973项目申报书-全基因组高分辨率中国东亚人群遗传变异图谱的绘制(编辑修改稿)

973项目申报书-全基因组高分辨率中国东亚人群遗传变异图谱的绘制(编辑修改稿)内容摘要：

有大量基于全基因组芯片和大规模群体的关联分析，并产出了许多重要研究成果，寻找到数百个 与疾病的发生、发展密切相关的基因或者基因组区域。 基因组与疾病息息相关已是一个不争的事实。 本课题产生的全基因组重测序数据、全基因组多态性数据，将提供给人们一份最为丰富的遗传图谱，将人与人之间基因组种种细微差异尽收其中。 一方面，将对之前基于芯片数据关联分析得到的疾病相关位点做出验证。 另一方面，全基因组测序的方法还将覆盖到许多之前没有检出的多态性位点和多态性类型，而这类数据与疾病的关联，之前的研究几乎是空白。 由于 此项目 黄种人群的样本绝大部分为中国人群，本研究将为此类研究提供丰富的数据资源，为基于中国人群的基因组多 态性与疾病研究提供思路和前期基础。 主要研究内容包括： 3 项先导实验，这些实验的结果将用于决定如何高效绘制这张人类遗传差异图谱。 （ 1）第一项先导实验项目将包括两个核心家庭（双亲与一个成年子女）的全基因组深度测序，每个基因组的平均测序深度为 20 倍，即反复测定 20 次。 这 6 个个体所产生的全面详尽的数据集， 有助于确定这一计划如何使用新的测序平台识别遗传变异。 这既是个人基因组图谱方法上的一种探索，也将作为整个计划中其他项目进行比较的基础。 （ 2） 第二项先导实验将选择 60 个来自 HapMap3 个主要样本人群的独立个体，每个个体 2 倍测序深度，测序量相当于 180 个二倍体基因组。 这部分数据结果将用于判断，达到对最小等位基因频率为 1%的突变位点的 90%的检出率，是否需要增加测序样本或者测序深度。 评估浅度测序数据用于检测和定位序列变异的能力。 （ 3）第三项先导实验将测定 1000 个人的 1000 个编码区域的序列，其目的是探索如何更好地得到约占基因组 2%的蛋白质编码基因的更详细的图谱。 ，完善各种实验流程和数据分析方法的开发，在剩下的三年时间，完成对三个 人类族群共 1200 个个体的测序。 我国将运用新一代测序技术进行正反向（ pairedend）全基因组重测序，一共产出 不少于 3000Gb 的测序量，并完成相应生物信息学分析。 其中，针对中国人群，通过序列比对，识别中国人群的各类基因组多态性，尤其可涵盖之前未报道过的各类低频 SNP、碱基插入删除（ Indel）、拷贝数多态（ CNV）等。 同时利用正反向测序提供的线性关系和统计方法，推断群体的单体型构成。 绘制高密度、高分辨率的中国人群遗传多态性图谱，最终用于群体进化历史的回溯、多态性位点的注释等。 这些全面而深入的 数据分析，将为为后续针对中国人群遗传特征筛选遗传分子标记，开展复杂疾病研究提供数据基础。 ，构建针对大规模测序数据的数据采集、质量控制、信息分析和数据展示流程，设立新的数据标准和格式标准。 