項目簡介：    本項目屬農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)學(xué)科的應(yīng)用基礎(chǔ)研究領(lǐng)域

改良作物產(chǎn)量、品質(zhì)、抗逆性等復(fù)雜農(nóng)藝性狀，培育、推廣作物新品種是實現(xiàn)我國糧食安全的重要途徑。作物復(fù)雜農(nóng)藝性狀受多基因遺傳體系、環(huán)境、基因與基因互作、基因與環(huán)境互作等效應(yīng)控制。長期以來缺乏有效分析復(fù)雜農(nóng)藝性狀的研究手段。本項目發(fā)展了一系列能夠分析各種復(fù)雜遺傳效應(yīng)(上位性效應(yīng)、母體效應(yīng)、種子胚/胚乳效應(yīng)、細胞質(zhì)效應(yīng)等)及其與環(huán)境互作的遺傳模型和統(tǒng)計分析方法, 并研制了計算機分析軟件，為復(fù)雜性狀遺傳研究提供了適用的分析手段。并深入開展了多種作物復(fù)雜農(nóng)藝性狀的遺傳機理研究。主要創(chuàng)新性成果有：

①為探索發(fā)育數(shù)量性狀動態(tài)遺傳規(guī)律及性狀間的遺傳決定性，發(fā)展了條件遺傳變量分析新方法。剖析了棉花、水稻等作物農(nóng)藝性狀的發(fā)育遺傳機理。

②構(gòu)建了QTL定位的解決方案（遺傳模型、統(tǒng)計方法和分析軟件），為研究數(shù)量性狀基因座的上位性及其與環(huán)境互作奠定了基礎(chǔ)。對水稻農(nóng)藝性狀QTL的上位性及其與環(huán)境互作進行了深入剖析。

③提出了能夠分析復(fù)雜遺傳效應(yīng)及其與環(huán)境互作的雙列雜交模型及相應(yīng)的分析方法。分析了棉花、水稻、大麥等農(nóng)作物農(nóng)藝性狀的遺傳變異規(guī)律。

④建立了種子品質(zhì)性狀遺傳分析新體系，闡明了主要作物種子胚和/或胚乳、細胞質(zhì)和母體遺傳效應(yīng)等多套遺傳體系對種子品質(zhì)遺傳的重要性。

⑤確立了基于作物性狀基因型值構(gòu)建核心種質(zhì)的可行方案，為不同作物種質(zhì)資源核心種質(zhì)的構(gòu)建提供了有效的構(gòu)建方法和評價體系。

經(jīng)十五余年的系統(tǒng)研究，發(fā)表學(xué)術(shù)論文86篇(其中SCI收錄32篇)，出版專著一本，參編國際學(xué)術(shù)專著2本。發(fā)表的論文和專著被他引1380次，其中被SCI刊物他引383次。項目的研究成果已被國內(nèi)外學(xué)者大量正面引用及采用。國內(nèi)外學(xué)者已廣泛應(yīng)用本項目所發(fā)展的遺傳模型和分析方法, 在作物復(fù)雜農(nóng)藝性狀的遺傳表現(xiàn)、性狀改良、生長發(fā)育、種群分類、核心種質(zhì)構(gòu)建等方面開展深入研究，推動了作物遺傳育種學(xué)和數(shù)量遺傳學(xué)的學(xué)科發(fā)展。

主要發(fā)現(xiàn)點：  本項目提出了一系列新的遺傳模型和統(tǒng)計方法，研制了分析軟件，為作物遺傳研究和育種改良提供了有效的分析手段。率先開展了多種作物復(fù)雜農(nóng)藝性狀的遺傳研究，闡明上位性、基因與環(huán)境互作對農(nóng)藝性狀、種子品質(zhì)性狀、數(shù)量性狀基因座的重要影響。主要發(fā)現(xiàn)點歸納如下：

