水稻抗逆优质分子设计育种创新团队
基于分子设计的育种策略优化：理论与实践
基于分子设计的育种策略优化：理论与实践分子设计在育种领域的应用，旨在通过理论和实践的结合，优化育种策略，提高作物遗传改良的效果。
本文将结合分子设计理论和实践案例，探讨基于分子设计的育种策略优化。
首先，分子设计作为一种基于遗传信息的策略，可以提供遗传背景、功能基因和表达调控信息等。
这些信息对于制定优化的育种策略非常重要。
例如，通过分析作物基因组，可以确定关键的功能基因，从而选择具有特定遗传背景和表达调控特征的品种进行交配。
其次，分子设计可以通过检测和分析遗传标记来辅助育种策略的优化。
遗传标记可以作为育种选择的重要依据，帮助筛选具有理想基因型和表型的个体。
例如，利用分子标记辅助选择（MAS），育种者可以选择具有特定基因型的个体进行交配，从而加速育种进程，节约时间和资源。
此外，分子设计还可以通过分子标记辅助选择研发新的遗传材料。
育种者可以利用已有的遗传资源和分子标记信息，通过跨亲本选择和背景选择，创建具有期望基因组和表型特征的新遗传材料。
这种分子设计的方法可以提高作物育种的效率和成功率。
实践案例证明了基于分子设计的育种策略优化的有效性。
以水稻为例，诸多研究已经表明，通过分子设计策略可以提高产量、品质、抗病性和逆境适应性等重要性状。
例如，利用分子标记辅助选择，研究者成功地开发了多个抗病性突变体和抗性基因，并将其引入商业品种中。
这些改进的品种在实际生产中表现出更好的生长性能和抗逆能力，为农业生产带来了持续的经济效益。
除了水稻，其他作物如小麦、玉米、大豆等也在分子设计策略的指导下获得了育种方面的突破。
通过利用分子设计技术，育种者可以更好地理解作物的遗传背景、代谢途径和表达网络，为作物的品质和产量改良提供更准确的指导。
尽管基于分子设计的育种策略具有巨大的潜力，但仍然面临一些挑战。
首先，分子设计需要大量的遗传信息和基因组数据支持，例如全基因组测序等。
这些数据的获取和分析需要耗费大量的时间和资源。
其次，分子设计的效果受到多个环境因素的影响，如土壤、气候等。
通过分子设计育种实现作物品质的改良
通过分子设计育种实现作物品质的改良作为人类的重要食物来源，作物的品质对于我们的生活质量和健康至关重要。
然而，传统的育种方法往往需要很长时间才能实现作物品质的改良。
然而，随着科学技术的进步，分子设计育种作为一种新兴的育种方法，为加快作物品质改良提供了新的途径。
分子设计育种是通过对作物基因组的分析和编辑，以及对关键基因的甄选和改良，来实现对作物品质的精准改良。
这种育种方法结合了遗传学、基因组学和生物信息学等多个学科的技术手段，利用大数据分析和高通量测序等先进技术，可以更加深入地了解作物的基因组结构和功能，从而找到影响作物品质的关键基因。
分子设计育种的核心思想是找到与作物品质相关的关键基因，并对其进行精确的编辑和改良。
通过基因编辑技术如CRISPR/Cas9等，研究人员可以直接对目标基因进行精确的编辑，从而实现对作物品质的改良。
例如，通过编辑水稻中控制粮米产量的基因，可以实现水稻的高产品种的育成；通过编辑番茄中控制品质的基因，可以提高番茄的口感和营养价值。
除了基因的编辑，分子设计育种还包括了对关键基因的甄选和改良。
通过对作物基因组的全面分析，研究人员可以确定与作物品质相关的候选基因。
随后，利用基因编辑技术和其他遗传技术，可以对这些候选基因进行改良和优化，进一步提高作物的品质。
例如，通过对小麦中控制面团质量的基因进行改良，可以生产出更好的面包用小麦品种。
分子设计育种不仅可以改良作物的品质，还可以增加作物的耐逆性。
面对日益恶化的环境和气候变化，作物的耐逆性一直是育种的重要目标之一。
分子设计育种可以通过识别和改良与抗逆性相关的基因，为作物育种提供新的策略。
例如，通过改良水稻中控制抗旱能力的基因，可以培育出耐旱水稻品种，提高水稻的产量和适应性。
