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小麦染色体工程与分子育种实验室

小麦染色体工程与分子育种实验室以染色体工程为起点,结合现代植物基因组学的原理和方法,将近缘植物的染色体、染色体片段和有用基因导入栽培小麦,进行小麦种质资源创新、遗传多样性鉴定及重要功能新基因发掘等研究,并揭示在人工合成种或优异易位系中外源基因组或染色体片段影响小麦基因组功能和重要农艺性状的分子机理;以创造的种质资源为材料,发掘小麦抗逆性、抗病性和优良品质等重要农艺性状新基因,通过基于基因组序列的功能标记大规模开发,对自主研发的外源抗病新基因进行精细定位,为进一步克隆这些基因奠定基础,并建立和发展小麦基因资源研究及其抗性基因分子标记辅助选择的技术和方法体系;运用当代分子、细胞遗传学最新技术,克隆与转移外源有用基因,带动全省的小麦基因资源与分子育种的研究和利用,为我省小麦遗传改良提供基因资源及重要信息,并在此基础上培育目标性状有所突破的新品种、新品系,为以“种质为基础、基因为核心、品种为载体”的现代小麦产业的形成和可持续发展提供基础和保障。

主要研究内容

1、小麦外源基因导入与种质创新:以染色体工程为起点,结合现代植物基因组学的原理和方法,将近缘植物的染色体、染色体片段和有用基因导入栽培植物、创造优异的种质资源,并揭示在人工合成种或优异易位系中外源基因组或染色体片段影响小麦基因组功能和重要农艺性状的分子机理;

2、重要新基因发掘及分子定位:以优异种质为材料,研究其重要性状的遗传规律,发掘目前小麦育种迫切需要的抗病、抗逆、优质、高效、高产新基因;利用小片段易位系和渗入系,并通过分子标记定位、克隆调控主要农艺性状的重要基因,促使小麦育种取得突破性进展。

3、优异基因资源的育种利用:利用染色体工程创制的具有重要育种实用价值的小片段易位系,经分子标记和进一步的优化研究,培育分子(设计)育种的元件;通过杂交、回交和分子标记辅助选择等技术的综合应用,创制小麦重要性状的近等基因系群体;将分子染色体工程与分子设计育种技术相结合,培育高产稳产、优质高效、抗病耐逆的新品种(系)。

承担的主要项目

实验室自成立以来,共主持科研项目47项,其中国家自然科学基金5项,“十三五”国家重点研发计划项目2项,科技部863项目1项,国际合作项目3项,省部级及其它项目36项,获得科研经费800余万元。

主要研究成果

1、在国际重要学术期刊TAGPlant Diseasefrontiers in Plant ScienceCrop ScienceEuphyticaHereditasJ. Applied GeneticsPLOS OneInternational Journal of Molecular SciencesGenes GenomJ Mol EvolBmc Genomics及《作物学报》、《植物保护学报》、《核农学报》、《植物遗传资源学报》、《西北植物学报》等国内重要学术刊物上发表论文76篇,其中19篇被SCI收录。发表论文被他人正面引用共计386次,其中SCI引用132次,国际其他刊物48次,国内同行引用206次。论文被引刊物包括《Nature》、《美国科学院院刊(PNAS)》和《中国农业科学》等23种国际、国内著名学术期刊。自主研发的抗白粉病新基因Pm40Pm43Pm51和抗条锈病新基因Yr50Yr69的载体品系已被国际小麦基因组与遗传资源中心(WGGRC)植物育种研究所(PBI)和国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)收集保存,并被美、澳、英、波等以及国内20余个小麦育种单位作为抗病亲本用于小麦育种。

2、发掘并鉴定了10余个小麦抗病新基因,其中抗白粉病新基因Pm40Pm43Pm51及抗条锈病新基因Yr50Yr69已被国际权威机构正式命名,为进一步进行基因克隆和分子育种奠定了基础。

3、通过克服杂交不孕、F1杂种不育和杂种后代疯狂分离等三大远缘杂交技术难题,在国内外首次育成小麦与多年生簇毛麦、非洲黑麦和茸毛偃麦草的新物种、新种质。并通过基因组特异重复序列筛选、克隆及其标记转化,阐明了新物种、新种质形成的细胞遗传学机制和小麦族不同基因组之间的演化关系,完善了植物异源多倍体进化理论。

4、用八倍体小偃麦作为桥梁亲本,育成一批具有重要育种价值和理论意义的小麦新种质;首次揭示了小偃麦染色体渗入系的形成机制,并据此提出了通过异源染色体重组转移外源优异基因的新理念。创建了从DNA水平跟踪、外源染色质鉴别,并利用分子标记定位外源基因的研究体系。

5、研究项目“小麦种质创新的细胞遗传学机制及外源抗病新基因分子鉴定”获得2012年度山西省自然科学奖一等奖。

6、获得专利7项,其中发明专利2项,实用新型专利5项。

依托平台基地

1、作物遗传与分子改良山西省重点实验室

2、小麦遗传与分子育种山西省科技创新重点团队

3、农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室

4、山西省主要农作物种质创新与分子育种重点科技创新平台