《自然》:韓斌院士研究組等揭示水稻雜種優(yōu)勢遺傳機(jī)制
文章來源： | 發(fā)布時(shí)間：2016-09-08 | 【打印】 【關(guān)閉】
上個(gè)世紀(jì)70年代開始，我國育種學(xué)家率先開展了水稻雜種優(yōu)勢利用研究,陸續(xù)通過三系法、兩系法等途徑培育出大量雜交水稻材料, 包括“汕優(yōu)63”、“兩優(yōu)培九”在內(nèi)的一些高產(chǎn)雜交稻品種得到了大面積推廣,大幅度提高了水稻產(chǎn)量，為我國的糧食安全做出了巨大貢獻(xiàn)。雜交稻的高產(chǎn)來自對水稻雜種優(yōu)勢現(xiàn)象的有效利用，在一些優(yōu)異的雜交配對組合中，雜交稻的產(chǎn)量表現(xiàn)可以大大超越它們的純合親本。雜種優(yōu)勢的產(chǎn)生是由雙親基因組互作的結(jié)果，是一種復(fù)雜的生物學(xué)現(xiàn)象，然而這一現(xiàn)象背后的遺傳機(jī)理一直以來不完全清楚。只有深入了解雜種優(yōu)勢的遺傳基礎(chǔ)，才能實(shí)現(xiàn)雜種優(yōu)勢的高效利用,推動(dòng)育種技術(shù)的變革。
9月8日，《自然》雜志在線刊發(fā)了中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所國家基因研究中心韓斌研究組、黃學(xué)輝研究組聯(lián)合中國水稻所楊仕華團(tuán)隊(duì)取得的一項(xiàng)成果，題為“水稻產(chǎn)量性狀雜種優(yōu)勢的全基因組解析”(Genomic architecture of heterosis for yield traits in rice)。
這項(xiàng)研究通過大量的雜交稻品種材料的收集以及對多套代表性雜交稻遺傳群體進(jìn)行基因組分析和田間產(chǎn)量性狀考察，綜合利用基因組學(xué)、數(shù)量遺傳學(xué)及計(jì)算生物學(xué)領(lǐng)域的最新技術(shù)手段，全面、系統(tǒng)地鑒定出了控制水稻雜種優(yōu)勢的主要遺傳（數(shù)量性狀或基因）位點(diǎn)，詳細(xì)剖析了三系法、兩系法和亞種間雜種優(yōu)勢的遺傳機(jī)制。研究表明，這些遺傳位點(diǎn)在雜合狀態(tài)時(shí)大多表現(xiàn)出不完全顯性，通過雜交育種產(chǎn)生了全新的基因型組合，從而在雜交一代高效地實(shí)現(xiàn)了對水稻花期、株型、產(chǎn)量各要素的理想搭配，形成雜種優(yōu)勢。如傳統(tǒng)三系雜交稻組合中，父本（恢復(fù)系）聚集了較多的優(yōu)良等位基因，綜合性狀配置優(yōu)良；在此基礎(chǔ)上，來自母本（不育系/保持系）的少數(shù)等位基因則進(jìn)一步改善了水稻植株的結(jié)實(shí)率、穗粒數(shù)（如hd3a基因）及株型（如tac1基因），實(shí)現(xiàn)了雜交組合子一代的優(yōu)勢表現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)對推動(dòng)雜交稻和常規(guī)稻的精準(zhǔn)分子設(shè)計(jì)育種實(shí)踐有重大意義。利用這項(xiàng)研究成果，科研人員有望進(jìn)一步優(yōu)化水稻品種的雜交改良，實(shí)現(xiàn)對親本材料的高效選育和配組，服務(wù)于具有高配合力特性的親本材料和聚合雙親優(yōu)點(diǎn)的常規(guī)稻材料的創(chuàng)制和改良，選育出更加高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和多抗的水稻種質(zhì)資源。
該研究得到了中國科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)(“分子模塊設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新體系”) 和國家自然科學(xué)基金委的經(jīng)費(fèi)資助以及中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心的支持。
