近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所玉米功能基因組創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與華南農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位合作，構(gòu)建了玉米核心自交系泛基因組、對(duì)14個(gè)自交系及其雜交種進(jìn)行比較分析，解析了玉米雜種優(yōu)勢(shì)形成機(jī)理。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然˙遺傳學(xué)（Nature Genetics）》上。

 

　　雜種優(yōu)勢(shì)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(shì)是作物育種最主要方法之一。玉米是世界第一大農(nóng)作物，也是雜種優(yōu)勢(shì)最強(qiáng)、應(yīng)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(shì)的雜交種。但長(zhǎng)期以來(lái)，玉米雜種優(yōu)勢(shì)形成的機(jī)理一直未能闡述清楚，導(dǎo)致雜交種的選育主要依賴于經(jīng)驗(yàn)，因此闡明雜種優(yōu)勢(shì)的形成機(jī)理對(duì)進(jìn)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(nèi)幾乎所有溫帶玉米雜種優(yōu)勢(shì)類群的12份骨干玉米自交系，通過(guò)三代測(cè)序等技術(shù)組裝了它們的高質(zhì)量基因組，結(jié)合已發(fā)表的B73和Mo17基因組，對(duì)這14個(gè)自交系及其兩兩組配所得的雜交種進(jìn)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(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變異，而這些結(jié)構(gòu)變異對(duì)基因表達(dá)變化及雜種優(yōu)勢(shì)類群分化具有重要貢獻(xiàn)，玉米雜種優(yōu)勢(shì)與親本間結(jié)構(gòu)變異的數(shù)量呈顯著正相關(guān)，而與親本基因組間相似程度呈顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明玉米雜種優(yōu)勢(shì)與雙親基因組水平的遺傳互補(bǔ)性密切相關(guān)，為雜種優(yōu)勢(shì)的遺傳互補(bǔ)模型提供了強(qiáng)有力的支持。結(jié)合遺傳和分子生物學(xué)證據(jù)，挖掘到了ZmACO2和ARGOS12個(gè)關(guān)鍵產(chǎn)量雜種優(yōu)勢(shì)位點(diǎn)，證明了其以超顯性效應(yīng)發(fā)揮作用。該研究將大大促進(jìn)世界范圍內(nèi)玉米功能基因組研究的推進(jìn)，也為闡明玉米雜種優(yōu)勢(shì)機(jī)理及培育高產(chǎn)雜交玉米品種奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)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(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)已畢業(yè)博士史俊鵬（現(xiàn)為中山大學(xué)副教授）、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授庫(kù)麗霞、北京市農(nóng)林科學(xué)院研究員宋偉及中國(guó)農(nóng)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(nóng)業(yè)大學(xué)王海洋教授、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)賴錦盛教授、北京市農(nóng)林科學(xué)院趙久然研究員和河南農(nóng)業(yè)大學(xué)陳彥惠教授。項(xiàng)目合作單位還包括內(nèi)蒙古大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院等單位。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目、北京學(xué)者計(jì)劃和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程的資助。

 

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