测序，结合图位克隆和转基因鉴定，克隆甘蓝和白菜叶球形状建成的关键基因；利用拟南芥知的开花控制基因作为候选基因的目的，克隆甘蓝和白菜控制抽薹开花的关键基因。黄瓜果实形状性状关键基因的分别与鉴定：利用多种遗传群体资料，构建饱和度高的遗传连锁图，对黄瓜果实外观质量构成有关的农艺性状，包括黄瓜瓜把长短、畸形果率、果皮光泽

22、和薄厚、种子腔直径、果肉厚度等，进展精细定位，结合课题的基因组关联分析以及突变体分析和转基因验证，克隆包括主要瓜把长度主效QTLGb.)在内的关键基因。番茄果实构成的关键基因分别和鉴定：经过图位克隆技术分别控制番茄果实大小的RG基因、控制果实外形的PST基因，以及从课题 得到的主效QTL。利用转基因互补实验、过量表达和RNAi基因表达抑制等技术手段来鉴定这些基因在果实生长中的功能，重点分析其在引起畸形果、裂果等不正常果中的作用。黄瓜风味构成关键基因的分别与鉴定：经过图位克隆技术分别黄瓜苦味构成的关键基因Bi和Bt；在课题关联分析的结果，经过图位克隆和候选基因相结合的方法，鉴定黄瓜清香味构成中壬

23、二烯醛代谢的关键酶基因。. 研讨目的经过图位克隆、候选基因法、突变体分析和转基因验证，分别和鉴定个控制叶球和果实形状的关键基因以及个控制黄瓜风味质量的关键基因，为后续基因调控网络研讨打下根底。课题承当单位：上海交通大学 西南大学 中国科学院遗传与发育生物学研讨所 中国农业大学 扬州大学课题担任人：蔡润教授学术骨干：王小佳，杨文才，陈学好，王保经费比例：.%课题 大白菜和甘蓝叶球构成的基因表达调控机制大白菜和甘蓝叶球的形状建成取决于一系列基因的时空表达和调控作用。针对消费中出现的未熟抽薹、结球不紧实、裂球等问题，本课题将研讨叶球形状建成相关基因的生物学功能，讨论这些关键基因如何调理叶卷曲和叶球构

24、成的遗传机制，以及诱发环境要素如何调控这些关键基因的表达。重点开展以下研讨： 主要研讨内容白菜和甘蓝叶球构成的转录组分析：选择曾经详细鉴定过表型的白菜和甘蓝自然和人工突变体以及转基因资料，对叶球的不同发育阶段以及不同环境条件下的转录组包括小RNA进展分析，从全基因组程度确定与关键基因共表达或者反向表达的基因集，构建关键基因的表达网络，研讨其时空表达方式以及基因间的相互作用，阐明温度和光周期等环境条件调控叶球商品性状的分子机制。白菜叶球构成相关基因对结球性状的调控作用：根据突变体和转基因植株的形状表现，研讨目的基因对叶球发生时间、成熟速度、紧实度、外形、大小和整齐度等商品质量的调理作用。比较叶球

25、构成相关基因在不结球、结球不紧实和易裂球基因型与正常植株上表达程度上的差别，分析不结球、结球不紧实和易裂球的缘由。白菜叶球形状发生和发育过程中miRNA介导的基因调控：在基因调控的不同层次上，研讨miRNA基因表达的激活或失活、miRNA合成途径改动、miRNA靶基因的突变等对白菜叶球形状的影响，阐明基因沉默对白菜叶卷曲的调控作用。白菜和甘蓝未熟抽薹的基因调控机制：比较易抽薹与耐抽薹自交系叶球构成相关基因在表达程度上的差别，分析未熟抽薹和不结球的缘由。构建白菜控制抽薹关键基因的近等基因系，经过关键基因的不同组合，研讨关键基因之间互做在抽薹调控中的作用。. 预期研讨目的阐明大白菜和甘蓝叶球大小和

