“中国学科发展战略”丛书是中国科学院组织数百位院士专家联合研究的系列成果，涉及自然科学各学科领域，是目前规模最大的学科发展战略研究项目。
《中国学科发展战略·作物功能基因组学》是目前国内外第一本全面、系统、完整阐述主要作物功能基因组的专著。全书由13章组成，全面而系统地回顾了功能基因组学发展历史，功能基因组学的研究现状，我国在农作物功能基因组研究领域所取得的重要成果，深入分析了我国主要农作物功能基因组研究面临的新机遇和新挑战，提出了未来研究的重点方向和长远目标。
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总序 i
前言 vii
摘要 ix
第1章 农业发展对作物功能基因组研究需求分析 1
1.1 我国主要作物的生产现状 2
1.2 我国作物生产面临的主要挑战 3
1.3 功能基因组学是当今生命科学热点领域 5
1.4 我国作物功能基因组研究克隆的重要功能基因 6
1.5 作物功能基因组研究是未来农业发展的重要技术支撑 9
参考文献 14
第2章 主要作物功能基因组学研究历史及现状 20
2.1 水稻基因组学研究历史及现状 21
2.1.1 水稻基因组测序的开启 21
2.1.2 我国水稻功能基因组研究计划 24
2.1.3 我国水稻功能基因组研究主要成绩 26
2.1.4 水稻功能基因组研究发展趋势 32
2.2 玉米基因组学研究历史及现状 34
2.2.1 玉米参考基因组测序基本完成 34
2.2.2 玉米基因组重测序与驯化改良 35
2.2.3 玉米功能基因组研究主要成绩 38
2.2.4 玉米基因组研究面临的挑战及机遇 43
2.3 小麦基因组学研究历史及现状 45
2.3.1 小麦基因组测序进展 46
2.3.2 建立了一系列小麦功能基因组研究平台 47
2.3.3 小麦功能基因组研究取得的重要进展 51
2.3.4 小麦基因组研究面临的挑战及机遇 56
2.4 其他作物功能基因组学研究历史与现状 57
2.4.1 大豆功能基因组研究 57
2.4.2 油菜功能基因组研究 67
2.4.3 棉花功能基因组研究 73
2.4.4 谷子功能基因组研究 78
2.4.5 高粱功能基因组研究 80
2.4.6 园艺作物功能基因组研究 84
参考文献 90
第3章 作物功能基因组研究平台 108
3.1 作物基因组测序 109
3.1.1 基因组测序技术的发展历史 109
3.1.2 基因组测序技术的最新进展 110
3.1.3 作物基因组的测序策略 111
3.1.4 重要作物的参考基因组测序 112
3.1.5 作物基因组的序列解读 113
3.1.6 基因组测序与作物遗传分析 114
3.1.7 基因组测序与作物的驯化研究 116
3.1.8 基因组测序与作物分子育种 117
3.2 作物种质资源基因组平台 118
3.2.1 作物种质资源概况 118
3.2.2 人工创制的种质资源 121
3.2.3 用于功能基因组研究的其他种质资源 124
3.2.4 种质资源基因组多样性与利用 125
3.3 作物表型组分析平台 129
3.3.1 建立植物表型组分析平台的意义 129
3.3.2 国际植物表型组分析平台研究进展 131
3.3.3 我国植物表型组分析平台研究进展 139
3.3.4 植物表型组技术特色和发展展望 143
3.4 基因表达谱分析平台 144
3.4.1 基因表达谱的含义及其研究意义 145
3.4.2 基因表达谱构建的研究方法 145
3.4.3 主要作物基因表达谱构建研究进展 147
3.4.4 基因表达谱研究存在的问题及发展趋势 153
3.5 作物表观基因组研究 156
3.5.1 作物表观基因组研究现状 157
3.5.2 作物表观基因组与生长发育 160
3.5.3 水稻表观基因组与（非）生物胁迫 162
3.5.4 表观突变对水稻农艺性状的影响 163
3.5.5 水稻表观基因组与杂种优势 164
3.5.6 作物表观基因组学展望 164
3.6 作物高通量组学分析平台 167
3.6.1 基因组学分析平台 167
