国家重点基础研究发展规划项目
年度进展报告

（2000年度）

 

一. 年度计划执行情况
    1. 计划书中规定的年度计划
    1)核心种质构建

       对建立起的初级核心种质进行农艺性状鉴定。

       利用分子标记对初级核心种质库的材料进行遗传多样性检测。

    2)重要新基因的发掘与有效利用研究

      完成10个重要新基因的定位、作图及命名。

      继续与育种单位结合，进行分子标记辅助育种。

    3)重要基因的克隆

      开始进行磷高效基因转化工作。

      初步完成2个抗病基因的克隆。

    2. 年度计划完成情况
    核心种质构建
    1) 根据制订的初级核心种质取样策略进行了水稻、小麦、玉米初级核心种质的选样、种植、农艺性状观察记载，建立了初级核心种质库。
    2）完成了4000份水稻8种同功酶分析5000份小麦种质资源醇溶蛋白、谷蛋白分析，并开始了初级核心样本的DNA分析。   
    重要新基因发掘
    1）完成了三种作物的养分高效利用基因、抗病基因、抗逆基因、优质基因产量相关基因共27个作图群体的构建。
    2）对营养高效基因、抗病基因、抗逆基因、优质基因及常量相关基因进行了分子作图，初步发现了10个控制上述性状的基因位点。
    基因克隆
    已克隆到水稻抗白叶病基因Xa4的侯选基因及小麦高亲合力磷酸根转运子基因、高亲合力硝酸根转运子基因。

