雜交水稻的成功培育推廣極大地提高了我國(guó)水稻的單產(chǎn)和總產(chǎn)，其原因在于雜交親本遺傳改良帶來(lái)雜交稻基因組中的雜種優(yōu)勢(shì)位點(diǎn)。目前水稻基因組學(xué)研究已定位到數(shù)量眾多的雜種優(yōu)勢(shì)位點(diǎn)，但雜種優(yōu)勢(shì)位點(diǎn)形成的遺傳途徑和分子機(jī)制尚不清楚。

 

北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院鄧興旺/何航團(tuán)隊(duì)與湖南亞華種業(yè)科學(xué)院楊遠(yuǎn)柱團(tuán)隊(duì)合作，利用目前商用兩系雜交稻親本構(gòu)建的包含2000個(gè)組合的雜交群體，結(jié)合目前已重測(cè)序的4200余份水稻農(nóng)家種/常規(guī)稻品種基因組信息，進(jìn)行雜種優(yōu)勢(shì)位點(diǎn)鑒定和溯源分析。結(jié)果表明：（1）目前兩系雜交稻父母本均以國(guó)際水稻所育成常規(guī)稻為基礎(chǔ)，但存在顯著的遺傳差異：雜交父本含有少量的外源基因組的導(dǎo)入（平均5.74%基因組），而雜交母本含有大量的外源基因組的導(dǎo)入（平均22.57%基因組），外源導(dǎo)入基因組的主要供體為我國(guó)南方地區(qū)常規(guī)稻和粳稻，并且親本基因組導(dǎo)入劑量與雜交后代產(chǎn)量水平關(guān)聯(lián)密切。（2）外源導(dǎo)入基因組差異與雜交稻雜種優(yōu)勢(shì)位點(diǎn)有關(guān)，如Ghd8/DTH8、NAL1、IPA1和Gn1a等重要雜種優(yōu)勢(shì)基因都存在父母本差異遺傳導(dǎo)入的現(xiàn)象。其中粳稻血緣貢獻(xiàn)顯著，雖然僅貢獻(xiàn)1.10%父本和2.21%母本基因組，卻影響大約一半的雜種優(yōu)勢(shì)位點(diǎn)。（3）追溯雜種優(yōu)勢(shì)位點(diǎn)變異的形成過(guò)程，發(fā)現(xiàn)其變異在野生稻中就已存在，在水稻群體馴化過(guò)程中受到顯著分化選擇從而形成各個(gè)亞群特異的等位基因，在雜交稻育種過(guò)程中進(jìn)一步聚合分化選擇基因獲得雜種優(yōu)勢(shì)。綜上，該研究從群體進(jìn)化的角度，追溯了雜種優(yōu)勢(shì)位點(diǎn)的遺傳起源，解析育種家如何利用水稻多樣性構(gòu)建雜交親本的遺傳機(jī)制，為強(qiáng)雜種優(yōu)勢(shì)組合親本的構(gòu)建提供理論基礎(chǔ)。

雜交水稻親本構(gòu)建和雜種優(yōu)勢(shì)位點(diǎn)遺傳解析示意圖

該項(xiàng)研究于2020年2月18日以“Divergent selection and genetic introgression shape the genome landscape of heterosis in hybrid rice”為題發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《PNAS》上。北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院鄧興旺教授、北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院何航副研究員、湖南隆平高科亞華種業(yè)科學(xué)院楊遠(yuǎn)柱研究員為共同通訊作者，北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院/生命科學(xué)聯(lián)合中心已畢業(yè)的博士生林澤川為論文第一作者。該研究工作得到了科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)、國(guó)家自然基金和北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。

 

原文鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2020/02/13/1919086117

鄧興旺教授、何航副研究員和博士生林澤川