案例分享 | 遺傳群體之雜種優勢

2021-01-20 百邁客生物 

雜種優勢是指雜種一代在性狀表現上優於雙親親本的現象。作物上主要表現為子代在生活力、繁殖力、產量、品質、抗逆性、抗病性和抗蟲性等方面均優於雙親均值的現象。研究發現雜種優勢與基因網絡系統、基因表達調控、基因組甲基化、組蛋白乙酷化去乙酷化、非編碼RNA相關。
遺傳層面目前解析雜種優勢遺傳機理的主要有顯性假說，超顯性假說和上位性假說。
顯性假說早在1910年被提出，它認為雜種中顯性基因型組合抵消了來自隱性親本不利基因的影響，使得出現雜種優勢。超顯性學說假定雜種優勢是由復等位基因間的互作引起，它們之間無顯隱性之分，復等位基因間的互作導致雜種出現優於親本的表型。不管顯性學說與超顯性學說，都是基於等位基因之間的互作。上位性假說認為非等位基因間的相互關係是導致雜種優勢產生的原因，分為加性×加性、加性×顯性、顯性×顯性、顯性×加性互作，並在水稻、玉米、綠豆等多物種中證實。

文章題目：Genomic architecture of heterosis for yield traits in rice
發表雜誌：Nature
實驗材料：17套代表性雜交稻產生的10074 F2群體

作者通過對1495份雜交稻品種材料中17套代表性雜交稻產生的10074 F2遺傳群體進行基因組測序和田間產量性狀考察，綜合QTL定位及GWAS分析，鑑定出了控制水稻雜種優勢的主要基因位點HD3a、TAC1、LAX1、Ghd8等 。進一步研究表明，水稻中雜種優勢的表現正是由這些基因位點所決定，在雜交配組中，這些基因位點產生了全新的基因型組合，在雜交一代中高效地實現了對水稻花期、株型、產量各要素的理想搭配。
圖1：GWAS關聯分析

文章題目：Integrated analysis of phenome, genome, and transcriptome of hybrid rice uncovered multiple heterosis-related loci for yield increase
發表雜誌：PNAS
實驗材料：Peiai64S (PA64S) × 93-11為親本；219株RIL群體；219株RILBC1群體；361個商業雜交水稻種（125個兩系雜交種和236個三系雜交種）。

研究人員對多個雜交水稻組合的產量優勢性狀進行多年、多地點的綜合分析發現：每穗小花數和有效穗數是造成兩系雜交稻產量優勢的主要原因，而且前者有超親優勢，後者只有超父本優勢。之後對源自LYP9後代的每個重組自交系（RIL）群體進行重測序的基礎上，構建了一張高解析度的遺傳連鎖圖，並利用RIL群體及其與母本回交的RILBC1群體進行產量相關性狀的遺傳定位，鑑定了一系列產量及其他優勢相關性狀的QTL位點。同時，結合對幼穗發育早期的轉錄組分析以及QTL定位的結果，確定了多個與雜種優勢相關候選基因。此外，還對一個產量雜種優勢的主效位點進行了圖位克隆，發現rice heterosis 8 (RH8) 位點實際上是由DTH8/Ghd8/LHD1編碼的光周期調控的節律基因，它同時控制開花期、株高、分櫱數，每穗小花數等多種性狀。隨後對361份雜交稻（其中包括125份二系雜交稻）的基因型解析後發現，RH8的雜合性是兩系法雜交稻基因型的主要類型。

圖2：QTL定位分析
基於雜種優勢應用，出現了以水稻為代表的三系法、兩系法育種途徑提高產量。儘管雜種優勢在農業生產中應用很廣，但其分子機制的研究相對滯後。分子數量遺傳學的快速發展，為我們早日解析雜種優勢的內在機理提供了無限可能。
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相關焦點

