作物遗传改良国家重点实验室
400-6699-117转1000
“基因组研究与水稻遗传改良”创新团队
“基因组研究与水稻遗传改良”团队是国家自然科学基金支持的一支优秀团队，由11名教授、2名副教授组成，包括：张启发教授、周道绣教授、王石平教授、熊立仲教授、牟同敏教授、余四斌教授、何予卿教授、林拥军教授、邢永忠教授、徐才国教授、李香花研究员、吴昌银副教授、练兴明副教授。其中，院士1人(张启发)，长江学者特聘教授2人(张启发、周道绣)，国家杰出青年基金获得者2人(张启发、熊立仲)。多年来，团队以水稻的基因组研究与遗传改良为总体目标，针对我国水稻生产中的主要问题，建立起一个较为完整的多学科结合的水稻科学研究体系。在基因图谱、杂种优势的生物学基础、种质资源的鉴定和新基因的发掘、重要基因的分离克隆、功能基因组和分子技术育种等研究领域，取得了一系列重要的成果(http://ncpgr.hzau.edu.cn/)。
“绿色超级稻”的构想和实践
针对我国水稻生产实际，提出了培育“绿色超级稻”的构想和目标。绿色超级稻的主要特点是抗多种病虫害、氮磷高效利用、抗旱、抗逆、高产、优质，从而使水稻生产能够实现“高产高效，资源节约，环境友好”。围绕培育“少打农药，少施化肥，节水抗旱，优质高产”的“绿色超级稻”目标，水稻团队(1)建立了完善的水稻功能基因组研究的技术平台，包括大型T-DNA插入突变体库，基因芯片和全基因组表达谱，全长cDNA文库，生物信息技术和相关数据库;(2)分离克隆了一批功能明确、有重要应用前景的农艺性状基因，包括 Ghd7、GS3、S5、Xa26、xa13、SNAC1/OsNACx、OsbZIP23、OsSKIPa、RID1等;(3)创建了丰富多样的种质资源，进行新基因的发掘;(4)建立了分子标记辅助选择与转基因技术规模化应用的分子技术体系。将基因组研究、遗传资源、分子标记技术和常规育种紧密结合，已培育出初步具有绿色超级稻性状的新品系和新材料。
1.水稻大型T-DNA插入突变体库
突变体库是功能基因组研究的重要平台。在国家“863”等项目的支持下，水稻团队构建完成了水稻大型T-DNA插入突变体库，含突变体约27万株系;分离得到T-DNA和Tos17的有效侧翼序列总数已达到40, 000余条;建成了完善的突变体信息平台http://rmd.ncpgr.cn(数据库已在Nucleic Acids Research公布)。数据库信息包括：突变体的编号，突变表型(图片)，报告基因的表达(图片)，突变体的T-DNA拷贝数，侧翼序列，种子有无、供种信息，实行动态管理。突变体库材料和数据全球共享，已向国内外25个科研机构提供了38, 523份突变体。利用本室创建的突变体材料，国内外的同行在国际权威杂志《PNAS》《Plant Cell》《Plant Physiology》《Plant Journal》上发表高水平研究论文7篇。预计今后，通过突变体的途径将会克隆出大量的功能基因。
2. 重要基因的分离克隆
(1)克隆控制水稻株高、抽穗期和每穗粒数的多效性基因Ghd7
经过近15年的努力，水稻团队首次发现并成功的克隆了同时控制水稻株高、抽穗期和每穗粒数的多效性基因，命名为Ghd7。Ghd7编码了一个含CCT结构域蛋白，它可对水稻的一系列性状产生重要影响，包括单穗粒数、株高和抽穗期。另一方面，Ghd7功能降低的自然变异可使水稻能在温和及较冷地区种植。研究结果表明，Ghd7在水稻产量和适应性方面具有至关重要的作用。该基因的有关信息，可被直接用于从水稻品种遗传资源中发掘对提高产量和生态适应性有重要意义的优良基因，进行作物品种的遗传改良。相关研究论文发表在2008年6月Nature Genetics(2008, 40:761-767)。
(2)GS3，决定籽粒大小的主效QTL (Fan et al, TAG, 2006)
(3)S5，籼粳不育/广亲和基因 (Chen et al, PNAS, 2008)
(4)水稻抗白叶枯病基因隐性基因xa13(Chu et al, Genes & Dev, 2006)
(5)超表达 SNAC1 增强水稻抗旱性(Hu et al, PNAS, 2006)
(6)水稻花器官发育调控基因JMJ706 (Sun et al, PNAS, 2008)
(7)水稻开花分子“开关” RID1 (Wu et al, PNAS, 2008)
3.大规模近等基因导入系的构建和新基因的发掘
从国内外引进水稻优异材料，以我国主推的优良杂交稻亲本(珍汕97B和93-11)为受体亲本，作大规模杂交、连续回交，培育遗传背景同杂交稻亲本相似、少量片段(基因)来源于不同供体的近等基因导入系材料5000多份，为准确鉴定农业重要性状以及发掘新基因提供极佳的遗传材料。
