科学家破解水稻杂种的优势基因



科学家破解水稻杂种的优势基因


    7月5日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所国家基因研究中心韩斌研究组与上海师范大学黄学辉研究组、中国水稻所和福建农科院合作在《自然-通讯》(Nature Communications)杂志上发表了题为Dissecting a heterotic gene through GradedPool-Seq mapping informs a rice-improvement strategy 的研究论文。该研究开发了一种新的数量性状(QTL)定位方法,并快速克隆到水稻产量性状杂种优势基因GW3p6(OsMADS1),为杂种优势育种和品种改良提供了新的策略。

  杂种优势育种极大地提高了粮食产量,为解决粮食危机做出了巨大贡献。该研究组之前的工作已经揭示了水稻产量相关的杂种优势遗传机制:杂种优势的遗传机制不是由于双亲基因“杂”产生的超显性互作效应,而是主要基于双亲优良基因以显性和不完全显性的聚合效应。然而,与水稻产量杂种优势相关的优良基因所知甚少,之前尚没有水稻杂种优势基因(Heterotic gene)或QTL被克隆,其中一部分原因就是克隆杂种优势基因非常耗时耗力。

  韩斌研究组以此为出发点,开发了一套新的数量性状基因定位方法—GradedPool-Seq(GPS)。该方法基于F2样品材料混合池测序的策略,直接从表型差异大的双亲F2后代中精确定位基因。该方法不仅提高了定位基因的分辨率,而且大幅度降低了成本。通过该方法,成功在多套杂交稻群体中定位到已知与未知的杂种优势相关基因,并且在“广两优676”杂交稻F2群体中定位到与千粒重相关的杂种优势基因GW3p6。进一步图位克隆发现来自于雄性不育系(母本)中的GW3p6是OsMADS1的等位基因,并且GW3p6剪切方式的改变造成粒重与产量的增加。通过构建近等基因系发现,GW3p6显著提高水稻产量、增加粒重和粒长,但是不影响其他农艺性状。同时将GW3p6与另一个分蘖相关杂种优势基因PN3q23聚合,进一步提高了水稻产量。这些结果证明在自交系中聚合优良的纯合型杂种优势基因,可以不通过培育杂交稻的方式,同样实现杂种优势类似的产量增加。另外GPS方法与该研究也为杂种优势育种以及品种改良提供了新的高效设计育种思路。

  分子植物卓越中心博士生王长盛和唐诗灿为该论文的共同第一作者,韩斌与黄学辉为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和中科院先导B项目的资助。

 

 

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