中国科学院大豆分子设计育种重点实验室
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  中国科学院大豆分子设计育种重点实验室

概况

中国科学院大豆分子设计育种重点实验室(中国科学院东北地理与农业生态研究所大豆分子育种重点实验室)成立于2008年,2012年进入院级重点实验室序列。大豆分子设计育种已成为研究所优势学科,围绕大豆重要农艺性状形成的遗传基础,开展功能基因组学、生物信息学、系统发育学、整合生物学原始创新性研究,解析控制大豆产量、光周期反应、脂肪酸及蛋白质代谢、逆境胁迫的主效基因及其调控网络,获得重要分子模块并应用于育种实践,通过设计培育大豆新品种,为解决我国大豆危机提供科技支撑。 

总体定位、目标与研究方向

1.总体定位

围绕国家食物安全和生态安全的重大战略需求,面向国际科技前沿,立足地处高纬寒区的黑龙江、内蒙古、吉林,以国家大豆产业技术体系海伦综合试验站为平台,开展大豆创新性应用基础研究,解决农业生产迫切需要的高产、优质、抗逆、养分高效利用、广适性作物新品种培育中基础研究和关键技术问题。

2.目标

实验室发展的目标是开展大豆生育期、产量、品质、抗逆等重要农艺性状的功能基因组学研究工作,建立基于全基因组信息的大豆品种分子设计育种体系,并通过育种实践验证,培育高产、优质、抗逆、广适性的大豆新品种和创制新种质,为创立大豆品种分子设计知识体系提供理论支撑。

3.研究方向

1)大豆光周期调控开花的分子机理  

   从全基因组水平揭示大豆光周期调控开花的基因网络和关键位点或分子元件,为大豆产量和品质等重要农艺性状形成的基础研究奠定理论基础。

2)大豆产量品质形成的功能基因组学

   通过精准鉴定大豆生育期基因型,选择生育期相同遗传背景的不同生态区的大豆资源为试材,运用全基因组水平的GWAS 分析和比较基因组学分析方法,同时构建遗传群体,解析大豆产量构成的分子模块,为高产大豆品种设计提供理论支撑。

3)大豆抗逆的分子遗传机制 

利用分子生物学技术,分离抗干旱、低温和盐碱的控制基因和核心调控元件,鉴定其在大豆抗逆中的作用,阐明大豆抗逆的分子遗传机制,为大豆抗逆分子设计育种提供重要分子模块和理论支撑。

4)分子模块耦合与新品种选育  

   利用复杂网络模型的分析方法,研究控制大豆生育期、产量构成因子、抗逆等重要性状的分子模块之间的相互关系,明确各模块间的关键连接路径和相互作用主要位点或重要调控元件,为分子设计创制新材料提供多个优异性状聚合的分子模块,为培育丰产、优质、抗逆、广适应性的大豆新品种提供新方法和技术支撑。 

技术支撑

1.主要仪器设备 

实验室目前拥有了从事大豆资源收集与保护、大豆突变体库保存、大豆资源筛选评价及分子育种等研究的主要仪器设备和完善的配套设施。主要有ABI 3500 基因分析仪、DNA合成仪、基因枪、多功能激光扫描成像系统、高性能计算集群等仪器。

2.平台简介

实验室在国家大豆改良中心牡丹江试验站、国家大豆产业技术体系海伦综合试验站、大兴安岭农林科学院试验站、大安碱地试验站共有育种试验田148亩。国家大豆改良中心牡丹江试验站黑龙江省牡丹江市温村,实验室与牡丹江试验站签订了长期合作协议,开展适于黑龙江省-积温带区域种植的大豆高产品种选育东北春大豆育成品种落花落荚率精准表型鉴定分析等多项合作。海伦站位于黑龙江省海伦市西郊,是农业部国家大豆产业技术体系中的重要试验点,开展适于黑龙江省-积温带区域种植的大豆高产、优质品种选育和育种材料的繁育工作。大兴安岭农林科学院试验站位于加格达奇市,拥有丰富的野生大豆资源,开展适于黑龙江省-积温带区域种植的大豆早熟、高产品种选育和野生大豆资源的繁育、筛选、利用工作。大安试验站位于吉林省大安市,属中重度苏打盐碱地典型代表区域,是充分发掘和利用植物抗逆基因资源的理想试验基地大安站已经成为实验室开展大豆抗逆研究的主要基地。 

