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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