26、外形等商品质量构成的遗传机理，提示小RNA在叶球形状建成中的作用机制，探明呵斥不结球、裂球和未熟抽薹的分子机制，为遗传上改良叶球构成及其商品质量提供科学根据。课题承当单位：中国科学院上海生命科学研讨院植物生理生态研讨所 南京农业大学课题担任人：何玉科研讨员学术骨干：侯喜林，倪迪安，孙传宝，李英经费比例：.%课题黄瓜、番茄果实构成的的分子遗传与调控机制果实构成是由复杂的分子遗传调控网络决议的，且受各类植物激素精细调控及环境的影响，深化解析果实构成的分子遗传根底和调控机制是实现分子设计育种的关键。针对消费中出现的果实畸形发育包括黄瓜瓜把过长和裂果等问题，本课题以黄瓜和番茄为研讨对象，系统研讨单性结

27、实、果实大小与外形和外观质量等果实构成的重要性状的分子遗传与调控机制，重点开展如下研讨：主要研讨内容黄瓜和番茄果实构成的转录组分析：选择曾经详细鉴定过表型的黄瓜和番茄自然和人工突变体以及转基因资料，对果实的不同发育阶段以及不同环境条件下的转录组包括小RNA进展分析，从全基因组程度确定与关键基因共表达或者反向表达的基因集，构建关键基因的表达网络。黄瓜果实构成中单性结实果实发育的分子遗传根底：消费中黄瓜雌性系的运用越来越广泛，要求种类有很好的单性结实才干才干防止畸形果的发生。以重组自交系、杂交F:为资料构建黄瓜单性结实的遗传图谱并进展QTL精细定位。经过转录组和代谢组学间的关联分析开掘控制单性结实

28、黄瓜果实发育的关键基因；分析这些基因的时空表达情况和体外生化特征，确定控制黄瓜单性结实果实发育的关键基因。完成相关基因的克隆和功能研讨，阐明黄瓜单性结实的分子遗传与调控机制。黄瓜果实重要商品性状的分子遗传与调控机制：利用重组自交系、杂交F、回交BC、近等基因系等群体资料鉴定控制黄瓜果瘤大小和果实外形的主效QTL位点或关键基因，克隆相关候选基因，分析这些基因的时空表达特性。并结合双突变体的构建、酵母双杂交等手段，解析果形调控关键基因之间在遗传、体外生化功能方面的互作关系。分析这些基因的时空表达特征；阐明这些重要功能基因的作用方式及调控机制。利用新泰密刺黄瓜长瓜把与印度野生黄瓜无瓜把的重组自交系群

29、体，以及华北类型黄瓜IIA长瓜把和美国类型黄瓜CGN短瓜把的杂交群体，精细定位和克隆调控瓜把长度的主效和微效基因。在不同环境条件下如低温，弱光，对所获得的瓜把长度主效基因的时空表达特性进展分析。并经过突变库TILLING的挑选，研讨分析环境要素对瓜把长度主效基因突变体的表现型、RNA和蛋白程度的影响，探求瓜把长度主效基因与环境要素之间的的分子影响机制。番茄畸形果和裂果构成的基因调控机制：经过数量遗传学、分子遗传学的方法手段来鉴定和分别控制番茄果实大小和外形的新功能基因或QTL位点RG和PST，重点分析引起畸形果、裂果等不正常果构成的突变位点，解析其分子遗传根底及基因的时空表达特征；借助转基因方

30、法对所获得的调控基因进展植物体内功能确证，阐明RG和PST控制果实大小和外形的细胞学根底；经过细胞生物学、生物化学和组学等技术手段来解析重要果实生长发育调控基因RG和PST的调控网络。研讨目的阐明黄瓜单性结实性状、果瘤大小、果实外形和番茄果实大小、外形的分子遗传和调控机制，获得调控黄瓜单性结实构成、果瘤大小、果实外形和番茄果实大小、外形的重要功能基因，并明确它们的生物学功能；获得调控番茄果实生长发育的重要转录因子，构建番茄果实生长发育的基因调控网络，探明相关转录因子调控番茄果实构成的机理；提示小RNA在果实形状建成中的作用机制。课题承当单位：南京农业大学 中国科学院上海生命科学研讨院植物生理生

