项目名称： 主要蔬菜重要品质性状形成的遗传机理
起止年限：依托部门：与分子改良
黄三文 中国农业科学院蔬菜花卉研究
所
2012.1-2016.8 农业部
首席科学家：
一、关键科学问题及研究内容
（一）拟解决的关键科学问题
围绕我国蔬菜产业发展中对优质品种的迫切需求，从已有的蔬菜基因组学研究的基础出发，针对决定蔬菜商品品质的产品器官发生发育和决定风味品质的风味物质合成积累的遗传机理开展深入研究。
科学问题1：蔬菜商品和风味品质性状形成的遗传构成
蔬菜产品器官的形成和风味物质的合成与积累是由多基因控制的性状。哪些关键基因控制了叶球的形态建成，果实形态的丰富变异的遗传基础是什么，风味物质代谢的关键酶基因是什么，解决控制这些品质性状形成遗传构成的问题是进一步研究其调控机制的基础。
科学问题2：蔬菜商品和风味品质性状形成的基因调控机制
产品器官形成和风味物质代谢的生物学过程受到基因网络及环境因素的调控。关键品质功能基因是如何表达调控的，它们之间又是如何相互作用的，温度与光周期等环境因素是如何影响它们的表达，解决这些品质性状形成调控机制的问题是培育优质品种和生产优质蔬菜产品的理论基础与技术支撑。
通过对上述两个关键科学问题的深入研究，探索在全基因组序列基础上阐明优质关键基因的结构、功能和互作效应及调控机制，在此基础上建立现有主要蔬菜品质改良全基因组分子设计的理论和方法体系，将提升我国蔬菜品质育种的水平，为推动蔬菜产业转型升级提供科学依据。
（二）主要研究内容
为了保证在有限方向进行重点突破，本项目针对生产中存在的白菜和甘蓝未熟抽薹、结球不紧实和裂球问题、黄瓜和番茄的畸形果和裂果问题，以及黄瓜清香味缺乏和苦味发生的问题，集中力量研究白菜和甘蓝叶球形成、黄瓜和番茄果实形成，以及黄瓜风味形成的遗传构成和基因调控机制，并在此基础上建立这些蔬菜品质改良的全基因组分子设计体系。主要包括以下三大内容：
（1） 蔬菜商品和风味品质性状形成的遗传构成
在白菜、甘蓝、黄瓜、番茄的全基因组序列基础上，利用核心种质资源和现有主要亲本的重测序数据，构建这些蔬菜的全基因组遗传变异图谱；继而利用全基因组关联分析（GWAS）确定白菜和甘蓝叶球的形态建成、黄瓜和番茄果实的形态建成，以及黄瓜苦味和清香味物质代谢的关键遗传位点。
在确定关键遗传位点的基础上，构建重组自交系、近等基因系等分离群体，利用图位克隆和候选基因等方法分离控制叶球、果实形成和风味物质代谢的关键基因，并利用突变体和转基因方法鉴定这些关键基因的功能。
（2） 蔬菜商品和风味品质性状形成的基因表达与调控机制
在关键基因分离和鉴定的基础上，通过功能基因组学、分子生物学、生理生化的技术手段，重点研究蔬菜叶球、果实和风味形成过程中基因的表达调控模式、基因之间的相互作用，以及环境因素对其表达的影响，探讨品质性状形成的基因调控途径。
（3） 主要蔬菜品质改良的全基因组分子设计
在全基因组遗传变异图谱的基础上，开发背景选择的SNP芯片用于在回交育种和系谱选择时保留现有主要亲本的已有优异遗传背景；在蔬菜品质性状形成的遗传构成与调控机制研究的基础上，开发前景选择分子标记用于快速导入新基因来定向改良现有主要亲本；并将前景－背景选择的分子改良技术体系与国内白菜、甘蓝、番茄和黄瓜育种优势单位的育种实践相结合，选育优质新品种。
二、预期目标
（一）总体目标
通过本项目的实施，阐明蔬菜作物产品器官形成和风味物质代谢的遗传构成和调控机制，开发形成以高通量背景选择和前景选择相结合的品质改良全基因组分子设计技术平台，大规模改良现有主要亲本，创制优质新种质，培育有自主知识产权的优质新品种，从而实现提升我国蔬菜育种的自主创新能力和核心竞争力，保障我国蔬菜产业转型升级提供科学支撑的总体目标。
（二）五年预期目标
（1）揭示白菜、甘蓝、黄瓜及番茄遗传变异的主要形式，建立这些主要蔬菜作物的全基因
组遗传变异图谱，每种蔬菜至少鉴定100万个SNP位点和10万个SV位点，为解析多基因控制性状的遗传构成提供基础工具，也为分子改良所需的背景选择SNP芯片的设计提供技术依据。
（2）阐明白菜和甘蓝叶球形成的遗传构成和基因调控机制，揭示小RNA在叶球发育中的重
要地位，分离和鉴定3－4个控制叶球形成的关键基因，探明这些关键基因如何与诱发环境因素互作来控制未熟抽薹、裂球和结球不紧实。
（3）阐明黄瓜和番茄果实形成的遗传构成和调控机制，分离和鉴定3－4个控制果实形成的
关键基因，探明这些关键基因如何与诱发环境因素互作来控制裂果、畸形发育。 （4）阐明黄瓜黄瓜风味形成的遗传构成和代谢调控机制，分离和鉴定3－4个控制黄瓜葫芦
素（苦味物质）和壬二烯醛（清香味物质）等风味物质代谢的关键基因。
（5）建立主要蔬菜品质改良全基因组分子设计的理论和技术体系，包括根据全基因组遗传
变异图谱开发的背景选择SNP芯片和根据上述商品和风味品质性状遗传机理研究结果开发的前景选择分子标记；系统改良现有主要亲本，培育有自主知识产权的优质新品种。创制40份优质新种质，培育出5 ~ 8个优质新品种或组合。
（6）凝聚和培养一支蔬菜基因组学、分子遗传及育种的创新团队，培养一批有国际影响的
中青年学科带头人和学术骨干，培养60 ~ 80名研究生和10 ~ 15名博士后。丰富和发展我国蔬菜品质育种的科学理论与实践，提升我国蔬菜育种界的源头创新和集成创新能力。
（7）发表核心刊物论文150篇以上，SCI论文80篇以上，其中影响因子高于5的论文10篇以上；申请专利20 ~ 30项。