中国学科发展战略:作物功能基因组学

目录 总序 i 前言 vii 摘要 ix 第1章 农业发展对作物功能基因组研究需求分析 1 1.1 我国主要作物的生产现状 2 1.2 我国作物生产面临的主要挑战 3 1.3 功能基因组学是当今生命科学热点领域 5 1.4 我国作物功能基因组研究克隆的重要功能基因 6 1.5 作物功能基因组研究是未来农业发展的重要技术支撑 9 参考文献 14 第2章 主要作物功能基因组学研究历史及现状 20 2.1 水稻基因组学研究历史及现状 21 2.1.1 水稻基因组测序的开启 21 2.1.2 我国水稻功能基因组研究计划 24 2.1.3 我国水稻功能基因组研究主要成绩 26 2.1.4 水稻功能基因组研究发展趋势 32 2.2 玉米基因组学研究历史及现状 34 2.2.1 玉米参考基因组测序基本完成 34 2.2.2 玉米基因组重测序与驯化改良 35 2.2.3 玉米功能基因组研究主要成绩 38 2.2.4 玉米基因组研究面临的挑战及机遇 43 2.3 小麦基因组学研究历史及现状 45 2.3.1 小麦基因组测序进展 46 2.3.2 建立了一系列小麦功能基因组研究平台 47 2.3.3 小麦功能基因组研究取得的重要进展 51 2.3.4 小麦基因组研究面临的挑战及机遇 56 2.4 其他作物功能基因组学研究历史与现状 57 2.4.1 大豆功能基因组研究 57 2.4.2 油菜功能基因组研究 67 2.4.3 棉花功能基因组研究 73 2.4.4 谷子功能基因组研究 78 2.4.5 高粱功能基因组研究 80 2.4.6 园艺作物功能基因组研究 84 参考文献 90 第3章 作物功能基因组研究平台 108 3.1 作物基因组测序 109 3.1.1 基因组测序技术的发展历史 109 3.1.2 基因组测序技术的*新进展 110 3.1.3 作物基因组的测序策略 111 3.1.4 重要作物的参考基因组测序 112 3.1.5 作物基因组的序列解读 113 3.1.6 基因组测序与作物遗传分析 114 3.1.7 基因组测序与作物的驯化研究 116 3.1.8 基因组测序与作物分子育种 117 3.2 作物种质资源基因组平台 118 3.2.1 作物种质资源概况 118 3.2.2 人工创制的种质资源 121 3.2.3 用于功能基因组研究的其他种质资源 124 3.2.4 种质资源基因组多样性与利用 125 3.3 作物表型组分析平台 129 3.3.1 建立植物表型组分析平台的意义 129 3.3.2 国际植物表型组分析平台研究进展 131 3.3.3 我国植物表型组分析平台研究进展 139 3.3.4 植物表型组技术特色和发展展望 143 3.4 基因表达谱分析平台 144 3.4.1 基因表达谱的含义及其研究意义 145 3.4.2 基因表达谱构建的研究方法 145 3.4.3 主要作物基因表达谱构建研究进展 147 3.4.4 基因表达谱研究存在的问题及发展趋势 153 3.5 作物表观基因组研究 156 3.5.1 作物表观基因组研究现状 157 3.5.2 作物表观基因组与生长发育 160 3.5.3 水稻表观基因组与（非）生物胁迫 162 3.5.4 表观突变对水稻农艺性状的影响 163 3.5.5 水稻表观基因组与杂种优势 164 3.5.6 作物表观基因组学展望 164 3.6 作物高通量组学分析平台 167 3.6.1 基因组学分析平台 167 3.6.2 转录组学分析平台 170 3.6.3 代谢组学分析平台 175 3.6.4 蛋白质组学分析平台 179 3.7 生物信息数据库 182 3.7.1 生物综合类数据库简介 183 3.7.2 主要作物生物信息数据库 183 3.7.3 基因功能分析相关的主题类数据库 189 3.7.4 中国学者在作物数据库建设上的贡献 192 3.7.5 作物数据库存在的问题及发展趋势 196 参考文献 197 第4章 作物产量性状功能基因组研究 219 4.1 构成作物产量性状的主要因素 220 4.1.1 不同作物产量性状的构成因素 220 4.1.2 产量性状构成因素的贡献分析 220 4.2 生殖转换时间对产量的贡献 221 4.2.1 影响产量的主要开花期基因 221 4.2.2 开花期基因影响品种地域分布 222 4.3 穗型对作物产量的贡献 224 4.3.1 作物的穗型 224 4.3.2 调控穗型发育的功能基因 227 4.3.3 穗型发育基因在不同作物中的保守性和多样性 233 4.4 粒型基因的克隆及分子机制 233 4.4.1 G蛋白信号途径 233 4.4.2 蛋白酶降解途径 234 4.4.3 植物激素信号途径 235 4.4.4 miRNA调控途径 236 4.4.5 细胞周期途径 237 4.4.6 其他途径 238 4.5 作物产量性状功能基因组研究的关键科学问题 239 4.5.1 产量性状的重要功能基因发掘与分子机制解析 240 4.5.2 产量性状形成的分子调控网络 240 4.5.3 控制产量性状基因优良单元型的发掘和利用 241 4.5.4 抽穗期与产量的调控关系 242 4.5.5 同化物运输的分子机制 