1 林木种质创新与育种技术

 

依据林木遗传育种与分子遗传学的国内外研究现状，切合国家重大科技需求，围绕林木良种选育和育种实践，立足学科发展前沿，将重点以“林木重要功能基因的发现与鉴定”、“林木分子标记辅助育种”、“林木基因工程育种”、“林木细胞工程育种”、“林木高效繁育技术体系创建”等为研究内容，建立科学、高效的林木种质创新与分子育种技术平台，为培育速生、优质和抗逆等林木新品种和提高我国林木育种水平提供科学、高效的技术创新平台。建设地点为实验楼1、2层，该平台的主要建设内容及措施如下。

 

1）林木重要功能基因的发现与鉴定技术体系

利用现代化分子生物学和生物信息学技术如cDNA-AFLP、全基因组基因芯片和蛋白质组学等手段相结合，分析重要用材树种、生物质能源树种和生态环境防护林树种在木材形成和生物胁迫与非生物胁迫过程中的基因表达模式，检测在树木生长发育过程中时空表达的特异基因片段和在逆境状态下高丰度表达的基因。在此基础上，利用基因工程、原位免疫和Realtime-PCR等手段分析候选基因的组织特异性和时空表达模式、细胞器定位以及对木材纤维品质和抗逆性状的影响，确定候选基因的功能，从而获得具有自主知识产权的基因，最终建立较为完善的树木重要性状功能基因的快速发现和鉴定技术体系，支撑林木分子育种。

 

 

2）林木分子标记辅助育种技术

以毛白杨、小叶杨和油松等重要乡土树种为对象，利用SSRs、ESTs、SNP和候选基因等遗传分子标记技术构建高密度、高解析度的遗传连锁图谱或转录图谱，结合混合分群分析（BSA）法进行重要性状的QTLs精细定位，检测与目标性状紧密连锁的分子标记。建立基于候选基因的SNP发现和连锁不平衡作图理论和技术体系，检测控制树木生长、木材形成和抗逆性状显著连锁的SNP等位点和单体型，利用分子标记辅助树木育种策略，选育速生、优质和高抗的用材和生态防护树种，加速林木遗传改良进程和提高选育效率和质量。

 

3）林木基因工程育种技术

以杨树等主要用材树种、生物质能源树种和生态环境防护林树种为材料，建立高效、规模化、多基因的基因转化技术平台，完善利用基因工程技术培育林木良种的技术体系。在分析、鉴定、克隆重要性状的林木品种或其他物种基因的基础上，培育一批速生、优质、多抗、高生物质能的转基因林木新品种；进一步研究外源基因对释放区生态环境的影响，结合外源基因删除技术，探索安全的转基因生物的技术体系，探索新型转基因林木产业化经营模式，安全推广转基因林木。

 

4）林木细胞工程育种技术

主要以杨树、刺槐、桉树、杜仲等重要树种为对象，发展林木2n配子相关基因鉴定技术；林木生殖发育相关的细胞生物学基础及判别技术；林木天然2n花粉植株分子筛选及其利用技术；林木花粉染色体加倍及三倍体选育技术；林木大孢子染色体加倍及三倍体选育技术；林木胚囊染色体加倍及三倍体选育技术；林木合子染色体加倍与四倍体选育技术；林木原生质体培养及细胞融合技术；林木多倍体鉴定与异源染色体快速识别技术；林木多倍体良种评价及产业化技术等。

 

5）林木高效繁育技术体系创建

研究毛白杨、刺槐、枣树等阔叶用材和经济林木树种再生技术体系的优化；木本植物器官、细胞系的离体再生与快速繁殖技术体系；木本植物幼化与复壮调控技术，林木良种组培工厂化高效快繁及产业化技术；优良无性系常规无性繁殖技术；难生根树种的扦插繁殖生根机理及提高生根能力技术；林木良种基因型与环境互作效应及评价技术；林木良种的区域化试验示范及产业化技术；良种推广组织形式以及产业化运作模式等。

