中國科學院大豆分子設計育種重點實驗室是中國科學院下屬實驗室。
基本介紹
- 中文名：中國科學院大豆分子設計育種重點實驗室
- 主管單位：中國科學院
概況
中國科學院大豆分子設計育種重點實驗室(中國科學院東北地理與農業生態研究所大豆分子育種重點實驗室)成立於2008年，2012年進入院級重點實驗室序列。大豆分子設計育種已成為研究所優勢學科，圍繞大豆重要農藝性狀形成的遺傳基礎，開展功能基因組學、生物信息學、系統發育學、整合生物學原始創新性研究，解析控制大豆產量、光周期反應、脂肪酸及蛋白質代謝、逆境脅迫的主效基因及其調控網路，獲得重要分子模組並套用於育種實踐，通過設計培育大豆新品種，為解決我國大豆危機提供科技支撐。
總體定位、目標與研究方向
1.總體定位
圍繞國家食物安全和生態安全的重大戰略需求，面向國際科技前沿，立足地處高緯寒區的黑龍江、內蒙古、吉林，以國家大豆產業技術體系海倫綜合試驗站為平台，開展大豆創新性套用基礎研究，解決農業生產迫切需要的高產、優質、抗逆、養分高效利用、廣適性作物新品種培育中基礎研究和關鍵技術問題。
2.目標
中國科學院大豆分子設計育種重點實驗室發展的目標是開展大豆生育期、產量、品質、抗逆等重要農藝性狀的功能基因組學研究工作，建立基於全基因組信息的大豆品種分子設計育種體系，並通過育種實踐驗證，培育高產、優質、抗逆、廣適性的大豆新品種和創製新種質，為創立大豆品種分子設計知識體系提供理論支撐。
3.研究方向
1、大豆光周期調控開花的分子機理
從全基因組水平揭示大豆光周期調控開花的基因網路和關鍵位點或分子元件，為大豆產量和品質等重要農藝性狀形成的基礎研究奠定理論基礎。
2、大豆產量品質形成的功能基因組學
通過精準鑑定大豆生育期基因型，選擇生育期相同遺傳背景的不同生態區的大豆資源為試材，運用全基因組水平的GWAS分析和比較基因組學分析方法，同時構建遺傳群體，解析大豆產量構成的分子模組，為高產大豆品種設計提供理論支撐。
3、大豆抗逆的分子遺傳機制
利用分子生物學技術，分離抗乾旱、低溫和鹽鹼的控制基因和核心調控元件，鑑定其在大豆抗逆中的作用，闡明大豆抗逆的分子遺傳機制，為大豆抗逆分子設計育種提供重要分子模組和理論支撐。
4、分子模組耦合與新品種選育
利用複雜網路模型的分析方法，研究控制大豆生育期、產量構成因子、抗逆等重要性狀的分子模組之間的相互關係，明確各模組間的關鍵連線路徑和相互作用主要位點或重要調控元件，為分子設計創製新材料提供多個優異性狀聚合的分子模組，為培育豐產、優質、抗逆、廣適應性的大豆新品種提供新方法和技術支撐。
技術支撐
1.主要儀器設備
中國科學院大豆分子設計育種重點實驗室目前擁有了從事大豆資源收集與保護、大豆突變體庫保存、大豆資源篩選評價及分子育種等研究的主要儀器設備和完善的配套設施。主要有ABI 3500基因分析儀、DNA合成儀、基因槍、多功能雷射掃描成像系統、高性能計算集群等儀器。
2.平台簡介
中國科學院大豆分子設計育種重點實驗室在國家大豆改良中心牡丹江試驗站、國家大豆產業技術體系海倫綜合試驗站、大興安嶺農林科學院試驗站、大安鹼地試驗站共有育種試驗田148畝。國家大豆改良中心牡丹江試驗站位於黑龍江省牡丹江市溫村，實驗室與牡丹江試驗站簽訂了長期合作協定，開展適於黑龍江省第Ⅰ-Ⅱ積溫帶區域種植的大豆高產品種選育、東北春大豆育成品種落花落莢率精準表型鑑定分析等多項合作。海倫站位於黑龍江省海倫市西郊，是農業部國家大豆產業技術體系中的重要試驗點，開展適於黑龍江省第Ⅲ-Ⅳ積溫帶區域種植的大豆高產、優質品種選育和育種材料的繁育工作。大興安嶺農林科學院試驗站位於加格達奇市，擁有豐富的野生大豆資源，開展適於黑龍江省第Ⅴ-Ⅵ積溫帶區域種植的大豆早熟、高產品種選育和野生大豆資源的繁育、篩選、利用工作。大安試驗站位於吉林省大安市，屬中重度蘇打鹽鹼地典型代表區域，是充分發掘和利用植物抗逆基因資源的理想試驗基地，大安站已經成為實驗室開展大豆抗逆研究的主要基地。
3.創新成果
（1）大豆光周期調控開花的分子機制
中國科學院大豆分子設計育種重點實驗室成功克隆了與大豆生育期相關的9個基因中的4個基因（E1、E2、E3、E4）及其下游的開花調控基因FT、TFL1，深入系統地研究了這些基因之間的關係，主要研究結果系列發表在世界植物學頂級和國際主流期刊上，在大豆光周期調控開花分子機理的研究領域取得了重大的研究進展，處於本領域的國際前列。
（2）大豆產量品質形成功能基因組學
結莢習性是影響大豆產量的最重要因子之一。本實驗室利用圖位克隆的方法首次克隆了控制結莢習性基因Dt1，明確了大豆有效節數是由大豆結莢習性Dt1基因調控，揭示了大豆結莢習性的分子機理，開發了鑑定大豆結莢習性的方法，為大豆育種基礎材料的選育提供了理論依據，具有重要的學術價值和廣闊的套用前景。
（3）植物抗逆分子機理
首次克隆了RHA2a基因，並證明其在ABA信號途徑中的作用與ABI3-ABI5途徑平行，是ABA調控種子萌發和萌發後早期生長階段一個新的調控途徑。說明RHA2a在植物對逆境的脅迫，如乾旱，鹽等和種子的發育、成熟、萌發及萌發後的早期生長過程中起到關鍵作用。有關RHA2a/b蛋白介導ABA信號傳導的研究結果發表在Plant Physiology。
（4）分子模組耦合與新品種選育
利用植物系統生物學手段研究了植物器官大小和形態自然變異，建立了一套可以數量化地從細胞到個體水平監測整個植物發育過程變化的研究平台。主要研究結果發表在世界植物學主流期刊PLANT CELL上和國際主流期刊PNAS上。同時還培育8個大豆新品種，其中2個為國審品種。
人才培養與國內外合作交流
1.人才培養
中國科學院大豆分子設計育種重點實驗室通過多種途徑培養中青年學術骨幹，加強對中青年骨幹教師的重點扶持幫助，組織他們積極申報課題或參加已有課題工作，使他們在工作中更快成長。每年選派1-2人到國外進修、培訓或合作研究，提高科研素質。
2.合作交流
中國科學院大豆分子設計育種重點實驗室從成立開始堅持“開放、流動、聯合、競爭”的原則，與國內外開展廣泛的交流與合作。近三年來，實驗室成員參加國際學術會議30餘次，邀請國外專家來華講座20餘次，接受國內客座研究生13名，派出高級訪問學者3名。實驗室與日本北海道大學農學部建立了長期的合作關係，與日本生命資源研究所在大豆光周期開花和大豆品質遺傳改良方面進行合作研究；與英國John Inners Center和愛丁堡大學進行豆科植物花器官改造和植物系統生物學的合作研究。
