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海外项目:运用基因育种技术提高小麦收获指数
日期:2018-07-17 作者:编译:张晓静 来源:农科智库 点击:
 

    小麦是全球最重要的三大禾谷类作物之一,种植面积达2.18亿公顷,平均籽粒产量为3.27吨/公顷。要避免重大粮食危机,小麦产量需在未来30年内翻一倍。关于增强小麦光合作用的研究可能会促进潜在生物量的增长,但除非能够区分“有用”而非“无用”的生物量并将其最大化,否则产量效益可能很小。
    小麦收获指数(harvest index, HI, 籽粒干物重/地上部干物重)的上限为65%,而绿色革命后,春小麦HI的最大表达量已达45%-51%左右,冬小麦HI的最大表达量已达50%-55%,至今却未能取得明显进步。
    国际玉米小麦改良中心(International Maize and Wheat Improvement Center, CIMMYT)于墨西哥西北部亚基峡谷(Yaqui Valley)播种的春小麦产量最近有所提升,这与地上部生物量和籽粒重量的增加均有关联,同时也与植株高度的增加和HI的减少有关。如果HI能稳定表达在55%及以上,就可以让产量潜力大幅提升(约20%)(考虑到HI平均表达量接近45%),然而,如果对遗传基础认识不足,则会限制改善HI的能力。有明确证据表明,在灌浆期内,由于籽粒的碳固存能力会限制其碳积累,小麦产量潜力则会受到碳库的限制。因此,增加每单位面积籽粒产量的策略,是进行HI和产量潜力基因改良最重要的途径之一。

一、项目信息
项目登记号:1011251
项目编号:FLA-AGR-005549
研究机构:美国国家食品和农业研究所(National Institute of Food and Agriculture, NIFA)佛罗里达州(Florida,FLA)
项目类型:农业与食品研究计划(Agricultureand Food Research Initiative, AFRI)竞争性补助项目
合同/补助/协议编号:2017-67007-25929
项目建议书编号:2016-06700
起始日期:2016年12月1日
终止日期:2018年11月30日
补助数额:33.5万美元
补助发放年份:2018年
拨款总额:58.5万美元
首次拨款年份:2017年

二、研究目的
    该项目将通过在新遗传变异中寻找相关性状以及与这些性状有关联的遗传标记,专注于开发最佳理想株型,这种理想株型能够将增强的碳捕获能力和生物量增长尽可能地转化为籽粒产量。如果将小麦HI从目前的0.48左右提高至0.60,其产量将增加25%。该项目的主要目标是:通过在高生物量背景下对两个关联小组进行全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS),新开发一种方便育种专家查询的籽粒分配性状分子标记,这种性状能将光合作用产物持续转化为籽粒产量,其中一组关联小组由美国南部、东部和东南部软小麦组成,另一组由CIMMYT的春小麦组成;筛查多组不同基因资源,包括CIMMYT初级合成品系和美国软小麦,寻找高生物量背景下决定籽粒分配的籽粒性状标记;通过对小麦基因型的子集进行生理解剖,确定籽粒分配性状以及基因型-环境交互作用的决定机制;设计最佳理想株型,在美国和CIMMYT小麦育种项目中建立预育种杂交组合。
三、研究方法
    项目将通过以下方法来达成目标:
    1)分析两个关联小组的小麦特性,分别为CIMMYT的春小麦和美国的软小麦,分析的特性包括光合作用能力、HI、籽粒产量和籽粒分配性状,该性状包括穗型分配、结实效率及其决定因素——茎、节间、外稃分配以及穗轴比重;
    2)通过序列-单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)标记,使用基因型来分析这两个关联小组的小麦基因特征,并在将小组转化为竞争性等位基因特异性PCR(Kompetitive Allele Specific PCR, KASP)-SNP后,在双亲种群中进行验证;
    3)扩大基因资源的筛查范围,更好地了解潜在影响这些籽粒性状及其与环境的交互作用的等位基因的范围;
    4)设计理想株型,建立育种前杂交组合。
研究者表示,如果能成功确定等位基因和籽粒分配性状之间的关联,就可以更好地了解增产机制,并极大推动产量增加。
(来源:美国农业部  北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)

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