①在發(fā)育數(shù)量遺傳方面，提出了條件遺傳變量分析新方法，可分析生育期特定時段遺傳效應(yīng)的變異動態(tài)，也可估算某性狀對目標(biāo)性狀遺傳效應(yīng)的貢獻率。發(fā)現(xiàn)當(dāng)性狀遺傳效應(yīng)啟動表達時，可能尚不能被傳統(tǒng)方法檢測到；傳統(tǒng)方法檢測到遺傳效應(yīng)的時段，可能已不存在遺傳效應(yīng)的表達。該現(xiàn)象已被棉花、小鼠和水稻等實驗證實。發(fā)現(xiàn)棉花成鈴數(shù)加性效應(yīng)對皮棉產(chǎn)量貢獻率較大，小鼠體重和尾長在出生35天前的遺傳效應(yīng)相互貢獻率高達近50%，以后逐漸下降至20%。(作物育種學(xué)與良種繁育，A1、A2、B1、C1、C2)

②在數(shù)量性狀基因座(QTL)分析方面，提出了可估算QTL加性效應(yīng)及加×加上位性效應(yīng)，也可預(yù)測QTL與環(huán)境互作的遺傳模型及分析方法，并提出基于QTL信息預(yù)測優(yōu)良純系或組合的方法。率先對水稻農(nóng)藝性狀QTL的上位性及其與環(huán)境互作進行深入分析，發(fā)現(xiàn)存在一些QTL本身沒有加性效應(yīng)，卻參與了上位性互作，并存在一些與多個位點同時發(fā)生互作的公共QTL位點。發(fā)現(xiàn)QTL加性效應(yīng)在多環(huán)境下較穩(wěn)定，上位性效應(yīng)則易受環(huán)境影響。(作物育種學(xué)與良種繁育，A3、A4、C13、C15)

③在農(nóng)藝性狀遺傳分析方面，提出了能夠分析復(fù)雜遺傳效應(yīng)及其與環(huán)境互作的雙列雜交模型，提出了遺傳效應(yīng)方差估算、效應(yīng)預(yù)測、性狀遺傳相關(guān)剖析等分析方法。提出把總遺傳率(或雜種優(yōu)勢)分解為普通遺傳率(或雜種優(yōu)勢)+互作遺傳率(或雜種優(yōu)勢)的概念，并將上位性列為遺傳率(或雜種優(yōu)勢)的組成分量。提出了雜種優(yōu)勢預(yù)測公式，闡明加×加上位性是雜種優(yōu)勢的重要組成部分，能在各世代穩(wěn)定傳遞。發(fā)現(xiàn)農(nóng)藝性狀普遍存在基因型×環(huán)境互作，雜交組合在不同環(huán)境中的雜種優(yōu)勢穩(wěn)定性表現(xiàn)不盡相同。(作物育種學(xué)與良種繁育，A6、B1、C24、C26、C27)

④在種子品質(zhì)性狀遺傳分析方面，提出了新的種子遺傳模型和統(tǒng)計分析方法，為定量分析種子核遺傳效應(yīng)、母體植株核遺傳效應(yīng)、細胞質(zhì)遺傳效應(yīng)，以及基因型×環(huán)境互作奠定了理論基礎(chǔ)。包括主基因和微效多基因體系的種子模型則解決了同時分析種子和母體植株主遺傳效應(yīng)、多遺傳效應(yīng)和環(huán)境互作效應(yīng)的難題。首次定量分析了多環(huán)境下種子品質(zhì)性狀的遺傳規(guī)律，明確了不同品質(zhì)性狀之間的遺傳關(guān)系以及各個遺傳體系在種子品質(zhì)性狀雜種優(yōu)勢表現(xiàn)中的重要性，為根據(jù)不同遺傳體系的遺傳特性高效改良種子品質(zhì)性狀提供了一條有效途徑。(作物育種學(xué)與良種繁育，A8、A9、B1、C48、C56、C59、C61、C62)

⑤在核心種質(zhì)構(gòu)建方面，提出了基于基因型值多次聚類構(gòu)建核心種質(zhì)的方法、保留特殊種質(zhì)材料的核心種質(zhì)構(gòu)建方法，并提出均值差異百分率、方差差異百分率、極差符合率及變異系數(shù)變化率四個統(tǒng)計指標(biāo)進行核心種質(zhì)的評價方法。(作物種質(zhì)資源學(xué)，A10，C76)