31、态研讨所 中国农业大学 上海交通大学课题担任人：陈劲枫教授学术骨干：肖晗，张小兰，娄群峰，潘俊松经费比例：.%课题黄瓜风味性状构成的分子遗传与代谢调控机制蔬菜风味质量是复杂次生代谢物的综合表达，代谢网络中涉及众多的控制以及转录因子的调理，而且种类繁多的次生代谢物与植物抗病性也关系亲密。针对消费中黄瓜清香味淡且偶有苦味发生的问题，本工程以黄瓜风味物质的化学物质定性与定量分析为起始点，针对黄瓜清香味和苦味物质等风味质量性状构成的分子遗传及代谢调控，重点开展如下研讨。 主要研讨内容风味性状评价体系和化学数据库建立：利用以质谱为根底的代谢组学分析平台对不同黄瓜种质资源、不同的分别群体和近等基因系，在不

32、同的生长条件下和不同的发育阶段的风味物质或其前体进展定性和定量的分析；建立风味评价的规范体系及其与次生代谢物之间的关联信息；研讨将积累代谢物的高分辨质谱、同位素方式，多级质谱及含量分布等方面的信息，构建和完善黄瓜特异的化合物数据库。黄瓜清香味物质构成关键基因的功能分析：经过不同亲本间的转录组学和代谢组学间的关联分析开掘控制黄瓜风味物质合成的关键基因；分析这些基因的时空表达和体外生化特征，确定参与清香味风味物质构成及转运的关键基因；利用所获得构造基因的启动子序列和酵母单杂交等生化手段，结合基因-代谢物相关性信息确定参与相关代谢途径的调控基因；经过转基因的方法对所获得的调控基因的体内功能进展确证，

33、解析它们与清香风味物质合成的关系。 黄瓜苦味物质葫芦素合成和转运关键基因的功能分析：克隆相关候选基因，分析基因表达的时空特异性，在酵母等体外表达系统中验证其生化功能，并在酵母体系中重组葫芦素的代谢合成途径；确定葫芦素合成代谢途径的调控和转运基因，经过分析相关突变体验证其体内功能。 野生种抗病砧木嫁接对黄瓜果实风味质量性状的影响及分子调控机制：研讨葫芦科野生种抗病砧木对黄瓜果实次生代谢物质合成、转运及积累过程的影响效应，克隆、验证相关候选基因，讨论果实风味质量性状与抗病性表达或信号调控的相互关系，以及病理感应、传送或抗病分子的调控机理。研讨目的阐明黄瓜苦味、清香味生成的关键步骤和调控机理，获得与

34、葫芦素构成和转运相关的关键构造和调控基因，明确其生物学功能。获得调控代谢途径的转录因子，并在转录组学和代谢组学程度系统阐明这些转录因子在整个代谢网络中的位置和作用，探明抗病砧木嫁接对接穗风味质量的影响机制。课题承当单位：中国科学院遗传与发育生物学研讨所、中国农业科学院蔬菜花卉研讨所、首都师范大学课题担任人：王国栋研讨员学术骨干：谢丙炎、李乐攻、金治平经费比例：.%课题 主要蔬菜质量改良的全基因组分子设计充分利用上述各研讨课题的成果，开发可用于对蔬菜商品质量和风味质量进展综合改良的分子标志辅助选择工具和育种程序，是实现本工程根底研讨成果转化为适用技术的关键。本课题以白菜、甘蓝、黄瓜和番茄为对象，

