文档介绍：项目名称:
棉花纤维品质功能基因组研究及优质高产新品种的分子改良
首席科学家:
喻树迅中国农业科学院棉花研究所
起止年限:
2010年1月-2014年8月
依托部门:
农业部
一、研究内容
根据上述国家重大需求所必需解决的关键科学问题,本项目拟从以下几个主要方面开展系统研究:
1、棉花品质产量基因资源创制及遗传因子的精细定位
(1)在已获得的特异纤维材料的基础上,继续创造高产、棉纤维发育突变体,初步构建高产、棉花纤维突变体库,创造棉纤维发育特异材料;
(2)构建高密度的分子标记图谱,发掘与品质、产量等性状紧密连锁的分子标记和功能标记,定位本项目获得的功能基因;
(3)完善陆地棉背景的海岛棉导入系,利用导入系将控制棉花纤维品质、产量性状的QTL定位到相应染色体片段上,实现QTL的精细定位;研究QTL与QTL之间的互作以及QTL与非QTL之间的互作,探讨提高棉花产量和纤维品质的机制。
(4)研究棉花纤维品质和产量遗传构成的多样性和等位基因效应。
2、利用转录组学研究棉纤维品质形成的基因表达分子机制:
(1)利用已建成的包括29,000个棉花cDNA的微阵列芯片,获得在棉纤维分化和突起、伸长、加厚等过程中特异性表达的棉花cDNA,揭示其可能调控或参与的代谢途径,阐明胚珠表皮纤维突起及伸长的决定因素。
(2)分离鉴定植物激素信号途径对棉纤维发育起重要调控作用的基因,通过时空表达特性,推测这些基因在棉纤维发育过程中的作用。
(3)分离和鉴定棉花纤维素合成相关基因,探索纤维素合成的网络调控关系,阐明棉纤维数量和长度的调控机制。
3、棉纤维发育的蛋白质网络及重要功能蛋白质的鉴定
(1)制作不同发育时期和不同品质特性的棉纤维细胞蛋白质谱,鉴定在棉纤维发育过程中差异显示的蛋白质,构建纤维发育的功能蛋白质网络;
(2)找出在棉纤维发育过程中重要的差异表达蛋白质,重点研究调控纤维细胞分化和细胞壁合成的重要蛋白,并结合这些蛋白质在发育过程中的丰度变化及修饰特征,分析这些蛋白质在棉纤维发育过程中的相互作用和分子功能;
(3)克隆这些重要功能蛋白质的基因,构建不同表达特征的棉纤维特异表达的载体,转化棉花来验证这些重要蛋白质的生物学功能,解析其影响棉纤维形态建成的分子机制,并为改良棉纤维品质的基因过程提供基因元件。
4、棉纤维发育的重要转录因子的分离与功能分析:
(1)分离新的棉纤维发育的重要转录因子以及受其调控的重要功能基因;
(2)进一步研究棉花MYB、HOX等类转录因子的功能和调控机制,为棉纤维品质改良的基因工程提供靶基因;
(3)构建不同的转基因载体,将转录因子基因转入棉花以及模式植物,进行功能验证和棉纤维品质改良。
5、目的基因在棉花中的高效功能验证及评价
(1)鉴定棉纤维发育中特异高效表达的启动子及其调控原件与作用机理;
(2)对项目组筛选出的有价值的目标基因在棉花中进行功能验证,并创制转目标基因棉花种质新材料;
(3)对转外源基因的棉花纤维材料进行深入系统评价,并研究其在棉花不同发育阶段基因表达规律。
6、优质高产棉花品种的分子改良
(1)利用项目获得的转基因新材料和新标记,开展从性状表型到QTL直至基因序列等多层次的遗传变异信息的系统整合分析,研究品质和产量性状间的遗传关系;
(2)建立生物信息学数据库及网络分析系统,为其他课题提供相应的分析方法和工具;
(3)建立棉花优质、高产品种分子设计的技术体系,揭示棉花纤维品质和产量同步提高的分子机制;
(4)创制纤维品质和产量显著改良的新材料和新品系。
二、预期目标
项目总体目标:
应用遗传学、功能基因组学、蛋白质组学、生物信息学等理论和方法,开展棉花纤维发育的生物学机制的研究,发掘棉花纤维品质和产量相关功能基因,进一步揭示棉花纤维品质和产量性状的遗传基础和纤维发育的分子机制,筛选和创制一批有利用价值的特异纤维材料,提出棉花品质和产量性状分子改良的新理论和方法,为优质高产棉花新品种培育提供材料基础和科学依据。
五年预期目标:
“973”初步鉴定的优质材料,创制并筛选出遗传稳定的优质高产特异新材料50份以上,同时创制突变材料500份以上;发掘品质、产量性状紧密连锁的分子标记50-70个,建立包含200个左右的单片段导入系;精细定位20个左右的棉花纤维品质产量性状的QTL,明确这些QTL之间及它们与染色体背景的互作关系。
,分离并克隆纤维细胞突起、伸长、加厚等阶段特异性表达基因30-50个;研究这些基因的表达谱,阐明8-10个伸长阶段特异性表达棉花基因的生物学功能;研究棉花胚珠表皮纤维数量和质量的关键因素;初步明确棉花纤维不同发育时期的分子机制及