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研究解析玉米杂种优势形成机理

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  1月17日,中国农业科学院生物技术研究所玉米功能基因组创新团队与华南农业大学等单位合作,构建了玉米核心自交系泛基因组、对14个自交系及其杂交种进行比较分析,解析了玉米杂种优势形成机理。相关研究成果在线发表在《自然·遗传学(Nature Genetics)》上。

  杂种优势是指杂种第一代往往比双亲表现出更优良性状的现象。利用杂种优势是作物育种最主要方法之一。玉米是世界第一大农作物,也是杂种优势最强、应用最成功的作物,目前97%以上的玉米品种都是基于杂种优势的杂交种。但长期以来,玉米杂种优势形成的机理一直未能阐述清楚,导致杂交种的选育主要依赖于经验,因此阐明杂种优势的形成机理对进一步缩短育种周期,提高育种效率,获得突破性新品种具有重要的理论意义。

  该研究筛选了代表全世界范围内几乎所有温带玉米杂种优势类群的12份骨干玉米自交系,通过三代测序等技术组装了它们的高质量基因组,结合已发表的B73和Mo17基因组,对这14个自交系及其两两组配所得的杂交种进行比较分析,发现玉米自交系间存在着大量由大片段的DNA插入或缺失等导致的结构变异,而这些结构变异对基因表达变化及杂种优势类群分化具有重要贡献,玉米杂种优势与亲本间结构变异的数量呈显著正相关,而与亲本基因组间相似程度呈显著负相关,说明玉米杂种优势与双亲基因组水平的遗传互补性密切相关,为杂种优势的遗传互补模型提供了强有力的支持。结合遗传和分子生物学证据,挖掘到了ZmACO2和ARGOS1 2个关键产量杂种优势位点,证明了其以超显性效应发挥作用。该研究将大大促进世界范围内玉米功能基因组研究的推进,也为阐明玉米杂种优势机理及培育高产杂交玉米品种奠定了坚实的理论基础和遗传资源。

  该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程等支持。(通讯员 崔艳)

  原文链接:https://www.nature.com/articles/s41588-022-01283-w

  

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