 

2林木良种培育的生物学基础

 

1）树木生长与木材形成分子基础与生化机理研究

以林木树种为材料，在分子和细胞水平上探索和研究优良树木速生、优质和高抗的分子生物学基础，比较研究其生长与木材形成过程中与草本植物不同的分子基础与生化机理，分别在木质素形成、细胞壁结构多糖组成分析等方面开展基因工程调控及与之相关的基础研究（学科在该方向具有非常雄厚的积累。处于国内领先并具国际水准的基础和进展，在植物内源激素分析方法与技术、可溶性单糖组分分析方法与技术、细胞壁结构组成多糖组分的组成、单糖连接顺序以及单糖连接方式（连接位点）均取得重要进展）。

随着各物种基因组序列测序的相继完成，基因组学、蛋白质组学、转录组学和代谢组学以及互作组学研究相继开展，发现和鉴定具有新功能的蛋白质及其基因以及其代谢产物功能等。

2）树木抗逆生理及其分子机制

深入研究揭示木本植物抗逆性（抗旱、抗盐、抗寒）的生理生化机制，分离与鉴定树木抗逆性关键基因与调控因子。

完成树木抗逆性关键基因的克隆和载体构建，实现林木抗逆分子调控。

利用已建立的特定频率电波定量测定细胞膜透性技术，从生命活动的本质监测植物需水状况，建立植物细胞需水信号探测体系，按植物生命需水状况定量精准灌溉配套技术体系，促进农林业节水灌溉的研究和应用。

3）木本植物生长与发育生物学

以具有特定经济性状的木本植物为研究对象，在文冠果雄性、雌性不育和油松雌配子体不育细胞及分子生物学研究的基础上，运用现代细胞、分子生物学技术手段，对木本植物成花及器官发育的细胞和分子生物学机制、木本植物重要性状发育的分子调控机制进行研究，克隆与花器官发育相关基因。

以植物激素调控的信号转录和花器官发育调控机制为突破点，应用功能基因组、蛋白质组等组学技术及RNAi和MicroRNA技术以及各种转录调控因子探讨木本植物重要性状发育的调控机制。

筛选叶绿体分裂突变体、鉴定新的叶绿体分裂基因及叶绿体增殖和发育有关的基因、探讨叶绿体分裂过程中蛋白质的相互作用，揭示叶绿体分裂和形态建成的机制。

 

4）林木良种选育的生理生态基础

针对林木良种选育的生理遗传学理论问题。研究林木良种的生物学特性，阐明其产量构成的模式及影响生产力的主要形态结构和生理特征；

探讨制约林木良种生产力的环境因素，揭示林木优质高产与资源利用效率协同提高的规律；

开展林木种间、种源间、品种间水分利用效率、营养利用效率和光合效率的差异的研究，深入了解林木良种对环境资源高效利用的机制。

5）植物次生代谢及植物防御机制

针对药用植物的特异次生代谢开展研究，借助于功能基因组学及代谢组学相关技术，研究各次生代谢途径，特别是其中的莽草酸途径的关键酶基因的筛选、克隆及基因转化技术。通过对相对独立的功能基因组学和代谢组学数据进行多变量无偏比较分析，搭建起功能基因应答与代谢物合成量变化之间的联系桥梁，进而构建其次生代谢网络；锁定红景天甙等目标代谢产物，研究典型环境因子对其次生代谢网络的调控。

以植物防御性次生代谢功能基因组和代谢组学为基础，研究昆虫取食防御反应的原初信号物质，揭示植物-昆虫（病原菌）相互识别的分子机理；阐明群体诱导信号物质挥发物诱导的群体抗虫性产生的早期生理生化途径。研发具有防治病虫害功能的植物源无公害生物制剂。阐明在植物–昆虫（病原菌）–天敌相互关系中植物防御性次生代谢网络相关防御信号转导的分子机理，为有关学科的发展及林业重大生物灾害的预警和防治提供科学支撑。