35、进展分子育种工具与技术的开发。重点开展如下研讨：主要研讨内容高密度分子标志检测与背景选择标志系统研发：根据白菜、甘蓝、黄瓜和番茄等蔬菜作物重测序数据库和功能基因组分析信息，挑选一批稳定可靠的分子标志，运用Illumina芯片系统或其它先进标志检测系统开发一套稳定、高效的高密度分子标志检测体系。以此为根底，经过对中心育种资料的分析，挑选出多态性丰富、检测稳定、在基因组中分布均匀的SNP、InDel或SSR等标志，用于追踪优良亲本背景。前景选择标志系统开发：针对白菜/甘蓝、黄瓜和番茄等蔬菜作物，运用高密度分子标志检测方法，进展重要种类资源和特定遗传群体分析，挑选出适于如下三个方面性状挑选的前景选择

36、标志：白菜/甘蓝耐抽薹性、富含有益硫甙、早熟性和根肿病抗性；黄瓜果实刺瘤的有无、果皮的薄厚、果把长短、种子腔直径、苦涩、清香味、抗霜霉病、抗白粉病选择的前景标志；番茄果实大小、皮薄厚、固形物多少。质量改良全基因组分子育种战略研讨：根据白菜、甘蓝、黄瓜和番茄等蔬菜质量性状在自交、回交、杂交和复交等不同分别群体中分别规律。建立经过分子标志进展前景和背景选择高效聚合分散在不同亲本资料中的大量目的基因的育种战略与技术方案。优质新资料创制和优质新种类培育：在实践育种过程根据全基因组分子设计，针对白菜、甘蓝、黄瓜和番茄商品质量和风味质量进展综合改良，获得一批耐抽薹和抗裂球的、高产抗病的白菜和甘蓝新资料和新

37、种类，获得一批果形好、清香味浓、无苦味的、高产抗病的黄瓜新资料和新种类，获得一批抗裂果、畸形果率低、高产抗病的番茄新资料和新种类。预期研讨目的构建高效的前景与背景挑选系统，建立质量改良的全基因组分子设计实际和方法体系；对现有主要亲本的质量性状缺陷进展改良，创制份优质新资料，培育出个优质新种类或组合。课题承当单位：中国农业科学院蔬菜花卉研讨所 北京市农林科学院蔬菜研讨中心课题担任人：王晓武研讨员学术骨干：方智远院士，杜永臣，孙日飞，顾兴芳，张凤兰经费比例：.%五课题间相互关系本工程的各项研讨是在研讨对象白菜、甘蓝、黄瓜和番茄基因组框架图曾经构建完成的根底上进展，将充分利用基因组资源对两个科学问题

38、遗传构成和调控机制进展深化研讨，并构建质量性状分子改良的技术根底图。由于蔬菜作物不同质量性状的遗传构成研讨具有共性，设置全基因组关联分析课题和关键基因分别鉴定课题两个课题，关联分析所确定的关键遗传位点是关键基因克隆的根底；在基因调控机制的研讨上，叶球构成属于营养器官的发育过程课题，果实构成属于生殖器官的发育过程课题，而风味构成属于次生代谢过程课题，各俱特征，因此各设定一个课题深化研讨；两个科学问题的研讨之间也有很多信息的交互。承接前个课题的科学发现，开发前景选择和背景选择技术平台，建立质量改良的全基因组分子设计的实际和方法体系，预期将产出新育种技术、新育种资料和新优质种类组合。图. 课题设置及

39、其关系四、年度方案研讨内容预期目的第一年种质资源质量性状调查和测定，构建质量性状表型数据库。挑选种质资源资料和亲本资料，预备重测序。白菜和甘蓝叶球构成不同时期的基因表达谱分析；甘蓝叶球构成相关基因的挑选；白菜和甘蓝抽薹开花关键基因的克隆与MIKC构造域等生物信息学分析。分别与大白菜叶球形状发生和未熟抽薹有关的基因和表观遗传因子。生长素和细胞分裂素等内源激素对叶卷曲和叶球形状发生进程的影响。大白菜中过表达或沉默几个重要的miRNA或靶基因。大白菜叶卷曲和叶球构成的纯合突变体基因芯片分析和转录组分析。 利用黄瓜遗传群体，对黄瓜瓜把长短和果肉厚度进展精细定位。在黄瓜上对 HAN，CLV， CLV，Y

