科创中国

行业领域

生物与新医药技术,现代农业技术

需求背景

植物无融合生殖生物学基础是世界前沿科学问题之一。2020 年中国科协 年会上发布了“十大前沿科学问题”，第八条为“植物无融合生殖的生物学基础 是什么？”。植物无融合生殖是一种通过种子进行的无性生殖方式。无融合生 殖后代的基因型与母本一致，因此能够固定杂种优势，缩短育种周期。将无融 合生殖应用到主要作物中可以简化杂交种子的生产过程，提高育种效率，大幅 降低杂交的制种风险和成本。同时，可以使许多原先难以大规模制种的杂交作 物商业化生产成为可能，从而大幅度拓宽杂种优势的利用范围，对实施国家种 业工程，保障国家粮食安全意义重大。 本技术以具有无融合生殖特性的花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxim.） 为材料，通过多种分子学和细胞学手段鉴定了花椒的无融合生殖类型为孢子体 无融合生殖。同时结合基因组、转录组、代谢组以及细胞学等手段，筛选得到 调控无融合生殖的关键基因 ZbAGL11，并对其功能进行了验证。该基因已成 功转入玉米（Zea mays L.）中，转基因玉米能够不通过受精直接由体细胞（胚 珠细胞）发育成胚胎，从而获得与母本具有相同遗传物质的无性胚胎。验证了 ZbAGL11 基因可诱导玉米产生无性繁殖的胚胎，为无融合生殖基因在其他作物 上应用提供了依据。

需解决的主要技术难题

1. 如何发掘和验证植物无融合生殖相关基因？

2. 如何研究基因表达和调控机制？

3. 如何解析植物无融合生殖的生理和生化机理？

4. 如何改良植物繁殖特性？

期望实现的主要技术目标

1. 发掘和验证无融合生殖关键基因：通过研究植物无融合生殖的遗传和分子机制，找出调控无融合生殖的关键基因，并验证其功能，为进一步改良植物繁殖特性提供基因资源。

2. 揭示无融合生殖的调控网络：解析无融合生殖相关基因的表达模式和调控网络，包括转录因子、miRNA等调控因子的作用机制，以及它们对无融合生殖的调控作用，为理解植物繁殖特性的遗传和分子基础提供理论支撑。

3. 创新基因编辑和遗传改良技术：将无融合生殖基因应用于植物基因编辑和遗传改良，创新基因编辑和遗传改良技术，提高植物繁殖效率和品质，为农业生产提供更多可能性。

4. 培育具有优良繁殖特性的新品种：将无融合生殖基因导入需要改良的植物中，培育具有优良繁殖特性的新品种，如快速繁殖、抗逆、抗病、高产等特性，为农业生产和社会经济发展做出贡献。

5. 推动植物生物技术的发展：植物无融合生殖调控基因挖掘是植物生物技术的重要组成部分，其研究成果将推动植物生物技术的发展，为植物繁殖特性的改良提供更多创新思路和方法。植物无融合生殖调控基因挖掘期望实现的技术目标包括发掘和验证无融合生殖关键基因、揭示无融合生殖的调控网络、创新基因编辑和遗传改良技术、培育具有优良繁殖特性的新品种以及推动植物生物技术的发展等多个方面。这些目标的实现将为农业生产和社会经济发展带来积极影响，同时也为植物生物学和生物技术的发展做出贡献。

需求解析

解析单位：“科创中国”草地修复与可持续发展产业科技服务团（中国地理学会） 解析时间：2023-10-23

余成群

中国科学院地理科学与资源研究所

研究员

综合评价

研究目标的明确性：该研究的目标明确，专注于挖掘调控植物无融合生殖的基因及其作用机制。评价研究目标明确性的指标包括研究的主题、研究的问题以及研究的目的等清晰明确。 技术手段的先进性：植物无融合生殖调控基因挖掘需要采用先进的基因组学、生物信息学等技术手段，这些技术手段先进、能满足研究的需求应成为评价的重要方面。评价技术手段的指标包括研究所采用的具体技术方法、实验设计以及数据分析方法等具有先进性和创新性。 数据质量与可靠性：基因组学和生物信息学分析产生的数据量庞大，数据的质量和可靠性直接影响到后续分析的准确性。评价数据质量与可靠性的指标包括数据的质量、准确性和可信度等。 数据分析能力：植物无融合生殖调控基因挖掘需要深入分析海量数据，因此具备强大的数据分析能力是至关重要的。评价数据分析能力的指标包括数据分析的方法、结果解释的合理性以及问题解决的能力。 技术可行性：植物无融合生殖调控基因挖掘需要综合运用多种技术手段，如基因组学、分子生物学、遗传学等，因此技术的可行性是评价的重要方面。评价技术可行性的指标包括研究所采用的各种技术的成熟度、稳定性和可靠性等。

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