    3. 研究工作主要进展
    1）完成了初级核心种质构建
    高质量核心种质构建是深入开发种质资源的基础，本项研究通过制订初级核心样本取样策略、田间种植、农艺性状观察记载及分析，已建立了水稻、小麦、大豆三种初级作物的核心样品，其中水稻4586份，小麦5526份，大豆4348份，建立了初级核心种质的表型性状数据库同功酶及蛋白质（水稻同功酶，小麦贮藏蛋白）数据库。其中水稻有50个表型性状，10个品质性状及8种同功酶。
    此外，该项目还编制了指纹图谱自动识别软件Gel2.0，该软件可用于DNA指纹图谱的自动识别，
    2）筛选出了新的优异种质
    围绕着 “少投入、多产出、保护环境” 这一中心任务，本项目进一步进行了营养高效、抗病（虫）、优质、高产种质的筛选，明确了水稻耐低磷、耐低氮的生物学指标，并从1512份水稻种质资源中筛选出了耐低磷品种24个。从1200份材料中筛选出氮高效材料12份。此外，还筛选出了水稻大穗、大粒材料、优质材料、小麦抗纹枯病材料、抗旱材料等，为进一步发掘其中的优良基因创造了条件。
    3）构建了27个作图群体, 为重要农艺性状基因的作图标记与克隆奠定了材料基础
    理想的作图群体是构建遗传图谱、进行目标基因作图、标记及基因图位克隆的基础遗传材料，是本研究进行新基因发掘的工作基础，也是本项目前两年工作的重点，围绕着本项目确定的“少投入、多产出、保护环境“这一重点，本项目重点发掘肥料高效利用基因、抗病基因、抗逆基因、优质基因与高产基因。通过对大量种质资源的筛选，确定了具目标基因的亲本材料，配制了杂交组合，已培育出了27个作图群体，其中磷高效、氮高效作图群体各1个，抗病作图群体8个、抗逆5个、优质1个，高产18个，另有4个优质作图群体与一个抗病群体培育正在进行之中。上述群体大部分为永久作图群体（DH或RTL），群体较大，质量较高。
    4）发现了新抗病、抗逆基因及磷高效基因
    围绕着“为第二次绿色革命发掘基因资源”这一中心任务，本项目已初步发现了10个新基因或QTL位点。
    水稻抗白叶病新基因发掘：发现在扎昌龙中有两个抗白叶枯病基因，其中一个为未知基因，用RFLP标记将该基因定位在水稻第4染色体上，抗谱分析表明，这是一个新基因，并已找到了该基因的BAC克隆，使该基因的分离克隆工作大大前进了一步。此外，利用4个白叶枯菌株接种珍汕97/明恢63的重组自交系，在第12染色体上定位了一个新的抗白叶枯病基因。
    大豆抗病基因发掘：研究发现广谱抗源科丰13对大豆花叶病毒的抗性是由一对显性基因控制，而95-5383的抗性是由一对隐性基因控制，并找到了与该基因紧密连锁的SCAR标记(2.1cM)。
    此外，本研究初步发现了与我国著名赤霉病抗源望水白抗病基因相关的3个位点；首次对小麦纹枯病抗性进行了QTL作图，并在染色体1A上初步发现了一个对抗病性的贡献高达18%的位点。
    大豆雄性不育恢复基因的发掘：大豆蒙006中的雄性不育恢复基因为一对显性基因，用SSR标记将该基因定位于大豆的K-U24连锁群，找到了与其连锁距离为9.2cM的SSR标记Satt441；将另一个细胞质不育恢复基因定位于J连锁群，与SSR引物Satt596、Satt414的距离分别为14.6与16.4cM。
    小麦“磷高效”基因的发掘：发掘磷高效基因对于减少磷肥用量，从而减少磷肥对环境污染有重要意义。高磷(+P)与低磷（-P）条件下分蘖数变化是检测品种对磷的利用效率的一个指标。品种OPATA85是一个磷高效品种，W7984是一个磷低效品种，对这两个品种产生的109个重组近交系(RIL)在+P与-P条件下分蘖数进行作图，结果发现在+P与-P条件下影响分蘖数的位点主要分布在染色体2D（3个）与6A（6个）上，而对两种条件下分蘖数的比例值影响显著的位点则是位于染色体3B上的两个位点Xtam61和Xtam47，其贡献率分别为11%与7%。
    小麦抗旱基因发掘：发掘小麦的抗旱基因对于我国小麦生产特别是西部地区开发十分重要。旱选10号是从上万份小麦种质资源中鉴定出的优异抗旱资源，用旱选10号与一个生产品种鲁麦14杂交培育出一个有220个株系的DH群体。1999年分别在北京、河南、陕西三个点种植，并对其主要农艺性状进行了记载，结果发现，株高、穗长、穗数、小穗数、不孕小穗性状与材料的抗旱性关系密切，可作为抗旱指标。通过比较观察，还筛选出了13个综合性状表现优良的株系，已参加抗旱品种产量鉴定。分子标记研究发现1BL上的Xpsr3100，3BL上的Xgwm108可能与抗旱基因相关。
    5）抗病基因克隆
    水稻抗白叶枯病基因克隆：Xa4是一个抗性优良的抗白叶枯病基因，分别用抗病基因保守序列及图位克隆两种方法克隆到抗白叶枯病基因Xa4的侯选基因，并正在进行转化工作。另外，利用植物NBS－LRR类抗性基因的高度保守区设计PCR引物进行水稻抗病基因定位，结果表明10个RS（抗病序列）位于已知R基因所在的染色体区间。如：定位在第1染色体上的RS9和水稻抗稻瘟病基因Pit相重叠，定位在第8染色体上的RS27和水稻抗稻瘟病基因Pi-zh相重叠。定位在第11染色体上的RS13和RS22与水稻抗白叶枯病基因Xa4所在位点相重叠。这些RS标记可以作为图位克隆同一位点上相应抗病基因的起点。
    小麦抗白粉病基因克隆：白粉病菌诱导的cDNA文库构建与EST分析：参加国际小麦EST协作网，利用白粉病菌诱导的普通cDNA文库进行测序，已获得1052条不重复的EST序列，是全世界16个完成1000条EST的实验室之一。通过与GeneBank数据库已知序列进行同源性比较，确定了一些小麦抗白粉病过程中表达的防御基因，如苯丙氨酸解氨酶PAL、β-1,3-葡聚糖酶GIb3、谷胱甘肽-S-转移酶gstA1、真菌诱导蛋白、低温诱导蛋白等；发现几个信号传导相关成分，如1-氨基-环丙烷-1-羧酸合成酶、钙调素。一些功能未知的新基因也转到杂交膜上，准备进一步筛选。此外，还初步获得了一个与抗白粉病基因Pm4b共分离的PCR分子标记，为进行图位克隆奠定了基础。