3.6.2 转录组学分析平台 170
3.6.3 代谢组学分析平台 175
3.6.4 蛋白质组学分析平台 179
3.7 生物信息数据库 182
3.7.1 生物综合类数据库简介 183
3.7.2 主要作物生物信息数据库 183
3.7.3 基因功能分析相关的主题类数据库 189
3.7.4 中国学者在作物数据库建设上的贡献 192
3.7.5 作物数据库存在的问题及发展趋势 196
参考文献 197
第4章 作物产量性状功能基因组研究 219
4.1 构成作物产量性状的主要因素 220
4.1.1 不同作物产量性状的构成因素 220
4.1.2 产量性状构成因素的贡献分析 220
4.2 生殖转换时间对产量的贡献 221
4.2.1 影响产量的主要开花期基因 221
4.2.2 开花期基因影响品种地域分布 222
4.3 穗型对作物产量的贡献 224
4.3.1 作物的穗型 224
4.3.2 调控穗型发育的功能基因 227
4.3.3 穗型发育基因在不同作物中的保守性和多样性 233
4.4 粒型基因的克隆及分子机制 233
4.4.1 G蛋白信号途径 233
4.4.2 蛋白酶降解途径 234
4.4.3 植物激素信号途径 235
4.4.4 miRNA调控途径 236
4.4.5 细胞周期途径 237
4.4.6 其他途径 238
4.5 作物产量性状功能基因组研究的关键科学问题 239
4.5.1 产量性状的重要功能基因发掘与分子机制解析 240
4.5.2 产量性状形成的分子调控网络 240
4.5.3 控制产量性状基因优良单元型的发掘和利用 241
4.5.4 抽穗期与产量的调控关系 242
4.5.5 同化物运输的分子机制 242
4.5.6 单株产量和群体产量的关系 243
参考文献 243
第5章 作物品质性状功能基因组研究 252
5.1 作物品质的需求与重要性分析 253
5.1.1 不同作物品质需求分析 253
5.1.2 基因组研究对品质遗传改良的贡献 254
5.2 我国稻米品质功能基因组研究进展 257
5.2.1 稻米外观品质的研究 257
5.2.2 稻米蒸煮食味品质的研究 261
5.2.3 稻米营养品质的研究 263
5.3 我国玉米营养品质的功能基因组研究进展 264
5.3.1 玉米籽粒蛋白的分子调控网络解析 264
5.3.2 玉米油分功能基因组研究 267
5.3.3 玉米微量营养元素等健康品质研究 269
5.4 小麦品质功能基因组研究进展 270
5.4.1 我国小麦品种品质研究概况 270
5.4.2 基因组研究改良小麦品质的研究进展 271
5.4.3 小麦品质分子育种进展 271
5.5 作物品质性状功能基因组研究的关键科学问题 273
5.5.1 影响品质性状的重要功能基因发掘与分子机制解析 274
5.5.2 品质形成基因的分子调控网络构建 277
5.5.3 控制品质性状基因的优良单倍型的发掘和利用 277
参考文献 278
第6章 作物抗病性状功能基因组研究 287
6.1 作物抗病机制概况 287
6.1.1 作物病害的分类及对作物的危害 287
6.1.2 对作物抗病机制的认识 288
6.2 水稻抗病性状功能基因组研究 289
6.2.1 水稻抗稻瘟病研究进展 289
6.2.2 水稻抗白叶枯病研究进展 291
6.2.3 水稻抗病毒病研究进展 293
6.2.4 水稻抗其他病害研究进展 294
6.3 玉米抗病性状功能基因组研究 295
6.3.1 玉米抗真菌性病害研究进展 296
6.3.2 玉米抗病毒性病害研究进展 298
6.4 小麦、大麦抗病性状功能基因组研究 298
6.4.1 麦类作物的主要病害 298
6.4.2 小麦抗病功能基因组研究进展 299
6.4.3 大麦抗病功能基因组研究进展 300
6.5 大豆、油菜抗病性状功能基因组研究 301
6.5.1 大豆主要病害及抗病基因克隆 301
6.5.2 油菜主要病害及抗病基因克隆 302
6.6 其他作物抗病性状功能基因组研究 303
6.6.1 棉花主要病害及抗病基因克隆 303