40、ODA，ANT进展同源克隆；利用RT-PCR和RNA原位杂交等技术，分析果形相关基因的时空表达特性。经过比较初步确定黄瓜果瘤Tu候选基因，开发共分别标志，并进展Tu候选基因的功能分析。黄瓜单性结实遗传群体构建及遗传规律分析。黄瓜苦味构成基因的精细定位。克隆黄瓜LOX，ADH，HPL等清香味物质合成相关基因。构建分别群体，对番茄黄果构成基因r进展精细定位，对紫果构成基因未知基因和高番茄红素含量基因未知基因进展初步定位。在番茄上精细定位番茄RG和PST基因，确定PST候选基因及其突变位点；完善RG和PST基因的NILs构建。对具有不同代表性的黄瓜种类进展全面的化学物质分析；克隆和分析黄瓜苦味物质葫

41、芦素构成关键构造基因和转录因子序列。高密度分子标志检测与背景选择标志系统研发：根据白菜、甘蓝、黄瓜和番茄等蔬菜作物重测序数据库和功能基因组分析信息，挑选出多态性丰富、在基因组中分布均匀的SNP、InDel或SSR等标志。前景选择标志系统开发：白菜耐抽薹性；甘蓝叶球颜色；黄瓜果实苦味和果实光泽；番茄果实大小。构建完成白菜、甘蓝、黄瓜和番茄的种质资源质量性状表型数据库。进一步的重测序预备任务完成。获取叶球构成和展开不同时期甘蓝基因表达谱；分析差别表达基因，挑选出叶球构成相关基因。获得白菜和甘蓝抽薹关键基因序列及其构造域等生物信息。挑选个以上控制叶卷曲和叶球构成相关基因的候选基因，确定不结球、裂球、

42、未熟抽薹的纯合基因型，建立-个基因芯片和转录组分析的数据库。初步完成黄瓜的瓜把长短和果肉厚度等性状的精细定位。得到黄瓜瓜形调控关键基因的关联分析、分别与鉴定的初步结果。挑选获取黄瓜Tu候选基因，共分别标志验证。明确黄瓜单性结实性状的遗传特征.完成黄瓜苦味构成基因的精细定位。获得黄瓜清香味物质代谢途径中的关键基因序列。完成对番茄r基因精细定位及控制紫果、提高番茄红素含量基因的初步定位任务。确定番茄rg位点的准确染色体区域；获得pst候选基因及其突变位点。探求建立适宜黄瓜化学物质分析的方法体系，初步完成黄瓜特异化合物数据库的建立包括定性定量的信息，获得-个黄瓜苦味物质葫芦素构成关键构造基因并进展体

43、外生化分析。高密度分子标志检测与背景选择标志系统研发：针对白菜、甘蓝、黄瓜和番茄，每种作物挑选不少于个SNP、InDel或SRR标志，标志分布均匀。前景选择标志系统开发：白菜：开发个耐抽薹主效关键基因选择标志；甘蓝：开发叶球颜色的选择标志，遗传间隔 小于cM；黄瓜：开发果实无苦味和有光泽选择标志，遗传间隔 小于cM；番茄：开发番茄果实大小，与目的基因连锁间隔 小于cM。第二年完成挑选资料的重测序，发掘SNP和SV等遗传变异位点，连锁不平衡分析确定连锁遗传区域，并构建全基因组遗传变异图谱。利用表型数据和遗传变异图谱进展全基因组关联分析，确定控制质量性状的关键遗传位点和候选基因。甘蓝和白菜叶球构成

