研究室以小麦分子育种为主线,设立小麦氮高效基因挖掘及转基因新品种培育、产量及品质性状基因定位及分子机制解析、小麦分子育种体系建立及应用共3个研究方向。“十三五”期间共承担“国家转基因植物新品种培育重大专项”、“国家重点研发计划”、“河北省重点研发计划”、“河北省自然科学基金”等项目共25项,总经费1211.78万元,其中国家级项目628.28万元,占比51.8%。2020年获“国家技术发明二等奖”1项(第2完成人),2017年获“河北省科技进步一等奖”1项,2019年获“河北省科技创新团队”荣誉称号,2020年获“河北省农林科学院青年科技进步一等奖”1项。获得国家发明专利授权4项、获得软件著作权3项。共发表论文20篇,其中SCI论文12篇,2篇入选院十三五成果。
在氮高效基因挖掘及转基因新品种培育方面,首次克隆了小麦谷氨酰胺合成酶的优异等位基因TaGS1和TaGS2。增强TaGS基因表达,可以适当延长旗叶的光合功能期,提高净光合速率,显著增加粒重。在低氮水平下,转基因株系氮利用效率提高10.3-14.1%、增产6.78-15.44%。
针对小麦产量、品质等性状,采用全基因组关联分析(GWAS)和遗传群体QTL定位相结合的方法进行基因定位,挖掘新的基因位点。以筛选出的552份黄淮麦区主栽品种,进行多年多环境(正常灌溉、干旱、低N)表型鉴定,利用小麦15 K芯片进行基因型分析,定位了粒重、粒形、株高、穗长、蛋白含量、籽粒硬度、面粉白度、湿面筋含量、沉降系数、抗冻性等多个新基因位点。利用构建的双亲遗传群体对小麦茎基腐、条锈、千粒重、粒长、粒宽、穗紧实度等多个性状进行了QTL定位分析。
积极开展了小麦贮藏蛋白、淀粉合成调控机制研究。以前期获得的小麦高分子量麦谷蛋白基因全沉默株系、小麦灌浆缺陷突变体为材料,统合分析转录组和蛋白质组数据,深入挖掘了调控小麦贮藏蛋白、淀粉表达的分子机制,为进一步解析小麦品质形成机理及其分子调控网络奠定了理论基础。
建立了近1000份黄淮麦区主栽品种和优良品系的功能基因信息库,此信息库拥有小麦产量、品质、抗性等多个性状的65个主效功能基因位点信息和462个与主效QTL紧密连锁的检测位点,能够为小麦分子设计育种提供宝贵的基因信息。建立了集DNA高通量提取、功能基因KASP标记检测与一体的高通量小麦分子标记检测平台。利用此平台每人每天能完成800余份小麦材料的DNA提取工作和3000多个基因位点的检测工作。建立了小麦分子标记辅助的多基因聚合育种技术体系,根据育种目标制定多基因聚合采取的杂交、世代选择策略,在最短的周期和最小的后代群体,将高产、优质、抗病等优异基因进行有效聚合。