    6）小麦高亲和力磷酸根转运子基因与硝酸根转运子基因克隆
       高等植物根系对PO43- (Pi)的吸收系统有两大类—低亲和力系统(Low Affinity Phosphate Transporter System-- LAPT )和高亲和力系统(High Affinity Phosphate Transporter System-HAPT). 在有效磷(Pi)充足的条件下，低亲和力系统起主要作用, 而在Pi饥饿条件下，高亲和力系统则对低浓度Pi的有效吸收起重要作用。 HAPT基因在苜蓿、番茄和马铃薯等高等植物中已被克隆。然而对禾本科作物中该基因的克隆及表达特性分析尚未见报道。我们通过设计简并引物，利用RT-PCR克隆到小麦HAPT基因片段。以此片段为探针，对以磷饥饿条件下诱导根系提取mRNA所构建的cDNA文库进行筛选，得到HAPT克隆。Nothern表达研究表明，该基因在茎叶与根系组织中均有表达，但在根系中的表达量显著高于茎叶。
    在普通小麦（Triticum aestivum）根系中首次克隆了高亲和力NO3-转运蛋白基因NRT2的全长cDNA序列（命名为TaNRT2，GenBank Accession no. AF288688），编码的蛋白TaNRT2由507个氨基酸组成，具有12个跨膜区，并在C-端有一长为68个氨基酸的亲水区，可能是该转运蛋白跨质膜插入细胞内的功能区。它与大麦、水稻、拟南芥和大豆中高亲和力NO3-转运蛋白NRT2有极高的相似性（76-90%）。对多个克隆的部分序列分析表明，TaNRT2在小麦中存在多个同源序列。Northern杂交说明，经氮饥饿处理的小麦幼苗移栽到0.2 mmol/L NO3-（高亲和力NO3-转运蛋白基因起作用的浓度范围）生长介质中，1h后TaNRT2在根系中开始表达，2-4h 表达逐渐增强，8-24h达到最强，此后开始降低。

二. 项目执行过程中优秀人才的培养及主要的工作业绩
       马正强，男，1963.9.7出生，1994年获美国康乃尔大学博士学位，1998年回国被聘为南京农业大学农学系教授、博导，细胞遗传研究所副所长。主持国家"863"项目"小麦抗逆性分子标记"、国家"973""小麦抗赤霉病基因的定位"、国家转基因专项“小麦显性抗穗发芽矮秆基因Rht-b1c的克隆‘、参加"863"项目"小麦抗白粉病生物技术育种"、"小麦抗白粉病基因Pm21的分离和克隆"和Mcknight基金"小麦抗赤霉病基因的发掘与利用"的研究。担任本科生分子生物学和研究生植物分子生物学、分子遗传学实验、作物遗传育种专题、博士生植物分子生物学进展的教学。指导8名硕士生、2名博士生，并协助指导多名研究生。1998年被评为江苏省普通高等学校优秀青年骨干教师，获1999年霍英东青年教师研究奖类三等奖，获2000年国家杰出青年科学基金，教育部跨世纪人才奖励。现在是中国遗传学会植物专业委员会委员，中国生物技术学会会员，江苏省生物技术协会付秘书长和农业生物技术组组长，南京农业大学作物遗传育种系副系主任，分子生物学学科点长，全国植物基因组会议发起人之一。

       从1983年本科毕业以来，一直活跃在本学科领域的前沿。他的研究工作涉及杂种小麦中显性矮秆基因的利用、恢复基因的转移和遗传分析、小麦重要性状的分子标记和分子标记辅助选择、麦类作物基因组的结构和遗传图谱分析。这些研究涵盖遗传学、分子生物学等多门学科，取得了一些比较突出的成绩。反映了他不仅研究经历丰富，而且具备了从事本领域研究的理论基础、技术、和分析解决问题的能力。其研究成果发表的刊物在本领域属于一流，发表的论文受到同行的重视，论文的SCI引用以达100次，引用作者数超过220人。现已成为南京农业大学教学与科研的骨干力量。他重视并积极参加国内外学术交流。自1998年以来，参加了6次国际学术会议，两次被邀请在大会上作学术报告，多次邀请国外学者讲学，主持了10次国际学术报告，其密度与次数在南京农业大学均名列前茅，提高了学科的国际影响和教学科研水平。今年五月，作为主要组织者筹办了中国国际小麦抗赤霉病研讨会，参加会议的有来自中国、美国、加拿大、英国、日本、奥地利、阿根廷、乌拉圭、尼泊尔、印度、荷兰、墨西哥等12个国家80位代表，其中，国外代表41人。会议获得了美国农业部、国际小麦玉米改良中心等专家的高度赞扬。

       在过去三年里，承担的课题已取得了可喜的进展。作为第一作者发表SCI论文三篇，指导研究生在国内学术刊物上发表论文五篇。作为副主编编写面向二十一世纪教材一部。组稿编辑了一本国际小麦抗赤霉病研讨会论文集。

 

论文目录：

Niu JS, L Yu, ZQ Ma, PD Chen and DJ Liu. 2000. Molecular cloning, characterization and mapping of a wheat gene homologous to Rhodanese in Datisca glomerata. Theor Appl Genet, submitted.