  • 如何利用遺傳圖譜研究雜種優勢?
    一百多年來，遺傳和育種學家們不遺餘力的研究雜種優勢的形成機理，並嘗試構建各種遺傳模型用於解釋雜種優勢現象。基於單個遺傳位點不考慮上位性理論，並結合隱性產生不利影響的假定，產生了兩個重要的雜種優勢機理假說，包括顯性假說和超顯性假說。
  • 農作物雜種優勢的遺傳機制假說和評價
    在1865年孟德爾做豌豆雜交實驗發現遺傳定律時候，同時也發現了雜交的豌豆比親本長得要快，產量要高。但是孟德爾遺傳定律卻無法解釋連續變異現象，因為雜種優勢並不是單基因遺傳模式。雜種優勢一詞雖然最先由沙爾（Shull）於1908年提出。
  • 雜種優勢與雜交育種
    它是指基因型不同的親本個體相互雜交產生的雜種第一代，在生長勢、生活力、繁殖力、抗逆性、產量和品質等一種或多種性狀上優於兩個親本的現象。雜種優勢具有以下特點：雜種優勢不是某一兩個性狀單獨表現突出，而是許多性狀綜合表現突出；雜種優勢的大小，取決於雙親的遺傳差異和互補程度；親本基因型的純合程度不同，雜種優勢的強弱也不同；雜種優勢在F1代表現最明顯，F2代以後逐漸減弱。
  • 【CGM88期在線沙龍預告】從歷史演化角度分析水稻雜種優勢構建的遺傳機制
    雜交水稻貢獻我國約58%水稻總產，因此了解雜交水稻雜種優勢形成遺傳規律將有助於提高雜交水稻單產，對保障我國糧食安全具有重要意義。目前通過基因組分析雖已定位到大量雜交水稻雜種優勢QTLs，然而，育種家如何利用水稻種質培育雜交水稻，目前尚不清楚。
  • 植物雜種優勢的研究進展
    與之不同的是，Luo 等(2009)的研究分析結果顯示，超顯性亦是引起產量雜種優勢的重要遺傳基礎之一。Zhu 等(2016)認為儘管超顯性很普遍，但基因-基因的顯性作用可以解釋苗期優勢的大部分遺傳效應。這表明在水稻雜種優勢形成的基礎中顯性可能是主要因子。Dan 等(2015)的研究發現產量的構成因子雜種優勢整體上並不突出，但這些因子的累積使得巨大的產量雜種優勢得以產生。
  • 研究揭示RdDM介導的DNA甲基化與雜種優勢無關
    RdDM路徑突變後不能顯著改變雜種優勢的表現。該研究以模式植物擬南芥為研究材料，發現了RdDM 路徑在F1雜交一代的DNA 甲基化相互作用中起到關鍵作用，並首次明晰該途徑所產生的DNA甲基化並不是調控雜種優勢形成的主要表觀遺傳因子。 雜種優勢是一種普遍而重要的生物學現象，指遺傳結構不同的兩個群體雜交所產生的子代在生長勢、生活力、繁殖力、適應性以及產量、品質等性狀方面超過雙親的現象，已被廣泛應用到作物育種中。
  • 雜種優勢在提高玉米產量中的作用
    隨著精心選育和繁殖雜交品種，大面積利用作物雜種優勢已有 80 多年的歷史。我們先看一組數據：雜種優勢究竟在提高玉米雜交種產量的過程中起了多大的作用？是起了100%的作用，還是一部分，還是一點作用也沒有？要回答這個問題，我們就必須按時間順序對自交系與其單交種進行比較。如果雜種優勢隨著時間而增強，那麼單交種的產量就會比親本平均值持續增加。
  • 袁隆平/袁定陽等人《自然通訊》揭示強優勢雜交水稻親本遺傳差異
    該研究對雜交水稻育種中的1,143份秈型親本材料進行重測序，揭示了三系和兩系強優勢雜交稻組合具有不同的雜種優勢控制基因位點。該研究為發現雜種優勢位點提供了新方法。該研究首先通過整合群體結構分析和系統發育樹分析，發現三系強優勢組合主要是在秈稻I亞群與秈稻II亞群之間進行組合，而兩系的強優勢組合主要是在秈稻II亞群內進行組合，並且三系強優勢組合的線粒體遺傳距離顯著大於所有可能的組合和兩系強優勢組合，從分子遺傳學的角度證實了三系雜交稻親本線粒體基因組差異的重要性。
  • 袁隆平/袁定陽等人揭示強優勢雜交水稻親本遺傳差異
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  • 說好的生殖隔離,雜種是怎麼產生的?雜交鮑存在哪些利與弊?
