动植物基因资源发掘与分子育种
9页1、“985 工程”创新平台研究方向项目建议书研究方向名称:研究方向名称:种种质创质创新与分子育种新与分子育种项目名称:项目名称:动动植物基因植物基因资资源源发发掘与分子育种掘与分子育种建议单位:建议单位:农业农业与生物技与生物技术术学院、学院、动动科科学学院科科学学院建议日期:建议日期:2005 年年 9 月月 10 日日一、项目的立项依据1、项目的意义项目的意义在生命科学领域,随着人类、果蝇、拟南芥和水稻等模式生物基因组计划的顺利实施 和测序完成,大量的基因编码序列已经呈现在人们面前,其中只有一小部分的功能是已知 的。面对这样一个打开的基因宝库,如何深入地探索和解析这些基因的生物学功能是摆在 当今各国生物学科技工作者面前的一项首要任务。基因资源不仅是人类社会的衣食 之源,是现代农业科技创新的物质基础和持续发展的保障,而且还是生物技 术原始创新和获得知识产权、专利的重要来源。全球范围内对生物基因资源 及其知识产权的争夺已进入白热化阶段,谁掌握了基因,谁就掌握了未来竞 争的主动权。 我国人口基数大,人口的刚性增长带来了对农产品需求总量的持续增长。据测算,今 后 30 年内,我国需要粮食生产
2、能力提高 1.52 亿吨,粮食单产以年均 1.4以上的速度 递增,即到 2030 年单产水平要比目前提高 6080。这一目标为作物育种提出了前所 未有的挑战,而常规育种技术是难以应对这一挑战的,只有把分子育种与常规育种技术紧 密结合,实现育种技术的重大突破,才能有效地为我国粮食安全提供最基本、最有力的技 术和品种保障,为农业生产和农产品市场的不同需求提供突破性品种。 我国具有 5000 多年的养蚕历史。蚕丝业不仅在历史上一直与农并列,为中华民族经 济的发展做出了巨大贡献,而且对民族文化的传播和弘扬也起了极为重要的作用。目前我 国丝绸工业年总产值达 1050 亿元,占纺织工业总产值的 10%以上;茧丝产量和出口量分别 占世界总额的 70%和 80%以上,年创汇超过 50 亿美元,是在国际市场上处于绝对优势的特 色产业。特别是近年来我国丝绸行业产值和出口创汇的大幅度上升,预示着蚕丝产业发展 的良好前景。 本项目正是针对上述这些直接关系到我国国计民生的重大科技问题而且也是当前农业 科技发展的前沿提出来的,不仅具有十分重要的理论意义,而且具有非常重要的实际意义。2、国内外研究现状分析国内外研究
3、现状分析现代农业动植物的育种目标是为农业与环境的协调、可持续发展提供优质、超高产、 抗逆、高效利用环境资源的新型种质资源和品种。农业动植物重要的经济性状都是多基因 控制的复杂性状,其表现受多基因复杂体系和环境条件的共同作用。目前采用的经典育种 手段,可以有效地改良受单基因或寡基因控制的简单性状(如矮秆等) ,但是尚不能有效 地综合改良复杂农艺性状。 随着分子生物学和生态学与农业科学的交叉,农业科学的研究已从动植物的个体水平 不断向微观和宏观延伸;生物技术、信息技术等新方法与农业科学常规方法的结合,使农 业科学的研究手段日益更新和完善。从多学科、多层次探讨农业动植物丰富基因资源及其 遗传表现,研究基因网络体系及其与环境的相互作用正成为现代遗传学和动植物育种改良 的研究热点。基因组学和生物信息学对高通量基因表达信息的分析和调控技术,为解决农 业动植物生长发育与环境协同发展的复杂性提供了可能。 为了有效地改良多基因控制的复杂农艺性状,国内外正在广泛深入地开展复杂性状的 遗传机理研究。复杂性状的遗传本质是,控制复杂性状的基因的作用并不是独立的,而是 相互作用(上位性)形成复杂的基因调控网络,而
4、这种基因网络的状态又会随环境条件的变化而不断调整(存在基因型与环境的互作) 。上世纪 90 年代,随着分子标记技术的发展, 有关数量性状基因座位(QTL)的定位方法已能将控制数量性状的众多主效基因定位在相 应的连锁图上。同时,利用 QTL 与分子标记的连锁关系,研究者试图通过分子标记辅助选 择改良遗传群体。传统育种技术与现代生物技术的交融,正在从深度与广度上推进动植物 育种科学的发展。目前以分子育种技术为方法和手段的高新技术育种正在成为动植物育种 的发展趋势和方向。 我国具有丰富的动植物遗传资源,但品种改良中所利用的遗传资源和生产中大量使用 的品种还有不少要依赖于国外引进。我国农作物分子育种在发展中国家中处于领先水平, 但离国际先进水平还有一定差距。其中突出的问题是拥有自主知识产权的重要性状的分子 标记和有重大利用价值的功能基因较少,分子育种与常规育种技术有机结合不够,缺乏品 质、产量、抗性协调改良的基础理论和高效育种技术,缺少大规模、高效率的国家级分子 育种技术平台。因此,建立我国的大规模新基因发掘和分子标记开发技术体系,发掘与标 记主要农作物重要农艺性状新基因,构建主要农作物分子育
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