此外，分子设计育种还可以减少对化学农药和化肥的依赖。
作为传统育种的副产品，往往需要大量的化学农药和化肥来保护作物的生长和产量。
然而，这些化学品的使用不仅会给环境造成污染，还会对人类健康产生潜在的威胁。
中国农业科学院优秀科技创新团队基本情况一览表
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人员规模 序号 单位 团队名称
首席科学家
骨干人才
团队建设目标 团队优势
（200字以内） 骨干人员 总 高级 人数 职称 固定 流动 固定 流动 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5 油料所 油菜遗传改 良创新团队 10 26 17 20 5 王汉中 45 研究员/所长 遗传育种 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 2 3 4 粮棉作物重 大害虫监测 植保所 预警与控制 技术创新团 队 5 54 13 11 0 7 35 吴孔明 44 农业昆虫 研究员/所长 与害虫防 治 6 7 8 9 10 11 华 玮 31 37 32 44 56 57 28 29 33 32 75 52 45 47 48 43 38 38 38 35 42 副研究员 副研究员 副研究员 副研究员 副研究员 副研究员 助理研究员 助理研究员 助理研究员 助理研究员 院士 研究员 研究员 研究员 研究员 研究员 副研究员 副研究员 副研究员 副研究员 副研究员 分子生物学 染色体工程/遗传学 分子生物学 油菜遗传育种 油菜遗传育种 油菜遗传育种 分子生物学 植物生理学 功能基因组学/分子生物学 分子遗传学 害虫综合治理 虫害监测预警 棉花害虫防治 玉米害虫防治 玉米害虫防治 生防微生物 棉花害虫防治 棉花抗虫性 生防微生物 昆虫分子生物学 小麦害虫防治 李云昌 邹崇顺 刘贵华 张学昆 胡 琼 52 59 51 40 42 45 43 37 35 34 研究员 研究员 研究员 研究员 研究员 研究员 研究员 副研究员 副研究员 副研究员 油菜遗传育种 油菜遗传育种 油菜遗传育种 油菜遗传育种 油菜遗传育种 种质资源 抗病分子生物学/ 分子遗传学 油菜遗传育种 油菜遗传育种 种质资源 固定 固定 固定 固定 固定 固定 以国家油菜产业技术体系首席 科学家王汉中研究员为核心， 固定 汇集了油菜种质资源学、功能 基因组学、遗传育种与良种繁 固定 育学等多学科的研究员8名， 固定 共有具博士学位的12名，拥有 国内一流的科研平台和试验条 固定 件，在油菜高含油量育种、抗 固定 菌核病育种、品种资源等领域 具有极高的国内国际知名度和 固定 广泛的交流与合作。近五年内 固定 已取得国家科技进步奖3项， 省级科技进步奖5项，发表高 固定 水平科研论文100多篇，获得 固定 科研成果30多项。 固定 固定 固定 固定 固定 固定 以郭予元院士为顾问，中坚队 固定 伍由5名研究员组成，人员结 构合理，具有长期合作的传统 固定 与经验，已初步形成了有紧密 固定 合作关系的科研队伍；依托植 物病虫害生物学国家重点实验 固定 室等科研平台，现有仪器设备 固定 与设施完全满足拟开展科研工 作的需求；目前承担了一批国 固定 家和农业部重要科研项目，经 固定 费充足、任务饱满；所开展的 研究工作皆有长期的积累和基 固定 础，先后获国家多项科技成果 固定 奖励，在《科学》等国内外著 名杂志发表研究论文。 固定 通过研究棉铃虫、盲椿象、麦蚜和玉米 螟等我国粮棉作物重大害虫的灾变规 律，发展区域性监测预警与控制新技 术，提高我国农作物重大虫害的防控能 力，为我国粮棉安全生产提供技术支撑 。建成一支高水平，具有较强科研竞争 力的植物病虫害科研队伍，引领国内粮 棉作物重大虫害防治的科学研究。每年 培养博士研究生5-8名，硕士研究生1520名。 