案例分享 | 遺傳群體之雜種優勢

雜種優勢是指雜種一代在性狀表現上優于雙親親本的現象。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于雙親均值的現象。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。

雜種優勢遺傳基礎

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于親本的表型。不管顯性學說與超顯性學說,都是基于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系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,并在水稻、玉米、綠豆等多物種中證實。

案例分享

案例一

文章題目:Genomic architecture of heterosis for yield traits in rice

發表雜志: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,鑒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

案例二

文章題目:Integrated analysis of phenome, genome, and transcriptome of hybrid rice uncovered multiple heterosis-related loci for yield increase

發表雜志: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,后者只有超父本優勢。之后對源自LYP9后代的每個重組自交系(RIL)群體進行重測序的基礎上,構建了一張高分辨率的遺傳連鎖圖,并利用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,鑒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、分蘗數,每穗小花數等多種性狀。隨后對361份雜交稻(其中包括125份二系雜交稻)的基因型解析后發現,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

基于雜種優勢應用,出現了以水稻為代表的三系法、兩系法育種途徑提高產量。盡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后。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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