4. 转基因抗虫水稻
螟虫是主要的水稻害虫，每年在中国有1500万公顷水稻受螟虫危害。目前杀虫抗病主要依靠化学农药，成本高且导致了严重的生态污染，影响了生产者与消费者的健康。水稻团队，利用转基因技术育成了一批Bt抗虫水稻新品系和新材料。转基因水稻在田间表现为高抗水稻二化螟、三化螟和稻纵卷叶螟(抗虫效率≥95%)，研究材料正在进行中间试验、环境释放和生产性试验等不同层次转基因生物安全性评价试验。无标记抗虫转基因水稻品种华恢1号已完成全部转基因生物安全性评价过程，正在申报农业转基因生物安全证书。研究结果发表在Theor Appl Genet、Mol Breed及J Econ Entomol等杂志上。
“柑橘种质资源研究与遗传改良”创新团队
本团队以我国南方第一大水果柑橘为研究对象，长期致力于柑橘种质资源与遗传改良的应用基础研究。在种质资源挖掘评价与保存利用，种质创新与遗传改良，芽变和品质性状形成的分子基础，高品质省力化栽培技术，采后分子生物学与技术等方面开展研究。本团队有教师和研究人员8人，其中中国工程院院士、教育部长江学者奖励计划特聘教授1人，教授4人，副教授2人，博士研究生导师5人。在读研究生70余人。与美国、日本等10多个国家建立了良好的合作关系。本团队还承担了国家果树无病毒种质资源室内保存中心、国家柑橘育种中心和国家柑橘产业技术研发中心的建设任务，是国内外影响较大的果树研究团队。依托本团队，第11届国际柑橘学大会2008年10月在武汉成功召开，来自35个国家和地区的1107名代表参加了会议。国际柑橘学大会被誉为柑橘学界的“奥运会”，在我国举办是国际同行对我国柑橘产业和研究水平的高度认可。
1. 柑橘优异种质资源发掘、创新与新品种选育和推广
针对我国柑橘产业的主要问题，通过生物技术与常规技术相结合的途径，发掘我国柑橘资源并进行遗传改良，创造了一批新种质、建立新的育种技术体系、培育新的品种，解决产业中地方良种种子多、品种成熟期过于集中等问题，提升我国柑橘产业国际市场竞争力。2006年获国家科技进步二等奖。
2. 种质资源分子评价与离体保存
建立起世界最大的柑橘离体种质库，对柑橘等果树种质资源进行分子评价和离体保存研究，开发了一套高效实用的分子标记，获得国际植物种质资源组织(IPGRI)的高度认可，并在课题组设立了分子标记培训中心;培养的研究生先后2人获全国百篇优秀博士学位论文。
3.柑橘芽变机理研究
芽变是植物自然突变的一种，在果树等多年生作物中普遍存在。目前世界上栽培的主栽柑橘品种如温州蜜柑系列品种和脐橙系列品种都是通过芽变选育而来，因此芽变已成为柑橘新品种选育的重要途径之一，但是人们对植物芽变的机理了解还不多。课题组在长期的研究中积累了成熟期、色泽、果实形状等方面有明显差异的柑橘芽变材料，对其从DNA甲基化水平、转座子活跃程度、基因组和转录调控的差异、蛋白质组学等方面进行了系统研究。
“棉花纤维品质遗传改良”创新团队
棉花遗传育种研究团队现有教授3人，副教授3人，讲师1人，其中5人具有博士学位。张献龙教授为团队负责人。在继承孙济中教授研究成果的基础上，不断开拓创新，把生物技术育种作为主要研究目标，增加棉花品种的科技含量。已培育出3个品种向社会发放，产生了显著的经济和社会效益。近期将有一个品种通过国家审定。团队密切关注国际作物学的研究动向，紧紧围绕棉花纤维发育的功能基因组学、棉花细胞培养和形态建成的分子生物学、棉花抗病基因的克隆与抗病育种、棉花转基因育种等方向开展研究，将棉花基因组学、功能基因的发掘与品种选育联系起来，长远目标是参与国际竞争、服务国家棉花生产需求。拟通过5-10年的发展，成为国际上有一定影响力的棉花研究队伍。
1. 棉花细胞工程体系构建及其应用基础研究
建立了高效的棉花细胞再生植株技术，通过无机元素胁迫、激素调控和选择继代，在较大程度上克服了棉花细胞再生植株对基因型的依赖性。从形态、生化、遗传和分子生物学的角度阐述了棉花体细胞胚胎发生的机制，首次提出棉花细胞胚胎发生和植株再生受遗传控制。将细胞培养与育种实践相结合，探索出一条棉花生物技术育种的技术路线。利用细胞筛选获得了抗枯、黄萎病突变体，并对其遗传进行了研究，在育种中收到良好效果，在同领域中有一定创新性。建立了高效棉花转基因技术，将转基因周期缩短至5-6个月，大大提高了转基因育种效率，并申报了国家专利。利用这一技术获得了多种转基因棉花，并创造出多个纤维品质优良的转基因抗虫材料。2004年获湖北省科技进步一等奖。