在未来5年内，发表研究论文150-200篇 （其中SCI源研究论文40-50篇），出版 专著5-8本，培育抗虫作物品种2-3个， 获国家科技奖励1-2项。 通过5年的建设，形成一支引领全国油 菜遗传改良发展方向、创新能力强、机 制灵活、学术观点新颖、人才队伍和学 科配置合理、在国内国际上有显著影响 力和话语权、上、中、下游研究相结合 的油菜遗传改良科技创新队伍，拥有油 菜种质资源鉴定、功能基因发掘、新品 种选育和推广多学科协同的科研技术平 台，能够针对国家重大需求，不断发掘 出油菜优异种质资源和功能基因，建立 起现代高效油菜育种技术体系，培育出 具突破性的系列新品种，发表高质量的 研究论文20-30篇，申请基因和技术专 利15项以上，选育出油菜新品种20-30 个，新品种年推广面积4000万亩左右。 申报或获得国家级以上科技成果奖励23项，力争取得一项获国家一等奖励的 科研成果。 辅助人员 姓名 年龄 技术/ 技术/行政 职务 研究 方向 序号 姓名 年龄 技术/ 技术/行政 职务 研究 方向 固定/ 固定/ 流动 （学科建设、人才建设、科研和学术 发展、平台建设等。300字以内）
分子植物卓越中心水稻基因打靶技术研究获进展
他主粮作物而言尚无明显突破，大豆生产亟需“绿色革命”。
本次泛基因组研究所选用的大豆种质材料不仅在遗传多样性上具有代表性，且具有重要的育种和生产价值。
其中满仓金、十胜长叶、紫花4号等种质材料作为骨干核心亲本已各自培育出了上百个优良新品种：黑河43、齐黄34、豫豆22、皖豆28、晋豆23、徐豆1号等品种是各个大豆主产区推广面积最大的主栽品种。
该基因组和相关的2898份种质材料遗传变异的发布为大豆研究提供了重要的资源和平台，将推进大豆分子设计育种，助力实现大豆“绿色革命”。
相关研究结果以Pan-genome of wild and cul⁃tivated soybeans为题在线发表于《细胞》杂志上。
田志喜研究组博士生刘羽诚、梁承志研究组博士生杜会龙为该论文的第一作者，田志喜为论文通讯作者，梁承志为共同通讯作者。
该研究得到国家自然科学基金委和中科院的资助。
（来源：遗传与发育生物学研究所）分子植物卓越中心水稻基因打靶技术研究获进展中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员朱健康领衔的研究团队，在植物基因组编辑领域再次取得重要进展。
研究人员采用修饰后的DNA片段作为供体，在水稻上建立了一种高效的片段靶向敲入和替换技术，高至50%的靶向敲入效率将极大地方便植物的研究和育种。
7月6日，相关研究成果在线发表在Nature Biotechnolo⁃gy上。
近年来，CRISPR/Cas介导的植物基因组定点编辑技术在农作物基因功能研究和精准育种中发挥了重要作用，展现了广阔的发展潜力和应用前景。
然而，CRISPR/Cas介导的植物基因组定点敲除技术只能在基因组特定位点产生随机插入和删除，精准的片段插入和替换的效率一直很低，限制了其在植物研究和育种上的应用。
因此，迫切需要建立更高效的植物基因组片段插入和替换技术体系。
植物基因组编辑是朱健康研究组的重点研究领域，近年来获得了一系列的进展。
作为该领域的难题，片段的靶向敲入和替换是科研人员的重要研究目标，并围绕这一目标努力。
水稻JAZ家族抗逆相关基因的鉴定和功能分析
水稻JAZ家族抗逆相关基因的鉴定和功能分析植物感受干旱、高盐等逆境,激发内源信号传递系统,调节非生物胁迫应答和适应相关基因表达,进而适应不利环境。
水稻对非生物逆境胁迫的响应涉及到生理和分子水平的调控过程。
寻找抗逆相关的调控基因对阐明水稻对非生物逆境胁迫的响应机制以及指导水稻抗逆性遗传改良具有重要意义。
JAZ是茉莉酸信号响应途径中的负调控因子。
水稻中大部分JAZ家族的基因都受到非生物逆境胁迫的诱导表达。
我们对6个在逆境胁迫芯片数据中受到诱导表达的JAZ基因转化水稻品种中花11(Oryza sativa L. ssp japonica)。
