北京大学邓兴旺/何航团队揭示杂交水稻杂种优势位点形成遗传机制

　　

  杂交水稻的成功培育推广极大地提高了我国水稻的单产和总产，其原因在于杂交亲本遗传改良带来杂交稻基因组中的杂种优势位点。目前水稻基因组学研究已定位到数量众多的杂种优势位点，但杂种优势位点形成的遗传途径和分子机制尚不清楚。

 

北京大学现代农学院邓兴旺/何航团队与湖南亚华种业科学院杨远柱团队合作，利用目前商用两系杂交稻亲本构建的包含2000个组合的杂交群体，结合目前已重测序的4200余份水稻农家种/常规稻品种基因组信息，进行杂种优势位点鉴定和溯源分析。结果表明：（1）目前两系杂交稻父母本均以国际水稻所育成常规稻为基础，但存在显著的遗传差异：杂交父本含有少量的外源基因组的导入（平均5.74%基因组），而杂交母本含有大量的外源基因组的导入（平均22.57%基因组），外源导入基因组的主要供体为我国南方地区常规稻和粳稻，并且亲本基因组导入剂量与杂交后代产量水平关联密切。（2）外源导入基因组差异与杂交稻杂种优势位点有关，如Ghd8/DTH8、NAL1、IPA1和Gn1a等重要杂种优势基因都存在父母本差异遗传导入的现象。其中粳稻血缘贡献显著，虽然仅贡献1.10%父本和2.21%母本基因组，却影响大约一半的杂种优势位点。（3）追溯杂种优势位点变异的形成过程，发现其变异在野生稻中就已存在，在水稻群体驯化过程中受到显著分化选择从而形成各个亚群特异的等位基因，在杂交稻育种过程中进一步聚合分化选择基因获得杂种优势。综上，该研究从群体进化的角度，追溯了杂种优势位点的遗传起源，解析育种家如何利用水稻多样性构建杂交亲本的遗传机制，为强杂种优势组合亲本的构建提供理论基础。

杂交水稻亲本构建和杂种优势位点遗传解析示意图

该项研究于2020年2月18日以“Divergent selection and genetic introgression shape the genome landscape of heterosis in hybrid rice”为题发表于国际学术期刊《PNAS》上。北京大学现代农学院邓兴旺教授、北京大学生命科学学院何航副研究员、湖南隆平高科亚华种业科学院杨远柱研究员为共同通讯作者，北京大学前沿交叉学科研究院/生命科学联合中心已毕业的博士生林泽川为论文第一作者。该研究工作得到了科技部国家重点研发项目、国家高技术研究发展计划(863计划)、国家自然基金和北大-清华生命科学联合中心的资助。

 

原文链接：https://www.pnas.org/content/early/2020/02/13/1919086117

邓兴旺教授、何航副研究员和博士生林泽川