6.6.2 园艺作物主要病害及抗病基因克隆 304
6.7 作物抗病性状功能基因组研究的关键科学问题 306
6.7.1 抗病机制的认识 306
6.7.2 抗病基因的分子调控网络解析 307
6.7.3 抗病基因发掘和利用 308
参考文献 308
第7章 作物抗虫性状功能基因组研究 317
7.1 作物抗虫性状与资源鉴定 318
7.1.1 植物抗虫性 318
7.1.2 作物抗虫资源的鉴定 319
7.2 作物抗虫性状遗传与基因定位 321
7.2.1 水稻抗飞虱基因的遗传分析 321
7.2.2 水稻抗螟虫基因的遗传分析 323
7.2.3 小麦、玉米抗虫基因的遗传分析 323
7.2.4 大豆抗虫基因的遗传分析 324
7.3 作物抗虫基因的克隆与功能分析 325
7.3.1 已克隆的抗虫基因 325
7.3.2 作物抗虫基因的功能 327
7.4 作物抗虫分子机制 328
7.4.1 植物对昆虫取食的信号识别 329
7.4.2 植物抗虫信号的传递 331
7.4.3 作物抗虫性物质 335
7.5 基于功能基因组学研究成果的作物抗虫育种 337
7.5.1 分子标记辅助抗虫育种 337
7.5.2 抗虫基因多样性的利用 338
7.6 作物抗虫性状功能基因组研究的关键科学问题 339
7.6.1 作物抗虫基因发掘及其起源、演化与分布规律 340
7.6.2 作物与害虫的互作机制及作物抗虫性调控 341
7.6.3 害虫的遗传变异与作物持久抗性 342
参考文献 343
第8章 作物养分利用功能基因组研究 354
8.1 作物氮利用功能基因组研究 356
8.1.1 作物对氮的需求 356
8.1.2 作物氮转运蛋白功能研究 356
8.1.3 作物响应氮信号的调控机制 359
8.2 作物磷利用功能基因组研究 360
8.2.1 作物对嶙的需求 360
8.2.2 作物磷活化、吸收的功能基因组研究 361
8.2.3 作物响应磷信号的调控机制 364
8.3 作物钾利用功能基因组研究 368
8.3.1 作物对钟的需求 368
8.3.2 作物钾离子转运蛋白功能研究 368
8.3.3 作物响应钾信号的调控机制 369
8.4 其他必需元素利用的功能基因组研究 370
8.4.1 作物对其他必需大量元素利用的分子机制研究 370
8.4.2 作物对微量元素利用的分子机制研究 371
8.5 作物养分利用功能基因组研究的关键科学问题 377
8.5.1 作物对养分吸收的分子机制解析 377
8.5.2 作物养分信号调控分子网络解析 379
8.5.3 养分高效基因的发掘与利用 380
8.6 小结 381
参考文献 381
第9章 作物抗非生物逆境功能基因组研究 393
9.1 作物抗旱功能基因组研究 393
9.1.1 基于组学的抗旱功能基因组研究 394
9.1.2 抗旱功能基因的鉴定与分子机制解析 395
9.2 作物耐盐功能基因组研究 400
9.2.1 利用组学方法研究作物耐盐性 400
9.2.2 作物耐盐基因的鉴定与功能分析 401
9.3 作物耐低温功能基因组研究 403
9.3.1 利用组学方法研究作物耐低温 403
9.3.2 作物耐低温基因的鉴定与功能分析 405
9.4 作物耐高温功能基因组研究 408
9.4.1 利用组学方法研究作物耐高温 408
9.4.2 作物耐高温基因的鉴定与功能分析 409
9.5 作物抗非生物逆境功能基因组研究的关键科学问题 413
9.5.1 作物抗非生物逆境的相关研究平台 413
9.5.2 作物对不同非生物逆境特异性的科学问题 414
参考文献 415
第10章 作物生殖发育功能基因组研究 432
10.1 作物小孢子发育分子机制研究 432
10.1.1 花药发育相关基因的分子网络 432
10.1.2 减数分裂相关基因的功能研究 435
10.2 作物大孢子发育分子机制研究 436
10.2.1 雌配子体发生的发育生物学过程 436
10.2.2 影响雌配子体育性基因的研究进展 436
10.3 作物雄性不育与杂种优势的利用 437