    &nbsp遊偉偉等（2005）採用日本和臺灣兩個群體的雜色鮑進行了種內雜交，在其中的一個雜交組合中存活率的雜種優勢率達到了40.6%，在回交之後生長速度的雜種優勢率達到了48.6%，多年培育得到福建省第一個養殖貝類新品種——「東優一號」。
  • 中國農大王向峰和張子丁團隊利用雜交蛋白互作組來預測上位性效應在水稻雜種優勢中的作用
    雙親基因組上的遺傳變異能夠產生等位基因互作（上位性），這是雜種優勢產生的重要機制，而蛋白互作是重要的方式。
  • 【科普】種質資源——遺傳多樣性分析
    遺傳多樣性評價、分子身份證和新基因挖掘是種質資源利用的3大內容。遺傳多樣性指的是群體的複雜程度，遺傳多樣性評價方法主要包括形態學標記、同工酶標記和DNA分子標記。目前最流行的方法是DNA分子標記的方法，分子標記的發展從最初的AFLP、RFLP、RAPD和SSR標記，過渡到更高通量、二等位和共顯性的SNP標記。
  • 遺傳與遺傳變異
    鴿友，啥樣的人都有，參次不齊，這裡，只是交流與分享。 大凡動物和鳥類的繁衍，都與遺傳基因的傳遞有著密切的關聯。遺傳通俗說，又分「純合子」和「雜合子」遺傳，諸如信鴿的同品種配對和兩個不同的品種配對，將會產生不同的子裔。同品種配對偶爾也會發生遺傳變異，其形態遺傳性狀表現不類似親鴿，一般又都表現在羽色上較多。
  • 利用轉錄組學方法揭示南荻群體遺傳
    南荻原產於河濱地帶，但其遺傳變異豐富，生態適應強，移栽到黃土高原等半乾旱地區後，生長良好；由於其根系較淺，種植後不會過度利用深層土壤水分，可以有效減少地表徑流，有助於水土保持，發揮重要的生態修復功能。 近日，中國科學院武漢植物園閆娟博士在李建強和桑濤研究員的指導下，根據以往對南荻生理生態及群體遺傳的研究，揭示利用轉錄組學方法研究群體遺傳，可以捕獲群體內和群體間遺傳變異和表達變異的微弱信號，並對植物在不同環境條件下進行的遺傳水平響應有了整體認識，更清晰地闡明植物群體進化的適應性和非適應性過程，研究結果在線發表於《分子生態學》上。
  • The Plant Journal: 南京農大園藝學院在不結球白菜雜種優勢研究上取得新進展
    雜種優勢是自然界中一種普遍的生物學現象。不結球白菜是中國廣泛種植的葉菜類蔬菜，因其F1代雜交種具有產量高、品質好、抗性強等特點，深受育種家及種子公司的喜愛。前期很多研究表明植物的雜種優勢與雜交後代顯著的光合優勢密切相關，但其光合優勢增強的分子機理尚不清楚。
  • 中國水稻遺傳育種歷程與展望
    我國的水稻育種經歷了矮化育種、雜種優勢利用和綠色超級稻培育3次飛躍，其間伴隨矮化育種(第一次綠色革命)、三系雜交稻培育、二系雜交稻培育、亞種間雜種優勢利用、理想株型育種和綠色超級稻培育等6個重要歷程。育種目標從唯產量是舉到高抗、優質和高產並重，育種理念從高產優質逐步提升為「少投入，多產出，保護環境」。
  • 第六章 群體遺傳學--第一節 群體中的遺傳平衡
    人類有三個主要人種區分：高加索人．黑人各亞細亞人，但他們又都有許多遺傳上不同的亞群，種與亞群體存在主要差異的遺傳基礎是突變。 　　群體遺傳學（population genetics）是研究群體的遺傳變化規律的學科，研究群體中基因的分布．基因頻率和基因型頻率的維持和變化的科學。
  • 利用轉錄組學方法揭示南荻群體遺傳—新聞—科學網
    南荻原產於河濱地帶，但其遺傳變異豐富，生態適應強，移栽到黃土高原等半乾旱地區後，生長良好；由於其根系較淺，種植後不會過度利用深層土壤水分，可以有效減少地表徑流，有助於水土保持，發揮重要的生態修復功能。 近日，中國科學院武漢植物園閆娟博士在李建強和桑濤研究員的指導下，根據以往對南荻生理生態及群體遺傳的研究，揭示利用轉錄組學方法研究群體遺傳，可以捕獲群體內和群體間遺傳變異和表達變異的微弱信號，並對植物在不同環境條件下進行的遺傳水平響應有了整體認識，更清晰地闡明植物群體進化的適應性和非適應性過程，研究結果在線發表於《分子生態學》上。
  • 菌種遺傳特性的改變原因分析