Wang XY, ZJ Qi, ZQ Ma, PD Chen and DJ Liu. 2000. Identification of RAPD markers tightly linked to wheat powdery mildew resistance gene Pm6. Acta genetica Sinica, Vol 27.

Ma. Z.Q., B. Steffenson, L. K. prom, and N.L.V. Lapitan. 2000. Mapping of quantitative trait loci for Fusarium head blight resistance in six-rowed barleyPhytopathology, 90: 1079-1088.

房金贵，刘大钧，马正强。1999。DNA指纹技术在果树育种中的应用。中国农学通报， 15(6): 49-52.

Ma, Z. Q. and N.L.V. Lapitan. 1998. A comparison of amplified and restriction fragment length polymorphism in wheat. Cereal Res. Comm., 26: 7-13.

Ma. Z.Q., C. L. Nelson, A. Saidi, J. Quick, and N.L.V. Lapitan. 1998. Genetic mapping of Russian wheat aphid resistance genes Dn2 and Dn4 in wheat. Genome. Genome, 41: 303-306.

 

著作：

杨业华，马正强，张天真、2000、《普通遗传学》、高等教育出版社、高等农林面向21世纪课程教材、在版。。

Raupp WP, Zhengqiang Ma, Peidu Chen, Dajun Liu. 2000. Proceedings of the international symposium on wheat improvement for scab resistance, May 5-11, 2000, Suzhou, China. In press.

 

会议论文及摘要：

Ma. Z.Q., B. Steffenson, and N.L.V. Lapitan. 2000. Molecular mapping of chromosomal regions associated with FHB resistance in barley. I. Mapping of chromosome regions associated with FHB severity and DON production. Proc Intl Symp on Wheat Imp for Scab Resistance, p111-121.

Ma. Z.Q., B. Steffenson, and N.L.V. Lapitan. 2000. Molecular mapping of chromosomal regions associated with FHB resistance in barley. II. Relationships of FHB resistance with heading date and plant height. Proc Intl Symp on Wheat Impr for Scab Resist, p122-131.

H Zhao, ZQ Ma, YH Zhao, PD Chen and DJ Liu. 2000. Identification and characterization of special genetic stocks in Sumai 3-derived progenies. Proceedings of the international symposium on wheat improvement for scab resistance, May 5-11, 2000, Suzhou, China. P141.

Ma ZQ. 1999. Molecular mapping of powdery mildew resistance genes in wheat. CNCBD-EBNIC Workshop on Plant Genome Research, Wuhan, China, Dec. 6-8, 1999.

Ma ZQ. Toward biotechnology-based improvement of wheat. Sino-French Wheat Research Workshop. Beijing, China, Oct. 11-12, 1999.

房经贵，马正强。1999。小麦赤霉病抗性遗传研究进展与其基因位点标记策略. 99’绿环跨世纪生物与医药产业发展研究，名誉主编 欧阳平凯，主编，翟虎渠, 中国农业出版社, p. 223-226。

张守忠，陈佩度，刘大钧，齐莉莉，马正强。1999。簇毛麦6V染色体抗条锈病新小种的鉴定及抗性分析。99’绿环跨世纪生物与医药产业发展研究，名誉主编 欧阳平凯，主编，翟虎渠, 中国农业出版社, p.189-192。

房经贵，章镇，刘大钧，马正强。1999. 一种从储藏较久番茄叶中提取适于PCR扩增的DNA的方法。植物生理学通讯，36: 47-50.

