我國科學(xué)家在水稻雜種優(yōu)勢研究中取得突破性進(jìn)展
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發(fā)布時(shí)間：2017-03-16
Nature 雜志9月8日在線(xiàn)刊發(fā)了中國科學(xué)院上海生命科學(xué)院植物生理生態(tài)研究所國家基因研究中心韓斌研究組和黃學(xué)輝研究組聯(lián)合中國水稻研究所楊仕華研究組取得的一項研究成果，并于同期配發(fā)了評論。論文題為“Genomic architecture of heterosis for yield traits inrice”(水稻產(chǎn)量性狀雜種優(yōu)勢的基因組解析)。論文鏈接：http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature19760.html。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項目（項目編號：31322028，91535202，31421093)等項目的資助。
雜交子一代在生長(cháng)勢、適應性、產(chǎn)量、抗性、品質(zhì)等方面優(yōu)于雙親的現象在生物學(xué)中被稱(chēng)為雜種優(yōu)勢。根據雜種優(yōu)勢的原理，育種學(xué)家通過(guò)有效的雜交配組可以實(shí)現農產(chǎn)品產(chǎn)量的顯著(zhù)提高。上個(gè)世紀70年代開(kāi)始，我國育種學(xué)家率先開(kāi)展了水稻雜種優(yōu)勢利用研究，陸續通過(guò)三系法、兩系法等途徑培育出大量雜交水稻組合,包括“汕優(yōu)63”、“兩優(yōu)培九”在內的一系列高產(chǎn)雜交組合得到大面積推廣，大幅度提高了稻谷產(chǎn)量，為我國的糧食安全做出了巨大貢獻，然而這一現象背后的遺傳機理一直以來(lái)不完全清楚。植物雜種優(yōu)勢遺傳機制的研究又被稱(chēng)為是植物遺傳學(xué)研究的“圣杯”（Holy grail）。
中國科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所和中國水稻研究所的研究團隊通過(guò)對1495份雜交稻品種材料以及17套代表性遺傳群體進(jìn)行基因組分析和田間產(chǎn)量性狀考察，全面、系統地鑒定出了控制水稻雜種優(yōu)勢的主要基因位點(diǎn)，分析了純合基因型（父本或母本基因型）和雜合基因型（父/母本性）的遺傳效應，詳細剖析了三系法、兩系法雜交稻和亞種間雜交稻雜種優(yōu)勢的遺傳基礎，發(fā)現了水稻雜種優(yōu)勢的表現正是由這些鑒定的基因位點(diǎn)所決定的，而且控制水稻雜種優(yōu)勢的遺傳位點(diǎn)在雜合狀態(tài)時(shí)大多表現出不完全顯性，通過(guò)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。如傳統三系雜交稻組合中，父本（恢復系）聚集了較多的優(yōu)良等位基因，綜合性狀配置優(yōu)良；在此基礎上，來(lái)自母本（不育系/保持系）的少數等位基因則進(jìn)一步改善了水稻植株的結實(shí)率、穗粒數（如hd3a基因）及株型（如tac1基因），實(shí)現了雜交組合子一代的優(yōu)勢表現。這些發(fā)現對推動(dòng)雜交稻和常規稻的精準分子設計育種有重大意義。
圖1 雜交水稻成熟的大穗(龔俊義提供)
圖2 雜交稻開(kāi)花期性狀的遺傳分析