242 4.5.6 单株产量和群体产量的关系 243 参考文献 243 第5章 作物品质性状功能基因组研究 252 5.1 作物品质的需求与重要性分析 253 5.1.1 不同作物品质需求分析 253 5.1.2 基因组研究对品质遗传改良的贡献 254 5.2 我国稻米品质功能基因组研究进展 257 5.2.1 稻米外观品质的研究 257 5.2.2 稻米蒸煮食味品质的研究 261 5.2.3 稻米营养品质的研究 263 5.3 我国玉米营养品质的功能基因组研究进展 264 5.3.1 玉米籽粒蛋白的分子调控网络解析 264 5.3.2 玉米油分功能基因组研究 267 5.3.3 玉米微量营养元素等健康品质研究 269 5.4 小麦品质功能基因组研究进展 270 5.4.1 我国小麦品种品质研究概况 270 5.4.2 基因组研究改良小麦品质的研究进展 271 5.4.3 小麦品质分子育种进展 271 5.5 作物品质性状功能基因组研究的关键科学问题 273 5.5.1 影响品质性状的重要功能基因发掘与分子机制解析 274 5.5.2 品质形成基因的分子调控网络构建 277 5.5.3 控制品质性状基因的优良单倍型的发掘和利用 277 参考文献 278 第6章 作物抗病性状功能基因组研究 287 6.1 作物抗病机制概况 287 6.1.1 作物病害的分类及对作物的危害 287 6.1.2 对作物抗病机制的认识 288 6.2 水稻抗病性状功能基因组研究 289 6.2.1 水稻抗稻瘟病研究进展 289 6.2.2 水稻抗白叶枯病研究进展 291 6.2.3 水稻抗病毒病研究进展 293 6.2.4 水稻抗其他病害研究进展 294 6.3 玉米抗病性状功能基因组研究 295 6.3.1 玉米抗真菌性病害研究进展 296 6.3.2 玉米抗病毒性病害研究进展 298 6.4 小麦、大麦抗病性状功能基因组研究 298 6.4.1 麦类作物的主要病害 298 6.4.2 小麦抗病功能基因组研究进展 299 6.4.3 大麦抗病功能基因组研究进展 300 6.5 大豆、油菜抗病性状功能基因组研究 301 6.5.1 大豆主要病害及抗病基因克隆 301 6.5.2 油菜主要病害及抗病基因克隆 302 6.6 其他作物抗病性状功能基因组研究 303 6.6.1 棉花主要病害及抗病基因克隆 303 6.6.2 园艺作物主要病害及抗病基因克隆 304 6.7 作物抗病性状功能基因组研究的关键科学问题 306 6.7.1 抗病机制的认识 306 6.7.2 抗病基因的分子调控网络解析 307 6.7.3 抗病基因发掘和利用 308 参考文献 308 第7章 作物抗虫性状功能基因组研究 317 7.1 作物抗虫性状与资源鉴定 318 7.1.1 植物抗虫性 318 7.1.2 作物抗虫资源的鉴定 319 7.2 作物抗虫性状遗传与基因定位 321 7.2.1 水稻抗飞虱基因的遗传分析 321 7.2.2 水稻抗螟虫基因的遗传分析 323 7.2.3 小麦、玉米抗虫基因的遗传分析 323 7.2.4 大豆抗虫基因的遗传分析 324 7.3 作物抗虫基因的克隆与功能分析 325 7.3.1 已克隆的抗虫基因 325 7.3.2 作物抗虫基因的功能 327 7.4 作物抗虫分子机制 328 7.4.1 植物对昆虫取食的信号识别 329 7.4.2 植物抗虫信号的传递 331 7.4.3 作物抗虫性物质 335 7.5 基于功能基因组学研究成果的作物抗虫育种 337 7.5.1 分子标记辅助抗虫育种 337 7.5.2 抗虫基因多样性的利用 338 7.6 作物抗虫性状功能基因组研究的关键科学问题 339 7.6.1 作物抗虫基因发掘及其起源、演化与分布规律 340 7.6.2 作物与害虫的互作机制及作物抗虫性调控 341 7.6.3 害虫的遗传变异与作物持久抗性 342 参考文献 343 第8章 作物养分利用功能基因组研究 354 8.1 作物氮利用功能基因组研究 356 8.1.1 作物对氮的需求 356 8.1.2 作物氮转运蛋白功能研究 356 8.1.3 作物响应氮信号的调控机制 359 8.2 作物磷利用功能基因组研究 360 8.2.1 作物对嶙的需求 360 8.2.2 作物磷活化、吸收的功能基因组研究 361 8.2.3 作物响应磷信号的调控机制 364 8.3 作物钾利用功能基因组研究 368 8.3.1 作物对钟的需求 368 8.3.2 作物钾离子转运蛋白功能研究 368 8.3.3 作物响应钾信号的调控机制 369 8.4 其他必需元素利用的功能基因组研究 370 8.4.1 作物对其他必需大量元素利用的分子机制研究 370 8.4.2 作物对微量元素利用的分子机制研究 371 8.5 作物养分利用功能基因组研究的关键科学问题 377 8.5.1 作物对养分吸收的分子机制解析 377 8.5.2 作物养分信号调控分子网络解析 379 8.5.3 养分高效基因的发掘与利用 380 8.6 小结 381 参考文献 381 第9章 作物抗非生物逆境功能基因组研究 393 9.1 作物抗旱功能基因组研究 393 9.1.1 基于组学的抗旱功能