近日，中國農業(yè)科學院生物技術研究所玉米功能基因組創(chuàng)新團隊與華南農業(yè)大學等單位合作，構建了玉米核心自交系泛基因組、對14個自交系及其雜交種進行比較分析，解析了玉米雜種優(yōu)勢形成機理。相關研究成果在線發(fā)表在國際頂尖學術期刊《自然˙遺傳學（Nature Genetics）》上。

 

　　雜種優(yōu)勢是指雜種第一代往往比雙親表現(xiàn)出更優(yōu)良的性狀的現(xiàn)象。利用雜種優(yōu)勢是作物育種最主要方法之一。玉米是世界第一大農作物，也是雜種優(yōu)勢最強、應用最成功的作物，目前97%以上的玉米品種都是基于雜種優(yōu)勢的雜交種。但長期以來，玉米雜種優(yōu)勢形成的機理一直未能闡述清楚，導致雜交種的選育主要依賴于經(jīng)驗，因此闡明雜種優(yōu)勢的形成機理對進一步縮短育種周期，提高育種效率，獲得突破性新品種具有重要的理論意義。

 

　　該研究篩選了代表全世界范圍內幾乎所有溫帶玉米雜種優(yōu)勢類群的12份骨干玉米自交系，通過三代測序等技術組裝了它們的高質量基因組，結合已發(fā)表的B73和Mo17基因組，對這14個自交系及其兩兩組配所得的雜交種進行比較分析，發(fā)現(xiàn)玉米自交系間存在著大量由大片段的DNA插入或缺失等導致的結構變異，而這些結構變異對基因表達變化及雜種優(yōu)勢類群分化具有重要貢獻，玉米雜種優(yōu)勢與親本間結構變異的數(shù)量呈顯著正相關，而與親本基因組間相似程度呈顯著負相關，說明玉米雜種優(yōu)勢與雙親基因組水平的遺傳互補性密切相關，為雜種優(yōu)勢的遺傳互補模型提供了強有力的支持。結合遺傳和分子生物學證據(jù)，挖掘到了ZmACO2和ARGOS12個關鍵產(chǎn)量雜種優(yōu)勢位點，證明了其以超顯性效應發(fā)揮作用。該研究將大大促進世界范圍內玉米功能基因組研究的推進，也為闡明玉米雜種優(yōu)勢機理及培育高產(chǎn)雜交玉米品種奠定了堅實的理論基礎和遺傳資源。

 

　　該研究以生物所王寶寶研究員、博士研究生候美、中國農業(yè)大學已畢業(yè)博士史俊鵬（現(xiàn)為中山大學副教授）、河南農業(yè)大學教授庫麗霞、北京市農林科學院研究員宋偉及中國農科院作科所副研究員李春輝為論文共同第一作者，通訊作者為華南農業(yè)大學王海洋教授、中國農業(yè)大學賴錦盛教授、北京市農林科學院趙久然研究員和河南農業(yè)大學陳彥惠教授。項目合作單位還包括內蒙古大學、華中農業(yè)大學、中國醫(yī)學科學院等單位。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究重大項目、北京學者計劃和中國農業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程的資助。

 

　　論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41588-022-01283-w