2. “棉花原生质体培养和原生质体对称融合研究” 入选2008度全国优秀百篇博士论文
该论文系统研究了野生棉细胞培养、棉花原生质体培养及植株再生、棉花种间细胞融合等技术和方法，国际上首次实现野生棉细胞培养再生植株，并首次获得野生棉原生质体再生植株，成功地获得棉花种间体细胞杂种，使该方面研究获得突破性进展。论文在技术方法、理论分析和材料创造上都具有明显的创新性，相关结果发表(或待刊)SCI论文7篇，两篇论文获湖北省自然科学优秀论文一等奖。
3. 棉花分子育种技术体系建立与应用
围绕转基因技术方法、高密度分子标记构建、功能标记的开发和分子标记辅助创新材料等开展创新研究，构建棉花分子育种技术体系，相关研究获得3项国家发明专利。将分子育种创造的材料应用于育种，培育出“华杂棉1号”和“华杂棉2号”。产生显著的社会经济效益。
“油菜的遗传与改良”创新团队
油菜研究团队现有固定研究人员20人。在中国工程院院士傅廷栋教授的带领下，团队围绕油菜遗传改良这一总体目标，在杂种优势的生物学基础及其利用、品质改良的遗传基础、抗逆性的遗传及分子机理、基因组学、远缘杂交和种质资源创新、细胞工程和分子技术育种等方面开展了系统研究，曾获得国家科技进步一等奖1项，国家科技进步二等奖2项。2006年以来，发表研究论文148 篇，其中SCI论文75 篇，获专利6 项，审定新品种18个，年推广面积约1200万亩。
1. 油菜杂种优势的生物学基础及其利用
对新发现的芥菜型HAU细胞质雄性不育mtDNA 多态性分析证明，该胞质不育不同于以前发现的Ogura，Pol，Tour等细胞质雄性不育，属于新的细胞质雄性不育类型。克隆了S45AB隐性核不育的2个恢复基因、SI271不亲合基因等育性相关基因;定位了显性、隐性核不育基因、pol恢复基因等一批育性相关基因。利用拟F2群体定位了甘蓝型油菜与产量相关的数量性状位点和杂种优势位点。
通过种间杂交和分子标记辅助选择，将白菜型油菜(ArAr)Ar亚基因组和埃塞俄比亚芥(BcBcCcCc)的Cc亚基因组导入到甘蓝型油菜(AnAnCnCn)中，培育出了Ar /Cc亚基因组成分占60-75%，农艺性状和品质性状得到改良的第二代新型甘蓝型油菜株系。将这些株系与自然甘蓝型油菜雄性不育系测交，杂交种普遍表现了很强的杂种优势。将第二代新型甘蓝型油菜优良株系与530个不同组合的ArArBcBcCcCc异源六倍体杂交，分别获得了Ar亚基因组(由135个白菜型油菜品种构成)和Cc亚基因组(由78个埃塞俄比亚芥品种构成)变异丰富的ArArCcCc新型甘蓝型油菜群体亚群体。两个亚群体的ArCc基因组成分均超过90%。
利用波里马细胞质雄性不育系统及其衍生的温敏型波里马细胞质雄性不育，以及核不育等途径，新育成18个杂交种，每年在全国主产区推广面积约1200多万亩。
2. 重要性状的基因定位
构建了以TN群体为代表的多个作图群体，其中TN群体被“国际芸薹属基因组计划咨询小组”作为国际参考作图群体。利用这些作图群体，构建了多张甘蓝型油菜遗传连锁图谱。利用TN群体等对重要性状进行了多年多点分析，定位了包括油菜种子产量、含油量、花期、以及全株角果数，每角果粒数，千粒重、矮杆等多个性状的QTL。并克隆了部分基因。
3. 种质资源创新和分子育种技术
通过各种途径，创造出一批在育种中有重要应用价值的新资源。其中包括傅廷栋院士选育的连续三年油份含量稳定在52-54%的材料近10份，最高达56-57%(推广对照品种为42%);傅廷栋院士于2006年发现了一个株型特异、适合机械化生产的甘蓝型油菜材料，称之为矮杆紧凑型油菜(或棒状油菜)。此材料株型紧凑，矮杆，主花序及分枝短小簇生，开花期集中，结荚层紧密，成熟期一致，与普通油菜差异很大。
以白菜、甘蓝和甘蓝型油菜EST和基因组序列开发了4800个SSR标记，其中包括878个BrGMS标记，1600个BoGMS标记，998个BnGMS标记，1200个BnEMS标记，用这些对6个甘蓝型油菜品种进行了多态性筛选，对其中820个新开发的SSR标记进行了遗传定位，构建了一张包含1200个位点的SSR标记连锁图，这是迄今为止密度最高的SSR标记连锁图。
进行了白菜型(Brassica rapa L.,2n=20, AA)、甘蓝型油菜(Brassica napus L., 2n=38, AACC)与菘蓝(Isatis indigotica, 2n=14,II)的有性杂交和体细胞杂交，萝卜(Raphanus sativus, 2n = 18, RR)与崧蓝的体细胞杂交，并对杂种及后代进行了形态学、细胞学和分子生物学研究。从后代中产生了基因组成份改变的油菜新类型。为培育附加系奠定了基础。