项目名称： 主要粮食作物骨干亲本遗传效应和利用的基础研究 首席科学家： 李立会 中国农业科学院作物科学研究所 起止年限： 至 依托部门： 农业部 二、预期目标 （一）总体目标 针对骨干亲本在育种实践中作用突出以及新时期育种目 标的需求，在我们通过前一个 973 项目的研究，已基本明确了骨干亲本第一个关键科学问题 ―遗传构成 ‖的基础上，本项目围绕骨干亲本的第二个关键科学问题 ―遗传 与利用 效应 ‖，以水稻、小麦、玉米等主要粮食骨干亲本亲本及其衍生的大面积推广品种为基本研究材料，应用表型组学、基因组学、作物育种学、生物信息学等学科的理论和方法，阐明不同时期、不同生态区的水稻、小麦、玉米骨干亲本中重要基因组区段 /基因簇 /基因 /等位基因的演变趋势，构建水稻、小麦、玉米骨干亲本 的 基础 遗传 图谱 ，为基于全基因组分子设计育种提供依据； 阐明水稻、小麦、玉米骨 干亲本的基础 遗传 图谱的遗传与 育种 效应；发掘对实现水稻、小麦、玉米未来育种目标具有重要价值的 关键 基因组区段 /基因簇 /基因 /等位基因 ； 阐明水稻、玉米的穗粒数、粒重等产量性状一般配合力的遗传学基础，并揭示一般配合力对骨干亲本形成的作用以及骨干亲本能够衍生出大量主栽品种的生物学基础 ；阐明控制一般配合力基因组区段与 骨干亲本的基础 遗传 图谱 的关系；建立 水稻、小麦、玉米 候选骨干亲本选育以及最佳亲本组配的分子设计模型 ；提出综合评估候选骨干亲本和改良现有骨干亲本的技术方法，指导并提高亲本组配和育种效率 ； 筛选、创制对未来 5～ 10 年水稻、小麦、玉米等粮食作物育种具有重要促进作用的候选骨干亲本，并通过育种实践 验证 ，为创立骨干亲本育种理论、培育新时期需求的新品种提供理论和物质支撑。 通过该项目的实施，将进一步强化我国在农作物骨干亲本基础理论和应用研究方面的原始创新，并通过创建围绕农作物骨干亲本的新的育种理论与技术体系，以及创造的符合新时期育种目标需求的候选骨干亲本的应用，继续提高我国在杂交稻等作物育种领域的国际领先地位，最终为我国的粮食安全提供科学保障与技术和物质支撑。 （二）五年预期目标 阐明不同时期、不同生态区的 水稻、小麦、玉米共 40~50 个 骨干亲本中重要基因组区段 /基因簇 /基因 /等位基因的演变趋势，构建 水稻、小麦、玉米 骨干亲本 的 基础 遗传 图谱各 1 个 ， 为基于全基因组分子设计育种提供依据。 阐明 水稻、小麦、玉米 骨干亲本的基础 遗传 图谱的遗传与 育种 效应； 分析重要基因 和基因序列变异 15~20 个， 阐明 5~8 个 基因 /等位基因的功能 ； 发掘对实现 水稻、小麦、玉米 未来育种目标具有重要价值的 关键 基因组区段 /基因簇 /基因 各 2~3 个。 阐明水稻、玉米 的穗粒数、粒重等产量性状一般配合力的遗传学基础，并揭示一般配合力对骨干亲本形成的作用 以及骨干亲本能够衍生出大量主栽品种的生物学基础 ；阐明控制一般配合力基因组区段与 骨干亲本的基础 遗传 图谱 的关系。 建立 水稻、小麦、玉米 候选 骨干亲本 选育以及 最佳亲本组配的分子设计模型 ；提出综合评估候选骨干亲本和改良现有骨干亲本的技术方法，指导并提高亲本组配和育种效率。 筛选、创制对未来 5～ 10 年 水稻、小麦、玉米 等粮食作物育种具有重要促进作用的候选骨干亲本 6~8 个，并通过育种实践 验证 ，为创立骨干亲本育种理论奠定基础。 培养博士研究生 30～ 40 名，硕士研究生 50～ 60 名。 发表 SCI 论文 50～ 60 篇（ 累计影响因子 150 以上）；申请 专利 9~10 项。 