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小麥染色體工程與分子育種實驗室

小麥染色體工程與分子育種實驗室以染色體工程為起點,結合現代植物基因組學的原理和方法,將近緣植物的染色體、染色體片段和有用基因導入栽培小麥,進行小麥種質資源創新、遺傳多樣性鑒定及重要功能新基因發掘等研究,并揭示在人工合成種或優異易位系中外源基因組或染色體片段影響小麥基因組功能和重要農藝性狀的分子機理;以創造的種質資源為材料,發掘小麥抗逆性、抗病性和優良品質等重要農藝性狀新基因,通過基于基因組序列的功能標記大規模開發,對自主研發的外源抗病新基因進行精細定位,為進一步克隆這些基因奠定基礎,并建立和發展小麥基因資源研究及其抗性基因分子標記輔助選擇的技術和方法體系;運用當代分子、細胞遺傳學最新技術,克隆與轉移外源有用基因,帶動全省的小麥基因資源與分子育種的研究和利用,為我省小麥遺傳改良提供基因資源及重要信息,并在此基礎上培育目標性狀有所突破的新品種、新品系,為以“種質為基礎、基因為核心、品種為載體”的現代小麥產業的形成和可持續發展提供基礎和保障。

主要研究內容

1、小麥外源基因導入與種質創新:以染色體工程為起點,結合現代植物基因組學的原理和方法,將近緣植物的染色體、染色體片段和有用基因導入栽培植物、創造優異的種質資源,并揭示在人工合成種或優異易位系中外源基因組或染色體片段影響小麥基因組功能和重要農藝性狀的分子機理;

2、重要新基因發掘及分子定位:以優異種質為材料,研究其重要性狀的遺傳規律,發掘目前小麥育種迫切需要的抗病、抗逆、優質、高效、高產新基因;利用小片段易位系和滲入系,并通過分子標記定位、克隆調控主要農藝性狀的重要基因,促使小麥育種取得突破性進展。

3、優異基因資源的育種利用:利用染色體工程創制的具有重要育種實用價值的小片段易位系,經分子標記和進一步的優化研究,培育分子(設計)育種的元件;通過雜交、回交和分子標記輔助選擇等技術的綜合應用,創制小麥重要性狀的近等基因系群體;將分子染色體工程與分子設計育種技術相結合,培育高產穩產、優質高效、抗病耐逆的新品種(系)。

承擔的主要項目

實驗室自成立以來,共主持科研項目47項,其中國家自然科學基金5項,“十三五”國家重點研發計劃項目2項,科技部863項目1項,國際合作項目3項,省部級及其它項目36項,獲得科研經費800余萬元。

主要研究成果

1、在國際重要學術期刊TAG、Plant Disease、frontiers in Plant Science、Crop Science、Euphytica、Hereditas、J. Applied Genetics、PLOS One、International Journal of Molecular Sciences、Genes Genom、J Mol Evol、Bmc Genomics及《作物學報》、《植物保護學報》、《核農學報》、《植物遺傳資源學報》、《西北植物學報》等國內重要學術刊物上發表論文76篇,其中19篇被SCI收錄。發表論文被他人正面引用共計386次,其中SCI引用132次,國際其他刊物48次,國內同行引用206次。論文被引刊物包括《Nature》、《美國科學院院刊(PNAS)》和《中國農業科學》等23種國際、國內著名學術期刊。自主研發的抗白粉病新基因Pm40、Pm43、Pm51和抗條銹病新基因Yr50、Yr69的載體品系已被國際小麥基因組與遺傳資源中心(WGGRC)植物育種研究所(PBI)和國際玉米小麥改良中心(CIMMYT)收集保存,并被美、澳、英、波等以及國內20余個小麥育種單位作為抗病親本用于小麥育種。

2、發掘并鑒定了10余個小麥抗病新基因,其中抗白粉病新基因Pm40、Pm43、Pm51及抗條銹病新基因Yr50、Yr69已被國際權威機構正式命名,為進一步進行基因克隆和分子育種奠定了基礎。

3、通過克服雜交不孕、F1雜種不育和雜種后代瘋狂分離等三大遠緣雜交技術難題,在國內外首次育成小麥與多年生簇毛麥、非洲黑麥和茸毛偃麥草的新物種、新種質。并通過基因組特異重復序列篩選、克隆及其標記轉化,闡明了新物種、新種質形成的細胞遺傳學機制和小麥族不同基因組之間的演化關系,完善了植物異源多倍體進化理論。

4、用八倍體小偃麥作為橋梁親本,育成一批具有重要育種價值和理論意義的小麥新種質;首次揭示了小偃麥染色體滲入系的形成機制,并據此提出了通過異源染色體重組轉移外源優異基因的新理念。創建了從DNA水平跟蹤、外源染色質鑒別,并利用分子標記定位外源基因的研究體系。

5、研究項目“小麥種質創新的細胞遺傳學機制及外源抗病新基因分子鑒定”獲得2012年度山西省自然科學獎一等獎。

6、獲得專利7項,其中發明專利2項,實用新型專利5項。

依托平臺基地

1、作物遺傳與分子改良山西省重點實驗室

2、小麥遺傳與分子育種山西省科技創新重點團隊

3、農業部黃土高原作物基因資源與種質創制重點實驗室

4、山西省主要農作物種質創新與分子育種重點科技創新平臺



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