项目名称： | |
首席科学家： | 张立新 中国科学院植物研究所 |
起止年限： | 2009.1至2013.8 |
依托部门： | 中国科学院 |
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一、研究内容
1．拟解决的关键科学问题
随着我国人口增加，可耕地面积日益减少，如何提高作物产量是我国当前农业可持续发展所面临的重要问题。光合作用是作物产量形成的物质基础。目前稻麦等主要农作物光能利用率较低,在光合作用过程的多个环节上都有提高的潜力。本项目所要解决的关键问题是围绕光能高效转化机理这一核心问题，深入研究光合作用光能转换过程中所涉及的光能转化、碳同化以及环境影响因素，挖掘作物光能利用潜力，揭示光能利用效率调控的分子机理，为稻麦等作物产量提高的应用奠定理论基础和提供技术途径。 2．主要研究内容
针对关键科学问题的解决，根据国内外发展趋势及国内已有基础，提出以下研究内容：
1. 重点研究作物能量吸收和传递、激发能在两个光系统之间均衡分配、维持高效转能调控机制，揭示与提高光能吸收、传递和转化效率密切相关基因功能和调控机理。
2. 重点研究作物光合碳同化途径的网络调控机理、光合同化产物优化分配的调节机制；光合电子传递、质子转移与光合碳同化的动态衔接及其协调机制；以及作物光合功能期维持的分子机制。
3. 重点研究作物光氧化的分子遗传特性、光合作用光破坏与光保护的环境调节分子机理，揭示参与光合作用光保护调控的重要功能基因的作用方式和调控机制，建立与抗光氧化特性的基因调控网络。
4. 在机理研究基础上，光合作用专家与作物遗传育种专家紧密配合，建立主效QTL位点和关键基因的分子标记，并用于辅助选择创制高光效新材料，结合体光合效率的改善，利用常规育种、分子辅助选择和转基因等技术手段，选育出光能利用效率和生物量提高的稻麦新品系（种）。
二、预期目标
总体目标
通过项目的实施，在光合作用光能转化、碳同化及其环境调节方面取得原创性的科学成果，鉴定若干在农作物光合作用过程中起关键作用的相关基因，揭示改进作物光能利用效率提高作物产量潜力的分子机理，为农作物的遗传改良提供理论指导。该项目的研究不仅在重要科学问题上取得突破，而且在农业应用中培育出新品种。培养一批高水平的植物科学研究人才，造就一支在国内具有骨干引领作用、在国际上具有重要影响力的创新研究团队，提升我国光合作用基础和应用研究的国际地位和竞争力
。
五年预期目标
通过本项目的实施，实现以下几方面目标：
1、 揭示作物激发能在两个光系统之间均衡分配、维持高效转能调控规律；揭示作物光合
电子传递、质子转移与碳同化的动态衔接机制、光合碳代谢调控和光合同化物优化分配规律；阐明与光能吸收、传递和转化效率密切相关基因功能和调控机理，为提高光效的基因工程提供新思路和新途径。
2、阐明光合作用光破坏与光保护的环境调节分子机理，为获得高光效及强光适应性的高产作物的生物工程提供有效的理论指导。
3、光合作用专家与作物遗传育种专家紧密配合，鉴定与稻麦等作物高光效相关且具有重要育种价值的主效QTL位点2－3个。利用主效QTL位点和关键基因的分子标记及转基因技术创制高光效新种质15－20份，其中光能利用效率和生物量提高10％以上，综合性状优良的水稻、小麦新品系（种）2－3份。
在上述成果的基础上，获得20个以上拥有自主知识产权的参与调控光合作用光能转换和碳同化等关键基因并明确其生物学功能，有重要育种利用价值的关键基因4－5个；在国际主流刊物发表文章150篇以上；获得30项以上新基因发明专利。
通过本项目在光合作用研究领域建立一支具有较强国际竞争力的学术团队，培养具有博士
和硕士学位的优秀年轻人才100人以上，博士后30人以上，培育优秀青年科研骨干至少20位。
三、研究方案
1．学术思路
本项目不仅具有明确的国家目标，同时又是重大的关键科学问题。而且这两个坐标是紧密、有机结合在一起的。其科学目标是光合作用传能和转能的分子机制及其调控机理，并与其在农业中的应用相结合。因此，本项目的总体思路是,以光合作用功能基因组学和蛋白组学的研究为新的切入点，加强生物学学科间的相互渗透，采用分子遗传学、功能基因组和蛋白组学研究的手段，研究光合作用传能及转能机理及其调控这一核心问题为主线，始终围绕进一步提高作物光能利用效率这一国家重大需求，从光合作用光能转化、碳同化及其环境调节等环节揭示光合作用光能利用效率调控的分子机理，挖掘提高光能利用效率的潜能，通过内外因素的调控，提高光能利用效率，从而为提高作物光能利用效率等提供理论基础和新途径，推动我国农业可持续发展。
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