2023年9月7日,中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心韓斌團(tuán)隊(duì)在NatureGenetics在線發(fā)表了題為Structure and function of rice hybrid genomes reveal genetic basis and optimal performance of heterosis的研究成果。韓斌團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)水稻研究所楊仕華、龔俊義研究組收集了2839份雜交水稻種質(zhì)資源,這些資源覆蓋了整個(gè)中國(guó)雜交水稻育種歷史,也是迄今為止已報(bào)道的最大規(guī)模雜交稻種質(zhì)資源集。從中,18份代表性雜交稻材料被挑選用于構(gòu)建包含萬(wàn)份個(gè)體的F2群體。基于這些材料的基因型和表型數(shù)據(jù),該研究從時(shí)間維度上評(píng)價(jià)了過(guò)去半個(gè)世紀(jì)的雜交育種成就,鑒定改良育種的分子印跡,量化改良育種關(guān)鍵位點(diǎn)的顯性度和表型貢獻(xiàn)率,總結(jié)育種遺傳規(guī)律,深入解析亞種間雜種優(yōu)勢(shì)遺傳基礎(chǔ),并構(gòu)建了基因組選擇模型,以便快速篩選優(yōu)良雜交組合,縮短雜交育種周期。該研究立足于雜交育種的優(yōu)良材料,提煉和歸納理論基礎(chǔ),再利用理論反哺實(shí)踐,為推動(dòng)雜交水稻育種技術(shù)的革新提供了理論指導(dǎo)和寶貴的資源。
(資料圖片僅供參考)
雜種優(yōu)勢(shì)是生物界的普遍現(xiàn)象,是指遺傳組成不同的親本雜交產(chǎn)生的子一代在目標(biāo)性狀上超越雙親的現(xiàn)象。雜種優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,用于提高糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物的生長(zhǎng)速率、產(chǎn)量和抗逆性。20世紀(jì)70年代初,袁隆平先生及其助手在野生稻群體里發(fā)現(xiàn)了一株天然敗育個(gè)體,推動(dòng)了雜交水稻育種的商業(yè)化發(fā)展。雜交稻育種極大提高了水稻的產(chǎn)量,繼半矮稈育種后實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量的第二次躍升,被譽(yù)為"第二次綠色革命"。過(guò)去半個(gè)世紀(jì),大量的雜交稻品種被育成,若能分析大量?jī)?yōu)良雜交稻品種的基因組和表型信息,能幫助解析雜種優(yōu)勢(shì)形成的遺傳基礎(chǔ),從時(shí)間維度上分析雜交稻品種基因組結(jié)構(gòu)的變化,又能幫助探索改良育種應(yīng)用雜種優(yōu)勢(shì)的規(guī)律。
回顧雜交水稻半個(gè)世紀(jì)的育種成就
該研究通過(guò)分析2,839份雜交稻品種的表型變化趨勢(shì),回顧了改良育種的成就:1. 庫(kù)器官顯著增大,包括每穗粒數(shù)和有效穗數(shù)。庫(kù)器官的增大搭建了材料的高產(chǎn)架子,為產(chǎn)量提升打下了基礎(chǔ)。2. 為了配合增大的庫(kù)器官,源器官顯著增大,包括主要光合器官劍葉的葉長(zhǎng)和葉寬,以提高源器官的灌漿能力;3. 抽穗期稍縮短。水稻生育后期(灌漿期)的氣候條件多變,極端天氣可能影響水稻的產(chǎn)量,甚至導(dǎo)致顆粒無(wú)收。稍縮短的抽穗期可以降低材料在生育后期遇上極端天氣的風(fēng)險(xiǎn),從而提高材料的穩(wěn)產(chǎn)性能;4. 籽粒蒸煮品質(zhì)和外觀品質(zhì)顯著提升。早期雜交稻的稻米品質(zhì)較差,通過(guò)育種家的不懈改良,稻米品質(zhì)得到顯著提升。
抽穗期的縮短和米質(zhì)的改良,對(duì)提高或維持現(xiàn)有產(chǎn)量水平帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。該研究發(fā)現(xiàn)雜交稻育種通過(guò)源庫(kù)協(xié)同改良,單株產(chǎn)量不僅沒(méi)有下降,反而實(shí)現(xiàn)了小幅的提升。
三個(gè)育種階段劃分以及不同育種階段材料的表型變化趨勢(shì)分析。
種質(zhì)創(chuàng)新和基因型"擇優(yōu)"實(shí)現(xiàn)雜交稻種質(zhì)改良
