焦點熱議:我國科研團隊研究解析玉米雜種優(yōu)勢形成機理

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1月17日，中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究所玉米功能基因組創(chuàng)新團隊與華南農(nóng)業(yè)大學等單位合作，構建了玉米核心自交系泛基因組、對14個自交系及其雜交種進行比較分析，解析了玉米雜種優(yōu)勢形成機理。相關研究成果在線發(fā)表在《自然·遺傳學》(Nature Genetics)上。

雜種優(yōu)勢是指雜種第一代往往比雙親表現(xiàn)出更優(yōu)良性狀的現(xiàn)象。利用雜種優(yōu)勢是作物育種最主要方法之一。玉米是世界第一大農(nóng)作物，也是雜種優(yōu)勢最強、應用最成功的作物，目前97%以上的玉米品種都是基于雜種優(yōu)勢的雜交種。但長期以來，玉米雜種優(yōu)勢形成的機理一直未能闡述清楚，導致雜交種的選育主要依賴于經(jīng)驗，因此闡明雜種優(yōu)勢的形成機理對進一步縮短育種周期，提高育種效率，獲得突破性新品種具有重要的理論意義。

圖為組裝12份核心種質完整基因組，解析玉米雜種優(yōu)勢形成機理。中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究所供圖

該研究篩選了代表全世界范圍內(nèi)幾乎所有溫帶玉米雜種優(yōu)勢類群的12份骨干玉米自交系，通過三代測序等技術組裝了它們的高質量基因組，結合已發(fā)表的B73和Mo17基因組，對這14個自交系及其兩兩組配所得的雜交種進行比較分析，發(fā)現(xiàn)玉米自交系間存在著大量由大片段的DNA插入或缺失等導致的結構變異，而這些結構變異對基因表達變化及雜種優(yōu)勢類群分化具有重要貢獻，玉米雜種優(yōu)勢與親本間結構變異的數(shù)量呈顯著正相關，而與親本基因組間相似程度呈顯著負相關，說明玉米雜種優(yōu)勢與雙親基因組水平的遺傳互補性密切相關，為雜種優(yōu)勢的遺傳互補模型提供了強有力的支持。結合遺傳和分子生物學證據(jù)，挖掘到了ZmACO2和ARGOS1 2個關鍵產(chǎn)量雜種優(yōu)勢位點，證明了其以超顯性效應發(fā)揮作用。該研究將大大促進世界范圍內(nèi)玉米功能基因組研究的推進，也為闡明玉米雜種優(yōu)勢機理及培育高產(chǎn)雜交玉米品種奠定了堅實的理論基礎和遺傳資源。

該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程等支持。

關鍵詞： 雜種優(yōu)勢 中國農(nóng)業(yè)科學院 比較分析 生物技術研究所