【48812】北京市农林科学院玉米中心在《Genome Biology》上发文解析玉米杂种优势构成机理

时间: 2024-06-13 14:01:05 |   作者: 玉米研究所

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  北京市农林科学院玉米中心在《Genome Biology》上发文解析玉米杂种优势构成机理

  中心提示：5月10日，北京市农林科学院玉米中心赵久然研讨员团队与华中农业大学、我国农业大学等国内多家单位协作，在世界闻名学术期刊Genome Biology （2020 IF=10.806）宣布了题为“The genetic mechanism of heterosis utilization in maize improvement”的论文，重新的视角解析了玉米杂种优势构成的机理。

  5月10日，北京市农林科学院玉米中心赵久然研讨员团队与华中农业大学、我国农业大学等国内多家单位协作，在世界闻名学术期刊Genome Biology （2020 IF=10.806）宣布了题为“The genetic mechanism of heterosis utilization in maize improvement”的论文，重新的视角解析了玉米杂种优势构成的机理。

  该研讨以从前宣布的1428份人工合成集体（CUBIC）为母本，以30个我国育种中大规划的使用的X群、兰卡群、瑞德群、热带群等遗传布景的优秀主干自交系为父本，创建了迄今为止植物中规划最大的杂交遗传规划集体，共42820个玉米F1资料（图1）。结合基因组大数据、机器学习和全基因组相关剖析办法，体系解析了玉米杂种优势和特别配合力构成的遗传学根底，判定了在养分-生殖转化中呼应的候选基因位点，为完善杂种优势假说、基因组规划育种供给了新的视角。

  该研讨规划的奇妙之处在于使用基因组变异和机器学习算法，完成了对如此巨大的F1集体的表型值估量。首要，竭尽心思挑选约9000个（20%）有代表性的F1样本，在全国五个不同纬度带进行两年严厉表型实验。之后，根据高密度的基因型和机器学习算法，搭建了一个基因型-表型的猜测模型，以较高的准确度猜测出其他34000个（80%）F1的表型值 （图1）。

  该研讨的另一杰出立异点在于使用多个半同胞F1集体解析杂种优势机理。因为42820个F1杂交种来自30个父本别离与1428个母本杂交，因而该F1集体本质上是30组半同胞F1集体。在每个半同胞F1集体中，同享同一套母本集体基因组序列，因而，同一位点在不同半同胞F1集体中别离形式一起。不同父本基因组引进，会导致不同QTL/基因效应被激活，由此发生不同程度的杂种优势（图2）。研讨之后发现了一种全新的“基因互作”奉献杂种优势。以株高的遗传位点为例，ubi3基因是一个在母本集体中被BR2隐性按捺的位点，没有GWAS信号；经过杂交，父本在BR2位点补入一个显性变异，免除了按捺效果，然后激活了F1集体ubi3基因的表达，终究构成株高的杂种优势（图2）。

  该研讨经过半同胞 GWAS的战略，发现了一个“显性-互作”共调控模型对杂种优势构成具有极端重大奉献。经过基因组杂交，显性互补效果大规划地免除了基因组按捺性互作，激活了亲本中被按捺的主效位点的表达，然后在玉米F1上表现为杂种优势；不同主干亲本具有特异性的免除才能，体现出杂交育种中特定组合挑选的含义。

  研讨还发现不同基因常常在发育的不同阶段起效果，其间从养分成长到生殖成长转化期间有很多基因表达并对杂种优势起效果。这套F1集体具有广泛的多样性，遗传布景明晰，能为玉米遗传育种供给优秀的中心资料。

  至此，玉米中心与协作单位已使用创制的玉米CUBIC集体，完成了农艺性状自交系遗传根底 （Liu et al, Genome Biology, 2020） 和杂种优势机理解析 （Xiao et al, Genome Biology, 2021），宣布了两篇重磅论文。华中农业大学严建兵教授、我国农业大学王向峰教授和我院玉米中心的赵久然研讨员为本文一起通讯作者；华中农业大学肖英杰副教授、我国农业大学博士后姜淑琴、西北农林科技大学博士生程前和我院玉米中心王夏青博士为一起榜首作者。该研讨得到了国家自然科学基金、十三五要点研制计划、北京学者计划和作物遗传改进国家要点实验室敞开课题等项目的赞助。

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