44、相关基因的克隆及其与叶球构成相关性分析；控制抽薹开花关键基因的相互作用原核验证。分别大白菜中与叶球构成相关的miRNA，并进展过表达或沉默研讨。黄瓜瓜把长短和果肉厚度的精细定位，结合课题的基因组关联分析，挑选和预测目的基因的候选基因。分析黄瓜瓜形调控关键基因的时空表达特性，对这-个关键基因进展TILLING突变体库的挑选，构建这-个关键基因的过量表达和RNAi诱导缺失突变的载体。黄瓜果瘤Tu候选基因的转基因功能验证。黄瓜单性结实性状的主效QTL定位，并进展黄瓜单性结实果实发育的转录组学研讨。黄瓜苦味构成基因的候选基因分析，进一步减少黄瓜清香味物质合成基因的候选区域。对番茄紫果构成基因和高番茄红

45、素含量基因进展精细定位，确定候选基因区域。精细定位番茄RG位点，确定其候选基因及其突变位点。构建番茄NILs，转基因功能验证PST候选基因。继续克隆和分析黄瓜苦味物质和清香味物质构成关键构造基因和转录因子序列，对上一年度克隆的关键基因在不同黄瓜种类进展时空表达分析和化学表型相关分析，进一步完善黄瓜特异化合物数据库地建立。建立SNP或InDel标志芯片检测、高通量电泳检测等高效标志分析系统，挑选一批稳定可靠的分子标志。前景选择标志系统继续开发：白菜耐抽薹性、高胡萝卜素含量；甘蓝叶球颜色、中心柱长；黄瓜果实光泽；番茄果实硬度、固形物含量。构建全基因组遗传变异图谱，SNP和SV标志数目分别大于万和万

46、个。为每个性状确定-个关键遗传位点，并为每个位点确定个以下候选基因。检测结球、不结球和结球不紧实甘蓝突变体内基因表达情况，分析基因表达的差别，结合上述分析确定叶球构成关键基因的目的基因。获得抽薹开花关键因子的原核表达蛋白相互作用体系。鉴定个控制叶球商品质量的关键基因，搞清楚-个调控叶球发育相关基因的生物学功能，提示不结球、未熟抽薹的遗传根底。精细定位黄瓜瓜把长短和果肉厚度QTL。完成黄瓜Tu候选基因的表达方式分析，初步完成其遗传转化。解析黄瓜瓜形调控关键基因的时空表达特性, 挑选出-个对黄瓜瓜形起关键调控作用的候选基因。对候选的关键基因进展TILLING突变体库的挑选;构建关于候选关键基因的过

47、量表达和RNAi诱导缺失突变的载体。明确黄瓜单性结实性状的QTL位点数，实现初步定位。获得果实发育过程中相关的转录组信息。确定黄瓜苦味构成基因的候选基因。精细定位黄瓜芳香物质合成的基因。获得番茄r基因的序列及其可变剪切序列；完成对控制紫果、提高番茄红素含量的基因精细定位任务。获得番茄RG候选基因及其突变位点；获得RG和PST的NILs。获得-个黄瓜苦味物质和清香味物质构成关键构造基因并进展体外生化分析，-个关键构造基因的表达谱，-个黄瓜种类的化合物代谢谱，完善代谢化合物信息库。高密度分子标志检测与背景选择标志系统研发：针对白菜、甘蓝、黄瓜和番茄，每种作物挑选不少于个SNP、InDel或SRR标

48、志。并到达适于高通量背景选择的预期目的。前景选择标志系统开发：白菜：开发个耐抽薹主效关键基因选择标志，开发富含胡萝卜素选择标志；甘蓝：开发叶球颜色的选择标志，遗传间隔 小于cM，开发中心柱长选择标志；黄瓜：开发果实光泽严密连锁标志，遗传间隔 小于cM；番茄：开发果实硬度相关基因分子标志，要求经过分子标志选择可使果实硬度提高倍以上；开发高固形物含量选择分子标志，要求经过分子标志选择可使固形物含量提高%以上。第三年继续完善全基因组遗传变异图谱。表型、遗传变异等数据的数据库整合。白菜和甘蓝叶球构成相关目的基因反义转化载体的构建及甘蓝遗传转化；转化植株的挑选；抽薹开花关键因子相互作用的酵母双杂验证。鉴