对超量表达转基因材料进行进行了苗期逆境胁迫表型筛选。
其中两个基因(OsJAZl和OsJAZ9)的转基因材料分别对干旱和盐胁迫表现出较为明显的表型。
本研究对这两个参与到JA信号传递和非生物逆境胁迫应答的JAZ基因做了更加深入的功能分析,主要结果如下：1. OsJAZ1受到逆境胁迫诱导表达。
OsJAZ1的超量表达植株相比对照旱敏感,而对ABA处理相比对照不敏感；而OsJAZ1功能缺失突变体植株相比对照抗旱,却对ABA处理相比对照敏感。
OsJAZ1功能缺失突变体材料中干旱胁迫后上调表达的基因数目比与OsJAZ1的超量表达植株和野生型的干旱诱导上调的基因数目明显要多。
OsJAZ1在酵母中与OsMYC2互作,它和OsCOI1a的互作依赖于冠菌素。
OsJAZ1超量表达和OsJAZ1功能缺失突变体的表型可能和ABA响应的基因有关,筛选酵母双杂交文库获得一个OsJAZ1的互作蛋白bZIP类型转录因子OsBZ8,双分子荧光互补实验和酵母双杂交点对点实验验证了OsJAZ1能和它互作。
OsJAZ1和OsBZ8的全长在酵母中都没有转录激活活性。
OsBZ8的表达量受到逆境诱导表达,其启动子上有多个逆境相关的顺式作用元件。
荧光素酶实验结果说明OsJAZ1具有转录抑制子的功能. OsBZ8能够结合到多个ABA相关基因的启动子的ABRE顺式作用元件上。
利用分子设计育种技术改良水稻的胁迫适应性
利用分子设计育种技术改良水稻的胁迫适应性水稻是全球最重要的粮食作物之一，然而，许多环境胁迫如盐害、干旱和病虫害等限制了其生产力和适应性。
为了克服这些挑战，科学家们积极探索分子设计育种技术，以改良水稻的胁迫适应性和生产力。
分子设计育种技术通过了解水稻基因组和分子机制，选择有益基因并利用遗传工程方法将其有效地导入水稻中。
这一技术的发展为改良水稻品种提供了新的途径，使其更好地适应不同的胁迫环境。
在利用分子设计育种技术改良水稻的胁迫适应性中，盐碱胁迫是一个重要的研究方向。
盐碱地广泛分布于全球各地，占据了大量可耕地。
水稻对盐碱胁迫的敏感性限制了其在这些土地上的种植。
因此，研究人员致力于寻找适应盐碱胁迫的水稻品种，并利用分子设计技术提高其耐盐碱性。
一个常见的方法是通过转基因方式引入特定的盐碱逆境响应基因以增强水稻的耐盐碱性。
例如，OsNHX1基因的转导可以显著提高水稻对高盐环境的耐受性。
OsNHX1编码的蛋白质是一种钠/氢交换蛋白，能够调节植物细胞内的离子平衡，从而减轻盐害。
研究人员通过将OsNHX1基因导入水稻中，成功改良了水稻的耐盐能力，使其在高盐环境中能够正常生长和发育。
干旱是另一个影响水稻生长和产量的主要胁迫因素。
为了提高水稻的抗旱能力，研究人员利用分子设计育种技术来寻找和引入耐旱基因。
一个有希望的耐旱基因是SNAC1。
SNAC1基因编码的蛋白质是一种转录因子，可以调控许多与干旱适应相关的基因。
研究表明，通过引入SNAC1基因，可以显著提高水稻的抗旱能力，使其在缺水环境下保持较高的产量和生存率。
除了盐碱和干旱胁迫外，病虫害也是影响水稻产量和健康的重要因素。
研究人员利用分子设计技术来增强水稻对病虫害的抵抗力。
一个成功的案例是通过转导抗病基因Xa21来改良水稻的抗稻瘟病性。
Xa21基因编码的蛋白质可以识别并抑制稻瘟病的致病菌，从而保护水稻免受感染。
通过将Xa21基因导入水稻中，研究人员成功改良了水稻对稻瘟病的抗性，提高了产量和品质。
超级稻的分子设计育种
利用分子标记辅助选育抗条纹叶枯病粳稻新品系
１ ２ 抗性 基 因的分 子检测 ．
编号 ，每株 剪取幼 叶 ７～ ｍ ８ｃ 左右 ，用 小 量 法 （ 见 附录 １ ）提取 单株 Ｄ Ａ，待测 品 系的检测 是每 小 区 Ｎ 随机取 １ 检测ห้องสมุดไป่ตู้。 ０株
分 子 标 记 检测 ：本研 究 中应 用 的是 与 Ｓｖ—ｂ ｔ ｉ