　
三. 项目执行过程中存在的问题及采取的解决方案
    1.工作效率不尽如人意，原因有客观上的问题（如药品）与主观上的问题（如人员及管理）现已采取措施，可部分得到解决。
    2. 个别项目进展较慢，现已增加力量。
   
四. 下年度研究工作计划和进度安排
    围绕“为第二次绿色革命发掘种质资源”这一目标，确定每种作物重点发掘的基因，并加强力量。
    其余按计划进行


                 表1. 国家重点基础研究发展规划项目年度投入统计表

项目编号： G1998010200                项目名称：农作物资源核心种质构建、重要新基因发掘与有效利用研究  

课题编号

课题名称

参加人员¬

经费（万元）

正高

副高

中初

博士后

博士生

硕士生

<=35

36-45

46-59

>=60

拨款数

支出数

G1998010201

我国水稻核心种质构建

3

4

4

1

2

3

3

5

3

1

 

 

G1998010202

我国小麦核心种质构建

4

4

4

1

 

4

4

7

 

2

 

 

G1998010203

我国大豆核心种质构建

6

4

2

 

3

5

3

6

 

3

 

 

G1998010204

水稻重要新基因的发掘与有效利用研究

4

1

3

 

1

4

3

1

4

0

 

 

G1998010205

小麦重要新基因的发掘与有效利用研究

7

4

5

3

7

7

7

5

5

2

 

 

G1998010206

大豆重要新基因的发掘与有效利用研究

7

9

7

1

5

8

13

5

2

4

 

 

G1998010207

水稻抗病基因克隆

1

1

 

1

1

2

1

1

1

 

 

 

G1998010208

小麦重要目标基因的克隆

2

6

2

1

3

 

5

3

2

1

 

 

G1998010209

大豆基因克隆

2

4

 

 

4

 

1

3

1

1

 

 

合  计

36

37

27

 8

26

33

40

36

18

14

 

 

 总  计­

A  108

B  59

C   108

 

 

注：¬包括课题负责人

­将本项目的参加人员分为A、B、C三类分别进行总计。其中A=C

 

 

            表2 国家重点基础研究发展规划项目年度进展数据统计表（1）

项目编号： G1998010200                项目名称：农作物资源核心种质构建、重要新基因发掘与有效利用研究  

 

课题编号

 

课题名称

已发表论文¬

学术会议报告

获得专利­

出版专著

人才培养®

国际

国内

其中SCI

收录

其中

EI

收录

国际

国内特邀

博士后

博士

硕士

优秀

中青年人才¯

特邀

一般

G1998010201

我国水稻核心种质构建

3

2

1

 

 

2

 

 

1

 

 

1

 

G1998010202

我国小麦核心种质构建

1

2

1

 

 

 

3

 

 

1

1

4

 

G1998010203

我国大豆核心种质构建

1

6

 

 

1

2

1

 

 

 

3

3

 

G1998010204

水稻重要新基因的发掘与有效利用研究

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

G1998010205

小麦重要新基因的发掘与有效利用研究

 

7

2

 

1

2

1

 

1

1

2

4

1

G1998010206

大豆重要新基因的发掘与有效利用研究

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

2

4

 

G1998010207

水稻抗病基因克隆

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

G1998010208

小麦重要目标基因的克隆

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G1998010209

大豆基因克隆

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

合  计

5

33

4

 

2

8

5

2

2

2

12

16

2

注：¬指统计时间内正式发表的论文数；       ­指统计时间内已获批准的专利数；

    ®指统计时间内初站或毕业的人数；       ¯指获得的人次，其中包括：杰出青年基金、中科院百人计划、长江学者计划、求是奖等。

 
              表3. 国家重点基础研究发展规划项目年度进展数据统计表（2）

项目编号： G1998010200                项目名称：农作物资源核心种质构建、重要新基因发掘与有效利用研究  

  课题编号

课题名称

国家奖

省部奖

 

其它奖

自然科学奖

技术发明奖

科技进步奖

科技合作奖

自然科学奖

科技进步奖

1

2

1

2

1

2

G1998010201

我国水稻核心种质构建

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G1998010202

我国小麦核心种质构建

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G1998010203

我国大豆核心种质构建

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

G1998010204

水稻重要新基因的发掘与有效利用研究

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G1998010205

小麦重要新基因的发掘与有效利用研究

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G1998010206

大豆重要新基因的发掘与有效利用研究

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G1998010207

水稻抗病基因克隆

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G1998010208

小麦重要目标基因的克隆

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G1998010209

大豆基因克隆

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

合  计

 

 

 

 

 

 

 

 

1