49、定和挑选与叶卷曲和叶球构成有关的基因。叶球相关基因与环境要素互作的分子根底。miRNA和靶基因在叶卷曲和叶球构成中的作用。挑选和预测黄瓜瓜把长短和果肉厚度性状关键基因的候选基因，开发共分别标志。黄瓜Tu候选基因的遗传转化验证；并利用TuYFP交融表达转化株进展Tu的功能分析：经过激光共聚焦显微镜分析Tu在细胞中行使功能的位置，以及在黄瓜植株各部位的表达情况。利用转基因技术，把黄瓜上的这-个基因分别转入拟南芥的突变体，对他们在果实形状方面的功能进展互补测试。分别纯化候选关键基因的TILLING突变体培育候选关键基因的过量表达和RNAi诱导缺失突变的转基因黄瓜。黄瓜单性结实性状的主效QTL的精细定

50、位研讨；进一步分析黄瓜单性结实果实发育的转录组学信息。构建EMS突变体文库，转化验证黄瓜苦味构成基因的候选基因。利用图位克隆结合候选基因分析，确定控制黄瓜清香味物质含量最有能够的候选基因；经过RACE方法获得该基因的全长，结合父母本候选基因的差别序列，设计候选基因特异的分子标志如STS、CAPs等。挑选番茄紫果基因和高番茄红素基因所在的BAC克隆，对其序列进展分析。对r基因不同转录本进展过表达和RNA干扰分析转基因功能验证番茄RG候选基因；利用NILs解析RG和PST基因的表达特征、基因作用方式。测定番茄坐果和果实构成关键时期的转录组mRNA-seq或芯片。利用前两年建立的化学分析平台研讨野生

51、种抗病砧木对黄瓜果实次生代谢物质合成、转运及积累过程的影响效应，克隆、验证相关候选基因，讨论果实风味质量性状与抗病性表达或信号调控的相互关系。高密度分子标志检测与背景选择标志系统继续研发：建立SNP或InDel标志芯片检测、高通量电泳检测等高效标志分析系统，挑选一批稳定可靠的分子标志。 前景选择标志系统继续开发：白菜高花青素含量；甘蓝中心柱长；黄瓜果实苦味、清香味； 质量改良全基因组分子育种战略研讨，初步建立如下质量性状的分子育种战略：白菜耐抽薹性；甘蓝短中心柱；黄瓜无苦味；番茄果实高固形物含量。优质新资料创制：根据目的性状选定亲本资料，完成有关杂交或回交组合及分别群体的配制。完善全基因遗传变

52、异图谱。初步构建完成表型和遗传变异整合数据库。构建叶球构成相关目的基因的反义转化载体，获取甘蓝转基因植株；获得建立抽薹开花关键因子酵母双杂体系。阐明大白菜叶球构成的分子根底和遗传机制，提出叶球商品质量遗传改良的新途径。初步确认黄瓜瓜把长短和果肉厚度性状关键基因的候选基因。在拟南芥上，对候选关键基因在瓜形方面进展功能验证；获得候选关键基因的TILLING突变体；获得候选关键基因的过量表达和RNAi诱导缺失突变的转基因黄瓜。遗传转化互补确认获得黄瓜Tu基因，初步完成Tu基因功能分析。将黄瓜单性结实性状的主效QTL位点在遗传谱上进展定位；初步明确与黄瓜单性结实果实发育相关的关键基因并进展功能研讨。构

