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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作物对磷的需求 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作物对钾的需求 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