該研究發(fā)現(xiàn)在雜交稻改良育種過(guò)程中,雜交稻群體的基因組遺傳多樣性逐漸增加,這與TJ(Twoline-Jap)類型雜交稻數(shù)量逐漸增多有關(guān)。根據(jù)韓斌團(tuán)隊(duì)此前的報(bào)道,該類型雜交稻屬于兩系雜交制種體系,多為秈-秈雜交稻類型,卻含有粳型細(xì)胞器,譜系追蹤顯示該類型雜交稻的祖先材料為粳稻類型(農(nóng)墾58S)。本研究發(fā)現(xiàn)TJ雜交稻與WA雜交稻相比,核基因組含有更高的粳稻入滲水平,且對(duì)粳稻來(lái)源的優(yōu)良等位變異使用更加頻繁。因此,該研究認(rèn)為新型種質(zhì)資源和制種體系的開(kāi)發(fā),有助于通過(guò)基因組漸滲引入并廣泛使用優(yōu)良等位變異。
此外,該研究通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析定位了調(diào)控雜交稻產(chǎn)量和品質(zhì)的主效位點(diǎn)。聯(lián)合位點(diǎn)的基因型頻率變化趨勢(shì)分析和位點(diǎn)顯性度及表型貢獻(xiàn)率的量化分析,該研究指出育種通過(guò)位點(diǎn)的遺傳效應(yīng),選擇合適基因型進(jìn)行性狀改良。其中,以稻米品質(zhì)為例,多數(shù)主效位點(diǎn)表現(xiàn)為負(fù)向顯性效應(yīng),這與品質(zhì)較難表現(xiàn)出雜種優(yōu)勢(shì)的固有印象是相符的,同時(shí)也意味著雜合基因型會(huì)拖后腿。因此改良育種通過(guò)雙親協(xié)同改良,在目標(biāo)基因座上同時(shí)為雙親配備優(yōu)勢(shì)等位基因型,使得F1能夠獲得優(yōu)勢(shì)純合基因型。這也給雜交稻育種提供了一些啟示:對(duì)于顯性(部分顯性)效應(yīng)位點(diǎn)可以選擇只改良一個(gè)親本,超顯性位點(diǎn)需使雙親擁有不同基因型,而加性效應(yīng)或者負(fù)向顯性效應(yīng)位點(diǎn)必須實(shí)現(xiàn)雙親協(xié)同改良,才能最大化雜種優(yōu)勢(shì)效應(yīng)。
米質(zhì)相關(guān)主效基因多數(shù)表現(xiàn)為負(fù)向顯性效應(yīng)以及四個(gè)主效位點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)等位基因頻率在雙親中協(xié)同增加。
解析亞種間(秈粳)雜交稻巨大雜種優(yōu)勢(shì)潛力的遺傳基礎(chǔ)
亞種間雜交稻由于擁有巨大的雜種優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)量潛力,近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注。那么,解析亞種間雜種優(yōu)勢(shì)的遺傳基礎(chǔ),將有助于充分開(kāi)發(fā)亞種間雜種優(yōu)勢(shì)。三個(gè)經(jīng)典的雜種優(yōu)勢(shì)遺傳假說(shuō)包括:1. 顯性假說(shuō),認(rèn)為雙親來(lái)源的顯性效應(yīng)位點(diǎn)的遺傳互補(bǔ)引起雜種優(yōu)勢(shì);2.超顯性假說(shuō),認(rèn)為單一位點(diǎn)的雜合基因型相較于兩種純合基因型有更好的表現(xiàn);3. 上位性假說(shuō),強(qiáng)調(diào)位點(diǎn)之間的互作,基因功能的發(fā)揮依賴于遺傳背景,雜交子一代獲得了較雙親更優(yōu)的基因型組合,因此表現(xiàn)出雜種優(yōu)勢(shì)。此前韓斌團(tuán)隊(duì)的工作曾報(bào)道,雙親來(lái)源的顯性和超顯性效應(yīng)位點(diǎn)都對(duì)亞種間產(chǎn)量雜種優(yōu)勢(shì)的形成有貢獻(xiàn)。本研究利用復(fù)合區(qū)間作圖法和8套秈粳雜交稻來(lái)源的5,342份F2個(gè)體,定位與單株產(chǎn)量、每穗粒數(shù)、單株實(shí)粒數(shù)、千粒重和結(jié)實(shí)率相關(guān)的位點(diǎn)(這些性狀在雜交稻品種中表現(xiàn)出普遍的雜種優(yōu)勢(shì)),并量化這些位點(diǎn)的顯性度和表型變異貢獻(xiàn)率。對(duì)于單株產(chǎn)量、每穗粒數(shù)和單株實(shí)粒數(shù),顯性(或部分正向顯性)和超顯性效應(yīng)位點(diǎn)的數(shù)量相當(dāng),但是顯性效應(yīng)位點(diǎn)解釋了更大的表型變異率;對(duì)于千粒重,顯性效應(yīng)位點(diǎn)不論是位點(diǎn)數(shù)量還是表型變異貢獻(xiàn)率,都較超顯性效應(yīng)位點(diǎn)的貢獻(xiàn)更大;而對(duì)于結(jié)實(shí)率,兩種遺傳位點(diǎn)的貢獻(xiàn)相當(dāng)。因此,該研究指出顯性效應(yīng)和超顯性效應(yīng)位點(diǎn)對(duì)亞種間產(chǎn)量雜種優(yōu)勢(shì)都有貢獻(xiàn),總體而言,顯性效應(yīng)位點(diǎn)扮演了更加關(guān)鍵的角色。