Ｄ Ａ提 取 ：在 苗 期 各 待 测 单 株 检 测 分 别 挂 牌 Ｎ
性状 比较理想 ，基本 达到集高产 、优质 、抗病于一体的选育 目标 ，但各品系问 的差别 和品系 内的分 离表明用传统 回交转育 法 ，要想加 快轮 回亲本性状 回复和纯合 的速度 ，必须加大与轮 回亲本相似性 的选 择力度 ，并且可能需 要经历更 多世代 才能
实现。 关键词 粳 稻新 品系；水稻条纹叶枯病 ；分子标记 ；辅助育种
大麦 与谷类科学
Ｂ Ｒ Ｅ Ｎ Ｅ Ｅ ＬＳ ＩＮ Ｅ Ａ Ｌ Ｙ Ａ Ｄ Ｃ Ｒ Ａ ＣＥ Ｃ Ｓ
利用分子标记辅助选 育抗条纹叶枯病粳稻新品系
何 冲霄 董晓 鸣 姚立 生 孙 明法 。 梁 国华
（ ．盐城市农业科学研究 院，江苏 盐城 ２ ４０ ；２ １ ２０ ２ ，盐城生物工程高等学校 ，江苏 盐城 ２４ ０ ； ２ ０ ２ ３ ．扬州大学农学院 ，江苏 扬州 ２ ５０ ） ２ ０ ９ 摘要 本研究主要通过 回交转育法 ，用 含抗水稻 条纹 叶枯病基 因的盐稻 ８号为供体亲本 ，以高产 、优质不抗水 稻条纹叶枯
大影 响¨２。采 用农 业 防治 和 化学 药 剂 等 方 法对 水 Ｉ Ｉ
稻条纹 叶枯病 的控 制效 果有 限 ，在 重发 地 区 ，并不
枯 病基 因的分子标 记辅 助育 种成 为可能 ， 目前 这方
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水稻抗逆优质分子设计育
种创新团队
The following text is amended on 12 November 2020.
团队创新助力中国农业科研
--水稻优质、抗逆分子设计育种创新团队
团队首席科学家黎志康（左三）
2003年8月，作为中国农业科学院国外引进人才，黎志康带领他实验室的团队一起回国，成为近年来中国农科院团队整体引进回国的杰出代表。
5年来，以黎志康博士为首席科学家，万建民、王健康、赵开军、徐建龙等农科院一、二级人才为骨干队伍的“水稻抗逆、优质分子设计育种创新团队”，集中优势研究力量和科技资源，充分发挥多学科综合交叉优势，围绕国家重大需求，以近年来国内外倍受关注的“分子育种理论与技术”为生长点和切入点，重点攻克抗逆、优质分子育种理论与技术体系，对水稻抗逆、优质等复杂性状进行深层次基因挖掘和种质创新，分离重要功能基因和进行品种分子设计，取得一系列突破性进展。
团队还充分发挥骨干成员在知识结构上的互补性，以及研究方向相对集中的特点，开展水稻抗逆复杂性状的遗传网络解析和植物分子育种新方法等研究。
提出的种质资源大规模回交导入结合DNA分子标记技术高效发掘优异隐蔽基因的分子育种策略，已成为国内外种质资源有利基因挖掘和育种利用的主导方法，居国际领先水平。
该团队依托于农作物基因资源与遗传改良国家重大科学工程，拥有分子育种和分子设计的高效平台及全国水稻分子育种协作网；目前主持国家973、863、农业部948、转基因专项、支撑计划、行业科技及盖茨基金、国际挑战计划等国内外重大项目32项，年均合同经费达5034万元。
在北京昌平和海南南滨建有规模化试验场，为本团队研究工作顺利的开展提供全方位的保障。
团队力争在3～5年内在多方面取得重要进展，创建水稻抗逆、优质的分子育种理论与技术体系，研制选择导入系QTL和品种分子设计的计算机软件，克隆优质、抗逆基因，通过分子设计培育高产、优质、抗逆新品种，大力促进我国水稻分子育种的发展和进一步提升我国在这一领域的国际竞争优势，将团队建设成为一支在国内外有影响的一流团队。
“宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来”。
水稻抗逆、优质分子设计育种创新团队将继续发扬“严谨、勤奋、开放、创新”的团队精神，在复杂数量性状
遗传机理剖析及分子设计改良上勇于创新，从而在育种实践中向“知其然，又知其所以然”的方向迈出重要的一步。