53、建黄瓜EMS突变体库。确定控制黄瓜清香味物质含量的候选基因，并进展基因克隆。明确番茄r基因功能，获得其调控因子；获得控制紫果、提高番茄红素含量的基因序列。明确番茄RG和PST基因的作用方式、表达特征；获得番茄果实构成关键时期的转录组数据。初步明确与黄瓜抗病性状直接相关的代谢途径和特定化学物质，确定-个参与这些代谢物合成和转运的候选基因及其相关表达谱分析。高密度分子标志检测与背景选择标志系统继续研发：针对白菜、甘蓝、黄瓜和番茄，每种作物挑选不少于个SNP、InDel或SRR标志。并到达适于高通量背景选择的预期目的。前景选择标志系统继续开发：白菜：开发富含花青素选择标志，遗传间隔 小于cM；甘蓝：

54、开发中心柱长选择标志，标志选择可使中心柱长小于叶球纵径的/；黄瓜：开发个果实苦味主效基因严密连锁标志，遗传间隔 小于cM，初步挑选清香味基因选择标志； 质量改良全基因组分子育种战略研讨： 运用前景选择标志，确定各方案需求运用的育种资料；确定亲本组配方案、育种流程；挑选适于开展背景选择的分子标志集，要求背景选择标志间最大间隔 不超越cM，平均间距不超越cM。优质新资料创制： 配制耐抽薹、富含胡萝卜素或花青素的白菜分别群体个；甘蓝中心柱短、叶球亮绿分别群体个；配制瓜把短、无苦味、有光泽或清香味浓的黄瓜分别群体；配制耐裂果、畸形果率低、果实固形物含量高的番茄分别群体个。第四年表型数据库、全基因组遗传

55、变异数据库、基因表达、同源基因和重要性状相关信息等进展数据库整合甘蓝转基因植株结球情况察看分析；利用定量PCR检测目的基因在转基因甘蓝和非转基因甘蓝植株中的表达情况，分析目的基因对叶球构成的调控作用；构建抽薹开花关键因子假设干个截短体及其突变体的表达载体。叶球形状发生和发育过程中基因调控的机制。基因突变对叶球发育相关基因生物学功能的影响。叶卷曲和叶球构成的环境条件及其遗传机制。经过植物病毒介导的RNA干扰分析，以及过表达遗传转化验证，确认黄瓜瓜把长短和果肉厚度性状的关键基因或主效QTL。对TILLING突变体、过量表达和RNAi诱导缺失突变的转基因黄瓜进展表现型分析；研讨低温弱光环境条件对TI

56、LLING突变体和转基因黄瓜的影响；构建候选关键基因的双突变体。利用TuYFP交融表达转化株，经过激光共聚焦显微镜继续分析黄瓜Tu的作用部位与功能上的对应关系；并进展转录组测序分析，挑选出差别表达基因。深化分析黄瓜单性结实果实发育的转录学信息；进展黄瓜单性结实果实发育的蛋白组学研讨。突变体库和遗传转化确认克隆的黄瓜苦味构成关键基因。确定控制黄瓜清香味物质合成的候选基因的序列，完成基因的功能注释后，利用RNA干扰技术结合瞬时表达进展功能验证；转基因功能验证。对控制番茄紫果基因和高番茄红素基因进展过表达和RNA干扰分析。将高番茄红素资料与紫果资料杂交，并加代获得分别群体。分析番茄RG/PST与植物激素协调控制果本质量的构成及阐明RG、PST突变或转基因对转录组的广泛影响。番茄果实生长发育关键时期特异表达基因的验证qRT-PCR等、构建全基因组的转录调控网络。经过转基因技术将所功能鉴定的关键基因和转录因子导入不同遗传背景的黄瓜种类，经过代谢组学分析研讨它们对苦味物质和清香味物质构成的影响。质量改良全基因组分子育种战略研讨：继续完废质量性状的分子育种战略研制，结合常规育种程序，全面开展前景和背景选择。优质新资料创制：