量化分析亞種間雜交稻產(chǎn)量相關(guān)位點(diǎn)的顯性度和表型變異貢獻(xiàn)率。
基因組選擇模型助力雜交組合高效選配
基于上述超萬(wàn)份材料的基因型和表型數(shù)據(jù),該研究構(gòu)建了基因組選擇模型。該模型能夠根據(jù)雜交組合的基因組遺傳變異信息預(yù)測(cè)材料的田間表現(xiàn),并聯(lián)合七個(gè)重要農(nóng)藝性狀的預(yù)測(cè)結(jié)果開(kāi)展多性狀選擇,從而實(shí)現(xiàn)育種潛力個(gè)體的高效篩選,幫助育種者制定雜交計(jì)劃,縮短育種周期,節(jié)約人力和時(shí)間成本。此外,由于訓(xùn)練集包含了大量亞種間雜交稻來(lái)源的F2個(gè)體,該模型能夠有效處理亞種間雜交稻的基因型數(shù)據(jù),從而適用于亞種間雜交組合選配,有望推動(dòng)亞種間雜交稻育種的發(fā)展。
中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心韓斌院士和中國(guó)水稻研究所楊仕華研究員為論文共同通訊作者,中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士后顧周琳、中國(guó)水稻研究所龔俊義副研究員、中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士研究生朱舟和李真為論文共同第一作者。上海師范大學(xué)黃學(xué)輝教授、西湖大學(xué)楊劍教授和約翰·英納斯中心(JohnInnesCentre)Dale Sanders教授為該研究提出了建設(shè)性的意見(jiàn)和重要指導(dǎo)。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)(B類)、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)和中國(guó)博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
標(biāo)簽:
lol決賽門票價(jià)格(lol決賽門票)
青農(nóng)商行行長(zhǎng)于豐星任職資格獲批,該行管理層年內(nèi)迎來(lái)“大換血”
電商培訓(xùn)師來(lái)了,平谷桃農(nóng)也能當(dāng)“網(wǎng)紅”
北京延慶永寧古城上榜北京市級(jí)旅游休閑街區(qū)
河南:發(fā)揮“農(nóng)洽會(huì)”主場(chǎng)優(yōu)勢(shì) 助推農(nóng)藥行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展
河南:為推進(jìn)鄉(xiāng)村建設(shè)行動(dòng)注入人大智慧
淘寶天貓投入億級(jí)流量全力支持豐收節(jié),讓數(shù)字技術(shù)深入田間地頭
“知識(shí)產(chǎn)權(quán)服務(wù)萬(wàn)里行”——服務(wù)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域科技創(chuàng)新活動(dòng)在京舉行
眉山天府新區(qū)村集體經(jīng)濟(jì)助大學(xué)生圓夢(mèng)
國(guó)家移民管理局:依法攔阻涉賭詐人員2.1萬(wàn)人
7歲艾滋病毒攜帶者小瑞:父親病亡母親失蹤,“做夢(mèng)都想進(jìn)校園”
特色產(chǎn)業(yè)“生金”增收致富“有道”
他被兒子舉報(bào)婚內(nèi)出軌!官方回應(yīng)
南京4區(qū)放開(kāi)限購(gòu) 部分區(qū)域推出購(gòu)新房補(bǔ)助政策
AI大腦、數(shù)字人來(lái)襲!揭秘未來(lái)銀行數(shù)字化五大趨勢(shì)
文明原點(diǎn) 薪火相傳| 杭州余杭舉辦視覺(jué)藝術(shù)作品邀請(qǐng)大展
7品牌發(fā)布召回,日產(chǎn)因低速熄火風(fēng)險(xiǎn)召回超118萬(wàn)輛
巴塞羅那24-25賽季主場(chǎng)球衣的新信息:隊(duì)徽將會(huì)...