承担主要项目及取得成果

1.承担主要项目 

序号

课题名称

类别

1

苏打盐碱化草地生物地球化学过程及其区域响应

973计划

2

优异大豆种质资源的鉴定与创制

科技支撑

3

东北盐碱地治碱排盐农业高效利用技术模式研究与示范

农业部公益性行业专项课题

4

大豆导入系构建及有利隐蔽基因挖掘

国家转基因专项

5

东生号系列高产优质大豆品种的试验与示范

科技部农业科技成果转化

6

大豆光周期的生态适应性研究

中科院方向性重点项目

7

耐盐植物种质资源筛选与适应性种植技术研究

中科院方向专题

8

盐碱地节水灌溉种稻治理技术研究与示范

中科院方向性项目

9

盐碱地高产地理培育与可持续发展关键技术研究与示范

中科院西部计划

10

寒地菜用大豆中科毛豆1号产业化示范

中科院专项

11

菜用大豆高值生产与加工储藏技术集成与示范

中科院知识创新重大项目课题

2.成果统计 

SCI论文

98

EI论文

2

CSCD论文

38

申请专利

14

国家奖

1

省部级奖

1

 

 

 

 

 

  

3.创新成果

1)大豆光周期调控开花的分子机制

  本实验室成功克隆了与大豆生育期相关的9个基因中的4个基因(E1E2E3E4)及其下游的开花调控基因FTTFL1,深入系统地研究了这些基因之间的关系,主要研究结果系列发表在世界植物学顶级和国际主流期刊上,在大豆光周期调控开花分子机理的研究领域取得了重大的研究进展,处于本领域的国际前列。 

 

大豆生育期基因调控网络

(其中E1E2E3E4FTTFL等基因为本实验室成员所克隆) 

2)大豆产量品质形成功能基因组学

  结荚习性是影响大豆产量的最重要因子之一。本实验室利用图位克隆的方法首次克隆了控制结荚习性基因Dt1,明确了大豆有效节数是由大豆结荚习性Dt1基因调控,揭示了大豆结荚习性的分子机理,开发了鉴定大豆结荚习性的方法,为大豆育种基础材料的选育提供了理论依据,具有重要的学术价值和广阔的应用前景。

不同Dt1基因型大豆成熟期有限和无限结荚习性表型比较 

3)植物抗逆分子机理

首次克隆了RHA2a基因,并证明其在ABA信号途径中的作用与ABI3-ABI5途径平行,是ABA调控种子萌发和萌发后早期生长阶段一个新的调控途径。说明RHA2a在植物对逆境的胁迫,如干旱,盐等和种子的发育、成熟、萌发及萌发后的早期生长过程中起到关键作用。有关RHA2a/b蛋白介导ABA信号传导的研究结果发表在Plant Physiology.

4)分子模块耦合与新品种选育

利用植物系统生物学手段研究了植物器官大小和形态自然变异,建立了一套可以数量化地从细胞到个体水平监测整个植物发育过程变化的研究平台。主要研究结果发表在世界植物学主流期刊PLANT CELL上和国际主流期刊PNAS上。同时还培育8个大豆新品种,其中2个为国审品种。

计算机模型模拟不同叶片大小的金鱼草进化途径 

人才培养与国内外合作交流

1.人才培养 

实验室通过多种途径培养中青年学术骨干,加强对中青年骨干教师的重点扶持帮助,组织他们积极申报课题或参加已有课题工作,使他们在工作中更快成长。每年选派1-2人到国外进修、培训或合作研究,提高科研素质。

2.合作交流

  实验室从成立开始坚持开放、流动、联合、竞争的原则,与国内外开展广泛的交流与合作。近三年来,实验室成员参加国际学术会议30余次,邀请国外专家来华讲座20余次,接受国内客座研究生13名,派出高级访问学者3名。实验室与日本北海道大学农学部建立了长期的合作关系,与日本生命资源研究所在大豆光周期开花和大豆品质遗传改良方面进行合作研究;与英国John Inners Center和爱丁堡大学进行豆科植物花器官改造和植物系统生物学的合作研究。 

 
北海道阿部纯教授来实验室做学术报告

美国毛豆考察团到海伦站进行学术交流

盖钧镒院士来实验室指导工作

实验室构成: 

 主任:刘宝辉

副主任:冯献忠 孔凡江

人员组成: 

   实验室有固定研究人员58人,其中百人计划入选者9人,研究员13人,副研究员11人。

 
地址:吉林省长春市高新北区盛北大街4888号 
邮编:130102 电话: +86 431 85542266
Email: neigae@iga.ac.cn 传真: +86 431 85542298
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