主要完成人：  1.   朱軍

本人是本項目所承擔(dān)的科研項目的主持人，也是絕大多數(shù)發(fā)表論文的通訊作者，參與本項目的工作量占本人工作量的60%以上。在第1、2、3、4發(fā)現(xiàn)點的主要貢獻為：提出新的統(tǒng)計分析方法，參與相應(yīng)的遺傳實驗。在第五發(fā)現(xiàn)點的主要貢獻為：參與發(fā)展新的統(tǒng)計分析方法

2.   石春海

本人的學(xué)術(shù)貢獻主要是關(guān)于種子品質(zhì)性狀遺傳規(guī)律以及核心種質(zhì)構(gòu)建等方面的研究，累計在國內(nèi)外雜志上發(fā)表與本項目有關(guān)的論文27篇。參與本項目的工作量占本人工作量的70%以上。主要創(chuàng)造性貢獻為：在第一發(fā)現(xiàn)點，開展水稻稻米品質(zhì)性狀發(fā)育遺傳研究；在第二發(fā)現(xiàn)點，開展水稻植株農(nóng)藝性狀與稻米碾磨品質(zhì)的遺傳相關(guān)性研究；在第三發(fā)現(xiàn)點，開展水稻稻米、油菜籽品質(zhì)性狀遺傳規(guī)律和雜種優(yōu)勢研究。在第四發(fā)現(xiàn)點，開展水稻核心種質(zhì)的研究。

3.   胡晉

對推薦書《主要發(fā)現(xiàn)點》欄目中所列第5發(fā)現(xiàn)點做出了創(chuàng)造性貢獻，本人在該項研究中的工作量占本人工作量的60%。提出應(yīng)用基因型值多次聚類構(gòu)建作物種質(zhì)資源核心種質(zhì)的方法和保留特殊種質(zhì)材料的核心種質(zhì)構(gòu)建方法，提出均值差異百分率、方差差異百分率、極差符合率及變異系數(shù)變化率四個統(tǒng)計指標(biāo)進行核心種質(zhì)的評價。

4.   徐海明

本人主要參與第五個發(fā)現(xiàn)點中種質(zhì)資源試驗資料的統(tǒng)計分析方法、核心種質(zhì)構(gòu)建方法等研究，參與本項目的工作量占本人工作量的60%以上。在第五發(fā)現(xiàn)點貢獻為：提出了種質(zhì)資源核心種質(zhì)材料的變異度取樣方法; 編寫了預(yù)測個體性狀基因型值的混合線性模型統(tǒng)計分析程序；研制開發(fā)了相應(yīng)的計算機分析軟件。

5.   楊劍

本人參與本項目的工作量占本人工作量的60%以上。在第二個發(fā)現(xiàn)點方面，提出了基于QTL效應(yīng)預(yù)測群體最優(yōu)基因型的方法，并編寫了相應(yīng)的計算機軟件QTLNetwork。

10篇代表性論文：  1.   Analysis of conditional effects and variance components in developmental genetics/ Genetics

2.   Molecular dissection of developmental behavior of plant height in rice (Oryza sativa L.)/ Genetics

3.   Mapping QTLs with epistatic effects and QTL ′ environment interactions by mixed linear model approaches/Theoretical and Applied Genetics

4.   Methods for predicting superior genotypes under multiple environments based on QTL effects/ Theoretical and Applied Genetics

5.   Analysis of genetic effects of major genes and polygenes on quantitative traits: I. Genetic model for diploid plants and animals

6.   An approach for predicting heterosis based on an additive, dominance and additive ′ additive model with environment interaction / Heredity

7.   作物雜種后代基因型值和雜種優(yōu)勢的預(yù)測方法 / 生物數(shù)學(xué)學(xué)報

8.   Genetic and heterosis analysis for cooking quality traits of indica rice in different environments / Theoretical and Applied Genetics

9.   Analysis of genetic effects of major genes and polygenes on quantitative traits: II. Genetic model for seed traits of crops / Theoretical and Applied Genetics

10.  Methods of constructing core collections by stepwise clustering with three sampling strategies based on genotypic values of crops / Theoretical and Applied Genetics