長(zhǎng)沙一小學(xué)教師打傷學(xué)生頭骨被刑拘,家長(zhǎng)質(zhì)疑事發(fā)2小時(shí)才通知
網(wǎng)約車平臺(tái)下調(diào)抽成比例,有司機(jī)稱收入不升反降
內(nèi)蒙古鄂爾多斯高壓氣體噴出事故已致10死3傷
水滴公司2023年第二季度收入6.79億元,連續(xù)6個(gè)季度實(shí)現(xiàn)盈利
盤點(diǎn)旅游概念的五只龍頭股(值得收藏)
四川大竹交通事故致5死:貨車下坡轉(zhuǎn)彎失控
杭州第19屆亞運(yùn)會(huì)火炬?zhèn)鬟f啟動(dòng)
深圳普降極端特大暴雨 四項(xiàng)雨量記錄破極值
椰子水成中國(guó)飲料市場(chǎng)新寵 帶動(dòng)毛椰進(jìn)口需求上升
這么近 那么美 周末到河北丨逛培仁, 和城市來(lái)一場(chǎng)百年對(duì)話
北京向民間資本推介57個(gè)項(xiàng)目,總投資近2000億元
廣東大鵬LNG接收站累計(jì)進(jìn)口量突破1億噸
我請(qǐng)你吃飯?jiān)趺椿貜?fù)顯得情商高 我請(qǐng)你吃飯
存量房貸利率怎么調(diào)?說(shuō)清楚了
內(nèi)蒙古杭錦旗一企業(yè)發(fā)生高壓氣體噴出事故 目前致9死3傷
紅豆股份主動(dòng)撤回再融資申請(qǐng)文件
日本九州島附近連發(fā)4次地震
馬里發(fā)生兩起恐襲 致49名平民和15名士兵身亡
圖片報(bào):弗里克給德國(guó)國(guó)腳展示曼城錄像 要求基米希改踢內(nèi)收型邊后衛(wèi)
今日白露:?jiǎn)为?dú)成為一個(gè)節(jié)氣,竟跟它有關(guān)?
“計(jì)件工”也享有帶薪休假權(quán)
自媒體發(fā)“惡意視頻”被判賠500萬(wàn)元 惡意中傷與合理批評(píng)有界限
亞洲花卉主題園在浙江杭州開(kāi)園
29個(gè)事項(xiàng)就地辦 五峰打造 “15分鐘醫(yī)保服務(wù)圈”
中國(guó)寵物產(chǎn)業(yè)未來(lái)趨勢(shì)研究:以“生命周期”視角看寵物投資
“港澳藥械通”已引進(jìn)26個(gè)急用“救命藥” 第五批目錄發(fā)布在即
廣東廣西等地有強(qiáng)降水 冷空氣影響北方地區(qū)
山東藍(lán)翔技師學(xué)院助力慈善被表彰
甘肅清水縣民政局聯(lián)合蘭州手足外科醫(yī)院開(kāi)展“鞏固脫貧攻堅(jiān)博愛(ài)助殘”篩查資助活動(dòng)
讓就醫(yī)更便捷更舒適
新能源汽車加快進(jìn)入農(nóng)村市場(chǎng),還有哪些瓶頸待突破?
非法改裝偷拍設(shè)備最常用到手機(jī) 記者“臥底”調(diào)查偷拍設(shè)備售賣改裝產(chǎn)業(yè)鏈
今年前8個(gè)月我國(guó)外貿(mào)進(jìn)出口總值27.08萬(wàn)億元 處于歷史同期高位
大模型新階段:巨頭不再遮遮掩掩
鷓鴣天·秋思
韓國(guó)首爾將實(shí)施一次性杯子押金制
北京再推介近2000億元項(xiàng)目引資民間
紅樓舞夢(mèng)
——聽(tīng)他們講述“我的教育故事”
我與中醫(yī)
行至渡口
存量首套房貸利率調(diào)整多銀行給細(xì)則
已致9死3傷,內(nèi)蒙古一企業(yè)發(fā)生高壓氣體噴出事故
洛圖科技:預(yù)計(jì)今年中國(guó)投影出貨量有望超700萬(wàn)臺(tái)
科技巨頭成“看門人”,歐盟反壟斷出重拳
發(fā)布雅思學(xué)習(xí)新品 高途加大國(guó)際教育布局
應(yīng)對(duì)股市無(wú)暇顧及歐派叫板 我樂(lè)家居跌停后如何應(yīng)對(duì)市場(chǎng)?