10.3.1 人工不育系在杂种优势中的运用 437
10.3.2 细胞质雄性不育研究进展 438
10.3.3 光温敏雄性不育研究进展 441
10.4 作物生殖发育功能基因组研究的关键科学问题 443
10.4.1 作物生殖发育的分子网络解析 443
10.4.2 环境条件影响育性的分子机制解析 444
参考文献 444
第11章 作物株型功能基因组研究 454
11.1 作物株型研究概述 454
11.1.1 作物株型的定义 455
11.1.2 作物株型的研究历史 455
11.1.3 作物株型对产量的贡献 456
11.1.4 作物株型功能基因组的研究现状 456
11.2 作物株型相关基因的克隆和功能研究 457
11.2.1 调控叶型的基因功能研究 459
11.2.2 调控株高的基因功能研究 461
11.2.3 调控分蘖数目的基因功能研究 464
11.2.4 调控分蘖角度的基因功能研究 466
11.2.5 调控穗型的基因功能研究 468
11.3 作物株型功能基因组研究的关键科学问题 468
11.3.1 株型基因的发掘及其功能研究 469
11.3.2 解析株型形成的遗传调控网络 470
11.3.3 解析株型性状之间的协同调控机制 470
11.3.4 株型基因在作物育种中的运用 471
参考文献 472
第12章 作物功能基因组研究的重点方向和长远目标 477
12.1 组学研究平台的不断完善与整合 478
12.1.1 组学研究平台的完善和拓展 478
12.1.2 组学研究平台的整合和利用 478
12.2 解析基因组所有基因及调控序列的功能 479
12.2.1 主要作物基因组功能注释现状 480
12.2.2 非编码序列在基因组中的作用 482
12.2.3 基因功能研究方法和手段的创新 483
12.3 重要农艺性状形成的分子机制 485
12.3.1 水稻重要农艺性状形成的分子机制 485
12.3.2 玉米重要农艺性状形成的分子机制 487
12.3.3 小麦重要农艺性状形成的分子机制 489
12.4 作物三维基因组研究 490
12.4.1 作物三维基因组学研究背景和意义 490
12.4.2 人类及相关物种的大规模基因组计划 491
12.4.3 三维基因组学研究内容和方法 492
12.4.4 三维基因组数据的计算和分析方法 495
12.4.5 作物三维基因组研究初期拟解决的关键问题 497
12.5 作物种质资源基因组多样性发掘与利用 498
12.5.1 种质资源基因组多样性分析与泛基因组的组装 499
12.5.2 核心种质的精细评价与基因多样性的发掘利用 500
12.5.3 创新种质资源、发掘利用优异等位基因 501
12.5.4 作物种质资源平台信息的整合 502
参考文献 502
第13章 作物基因组技术对农业发展的引领与支撑作用 509
13.1 作物基因组育种新技术 511
13.1.1 全基因组育种技术的发展 511
13.1.2 基因组编辑技术及利用 518
13.1.3 转基因育种技术及利用 524
13.1.4 单倍体育种技术 529
13.2 作物育种目标的演变与发展 534
13.2.1 高产、稳产的育种目标 534
13.2.2 品质育种目标 538
13.2.3 资源节约、环境友好的育种目标 541
13.2.4 生产方式变革推动育种目标调整 544
13.3 作物商业化育种模式分析 548
13.3.1 国际种业巨头的商业化育种模式 548
13.3.2 我国开展商业化育种的概况 551
13.3.3 建立中国特色的商业化育种模式 554
13.4 作物基因组研究促进农业生产方式的变革 556
13.4.1 基因组育种实现作物品种特色化和系列化 557
13.4.2 需要绿色通道快速审定定向改良的作物新品种 560
13.4.3 农业生产方式的变革对作物新品种的需求分析 562
参考文献 564
关键词索引 571
“水稻等主要农作物功能基因组研究发展态势分析”中国科学院咨询项目项目组人员名单
京公网安备 11010102004214号