《大别山区特色经济作物茶树和大豆功能基因生物信息分析及高效筛选》

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大别山区位于中国南北过渡带,2008年,国家环境保护部和中国科学院共同发布“全国生态功能区划”,进一步明确了大别山为国家重要生态功能区。该区域主要以农业经济为主,据调查,境内具有重要科研和经济价值的动、植物达1000余种,其中有35种是区域特有物种,如信阳毛尖茶、野生大豆、固始白鹅、信阳水牛等。该项目的实施为充分发掘、利用当地优质农业生物资源、促进科技成果转化、促进地方区域经济快速增长、解决“三农”问题和构筑农民增收的长效机制起到重要作用。该项目以提高作物的固氮能力、改良茶树抗逆品质、提高作物产量为主要目标,以增强豆科植物结瘤固氮效率和茶树抗逆能力为重点,通过生物信息学、分子遗传学、基因工程、细胞生物学等手段,系统开展茶树和大豆功能基因挖掘和利用研究,克隆与大豆结瘤固氮以及茶树抗逆相关的功能基因,建立茶树和大豆高通量基因克隆和功能验证技术体系,创制结瘤固氮效率高、抗寒、抗病虫害强作物新种质,创造性的探讨氨基酸转运蛋白和JmjC在大豆根系结瘤中的重要作用及分子机制。重要科学贡献:(1)通过对大豆全基因组扫描和生物信息学分析,首次系统鉴定出189个大豆氨基酸转运蛋白家族成员、48个JmjC蛋白成员和20个HMA蛋白成员,为今后系统探讨植物体内氨基酸变化和甲基化修饰调控豆科植物结瘤固氮和生长发育研究提供了一个全新的思路和途径。(2)证实了在木本经济作物茶树中受到冷冻低温胁迫时的应答机制与模式植物拟南芥和禾本科作物相同,加深人们对低温胁迫等逆境条件下植物逆境适应机制的认识。(3)阐述了茶树木质素合成调控基因CsHCT/CsCAD以及转录因子CBF在茶树抵抗机械损伤和低温胁迫时的应答机制,同时开展了茶树核糖体失活蛋白(CsCRIPs)杀虫剂产品的研发和推广应用。建立了一种通过测定茶树叶片中蔗糖含量来鉴定茶树抗寒性的新方法,为鉴定和筛选抗寒性强的茶树品种及茶树引种提供依据。(4)创建了一种新的重复序列查找算法,基于此建立了高通量大豆和茶树重复基因筛选鉴定技术体系并获得抗寒、抗病茶树和高结瘤效率大豆新材料。利用该技术结合转录组与基因枪转化技术,已成功得到一批茶树抗逆、抗虫和高效结瘤大豆新种质,为培育抗寒、抗逆、高效结瘤作物新品种提供重要的技术支撑和种质资源。同行引用及评价:经10年系统研究,共发表论文21篇,申请国家发明专利3项,授权1项,公开2项。所检索的12篇论文(包含8篇代表性著作)已被Frontiers in Plant Science、BMC Genomics等国际著名JCR2区期刊或本领域主流期刊发表和引用71次。引用论文涉及多学科领域,得到国内外同行专家的认可。同时,项目主要完成人应邀在国际茶商大会作主题报告。

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