聚焦農(nóng)產(chǎn)品深加工 推動(dòng)鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展——第二十五屆中國(guó)農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)投資貿(mào)易洽談會(huì)觀察
京東到家:未來(lái)三年內(nèi)發(fā)力運(yùn)動(dòng)戶外等新興品類
超全整理!看懂這8個(gè)問(wèn)題就可以輕松辦理房貸利率調(diào)整了
家長(zhǎng)稱孩子在校被老師打破頭骨 官方通報(bào):涉事教師被刑拘
?2023年廣東省網(wǎng)絡(luò)安全宣傳周將于9月11日至17日舉行
國(guó)家防總辦公室派出工作組赴甘肅指導(dǎo)搶險(xiǎn)救援
中國(guó)熱科院科技支撐攀枝花農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)
27400筆,12.26億元!北京鏈家為房產(chǎn)交易提供安心保障
南存輝“送子”IPO背后隱憂:正泰安能資產(chǎn)負(fù)債率高企、關(guān)聯(lián)交易多
跑車“冠軍”陪你秋游!哪吒GT的百變玩法
買車就買哪吒S,老哥親測(cè)太超值!
滑板場(chǎng)成年輕力商場(chǎng)標(biāo)配,高昂造價(jià)劃得來(lái)嗎
在岸人民幣創(chuàng)年內(nèi)新低,未來(lái)進(jìn)一步走弱的概率不大
股價(jià)處于低位 創(chuàng)世紀(jì)取消發(fā)行股份購(gòu)買資產(chǎn)配套資金募集
聚焦全國(guó)文化中心建設(shè)成就|辟雍 建在水中央的講堂
三亞機(jī)場(chǎng)免稅店二期開(kāi)業(yè)
容和家居引七鮮超市 家居賣場(chǎng)向“融合”發(fā)展
天水市清水縣白沙鎮(zhèn):村居法律顧問(wèn)簽約 全力助推鄉(xiāng)村振興
輕食品牌舌里獲近億元A輪融資
一地“雙錄”又升級(jí)!不僅自保件要錄、老人買保險(xiǎn)還將質(zhì)檢視聽(tīng)資料
上海:精準(zhǔn)服務(wù)相關(guān)行業(yè),提升農(nóng)口信訪工作能效
陳勇同志任珠海市委書(shū)記
福利期超3年 廣西這17條高速公路過(guò)路費(fèi)“打折”!
廣東出臺(tái)新政助力“百千萬(wàn)工程”探索實(shí)施“房券”“綠券”制度
臺(tái)風(fēng)過(guò)后,番禺海鮮市場(chǎng)供應(yīng)量增多價(jià)格回落
假的!中國(guó)移動(dòng)辟謠將停售新版iPhone
第二屆廣西農(nóng)業(yè)行業(yè)職業(yè)技能大賽啟動(dòng)
山東濟(jì)寧經(jīng)開(kāi)區(qū):開(kāi)展農(nóng)村“三資”提級(jí)監(jiān)督管理
綻放在寶貝河畔的民族團(tuán)結(jié)之花
中國(guó)國(guó)際數(shù)字經(jīng)濟(jì)博覽會(huì)在河北石家莊開(kāi)幕
佚名1
外匯局:8月末外儲(chǔ)規(guī)模為31601億美元,降幅為1.38%
黨建融合化糾紛?聯(lián)動(dòng)調(diào)解促和諧
德云村:唱響鄉(xiāng)村振興“新農(nóng)歌”
尋路國(guó)際美食標(biāo)桿城市
江西省萬(wàn)載縣持續(xù)深化農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革,積極推進(jìn)水利工程物業(yè)化管理
服貿(mào)會(huì)釋放服務(wù)業(yè)擴(kuò)大開(kāi)放強(qiáng)烈信號(hào)
【大美中國(guó)】碧水如鏡
“小調(diào)料”調(diào)出美味健康新“食”尚 ——2023中國(guó)調(diào)料行業(yè)大會(huì)在山東樂(lè)陵舉辦
揚(yáng)子新村社區(qū):黨建引領(lǐng)“微治理”辦好群眾“身邊事”
湖南省土壤普查首次外業(yè)調(diào)查取樣在湖南長(zhǎng)沙啟動(dòng)
致老教師
大模型爆火 智能算力狂飆