三、研究方案 （一）学术思路 为了进一步强化我国在农作物基础理论和应用研究方面的原始创新，针对作物遗传育种基础研究中的关键问题之一，骨干亲本在育种中效果显著但其形成与利用的遗传基础不明的客观现实，以水稻、小麦、玉米等主要粮食作物骨干亲本及其衍生的大面积推广品种系谱分析为出发点，在已解决了骨干亲本的第一个关键科学问题 ―遗传构成 ‖的工作基础上，综合利用表型组学、基因组学、作物育种学、生物信息学等学科的理论与技术，从骨干亲本重要基因组区段 /基因簇 /基因 /等位基因 组合方式及其演变趋势、一般配合力对骨干亲本形成的作用及其遗传基础、候选骨干亲本的分子设计与创制等多层次进行系统研究，阐明骨干亲本研究中的第二个关键科学问题 ―遗传效应 ‖，为创建骨干亲本育种理论与技术体系，以及我国粮食安全提供科学保障与技术和物质支撑。 （二）技术途径 遗传效应 利用 精细 QTL 分析 QTL、 eQTL 分析等 测序、表达分析等 精细定位、图位克隆 测序、生物信息学等 QTL 定位、关联分析等 近等基因导入系 重组近交系等 骨干亲本 衍生品种 ＋ 重要基因组区段 因组区域 优异基因簇 关键基因 优异等位基因 一般配合力 候选骨干亲本筛选与创制 候选骨干亲本的分子设计理论 （三）创新点和特色 项目创新点 （ 1）从 表型组学、基因组学、作物育种学、生物信息学等多学科、多层次对水稻、小麦和玉米三 种主要粮食作物骨干亲本形成与利用的遗传基础进行系统研究，在国内外尚属首次；有关问题的解决，有利于进一步强化我国在农作物基础理论和应用研究方面的原始创 新。 （ 2） 预测、筛选与改良对未来 5～ 10 年主要粮食作物育种具有重要促进作用的候选骨干亲本，将为保障我国粮食安全做出贡献。 （ 3） 将骨干亲本的内涵由经验升华为科学规律和理论，建立围绕农作物骨干亲本的亲本选配理论与技术体系 项目特色 （ 1） 农作物骨干亲本的概念是由我国科学家率先提出的，并得到了国际同行的普遍认同，而且近年来成为作物育种基础理论研究的主攻方向之一。 由我国科学家完成有关的基础研究，具有明显的原始创新特色。 （ 2） 本项目的研究对象是骨干亲本，其上游是利用育种材料 筛选、 创制骨干亲本的过程，下游是利用骨干亲本培育主栽品种的过程，我国的育种学家已在上述两个方面积累了大量的材料和丰富的经验。 本项目通过解析骨干亲本形成与利用规律，将丰富和完善农作物品种高效改良理论，架起从育种材料 /种质资源有效利用到作物高效育种的桥梁。 （ 3）对 不同时期、不同生态区的 水稻、小麦、玉米共 40~50 个 骨干亲本中重要基因组区段 /基因簇 /基因 /等位基因的演变趋势进行分析，并筛选、创制对未来 5～ 10 年 水稻、小麦、玉米 等粮食作物育种具有重要促进作用的候选骨干亲本，使得本项目的研究结果在很大程度上具有指导未来的特色。 （四）取得重大突破的可行性分析 本项目将在以下 两 个方面取得重大突破： —— 阐明骨干亲本与其它亲本组配能够衍生出众多主栽品种的遗传基础 ，将为创立骨干亲本育种理论、提高育种效率、培育突破性新品种奠定基础； —— 从基因组和基因两个层次揭示水稻、玉米骨干亲本一般配合力的分子基础和调控机制，可以将作物一般配合力由统计学和育种学的概念提升到遗传学概念。 （ 1）工作基础保障： 通过执行 国家 973 计划项目《主要农作物骨干亲本遗传构成和利用效应的基础研究》（ 20xxCB101700），我们不仅建立了骨干亲本研究的完整学术思路，而且基本明确了骨干亲本的第一个关键科学问题 ―遗传构成 ‖，并。