近日,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所毛龍研究團(tuán)隊(duì)與四川農(nóng)業(yè)大學(xué)和諾禾致源生物信息公司合作,以新合成六倍體為材料,以系統(tǒng)翔實(shí)的數(shù)據(jù)揭示了不同倍性物種非對(duì)等雜交導(dǎo)致雜種優(yōu)勢(shì)形成的分子基礎(chǔ),為作物雜種優(yōu)勢(shì)形成機(jī)理提供了重要的證據(jù)。相關(guān)研究成果發(fā)表在最新一期的國(guó)際植物類頂尖雜志《植物細(xì)胞(The Plant Cell)》上。
作物雜種優(yōu)勢(shì)在生產(chǎn)上有著廣泛的應(yīng)用,但是對(duì)于它的形成機(jī)理依不同的研究體系而各不相同,迄今未能在理論上形成廣泛接受的統(tǒng)一認(rèn)知,更缺乏直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。異源多倍體,如六倍體小麥,它的形成包括近緣物種間雜交和染色體加倍,從而把雜種優(yōu)勢(shì)固定在其中。利用多倍體形成過(guò)程來(lái)研究雜種優(yōu)勢(shì)的形成機(jī)理是目前國(guó)際上該領(lǐng)域的前沿課題。
毛龍研究團(tuán)隊(duì)用四倍體硬粒小麥Triticum turgidum (AABB)和二倍體粗山羊草Aegilops tauschii (DD)作為親本進(jìn)行雜交并經(jīng)染色體加倍獲得新合成的異源六倍體小麥。這種合成小麥在生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)和適應(yīng)性等方面均超過(guò)其親本。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)而利用小麥A和D基因組序列草圖,通過(guò)RNA-seq和小分子RNA高通量測(cè)序技術(shù),分析了一套新合成異源六倍體小麥4個(gè)連續(xù)世代及其親本在幼苗、抽穗期和籽粒發(fā)育早期等3個(gè)階段的基因和小分子RNA表達(dá)譜,發(fā)現(xiàn)合成六倍體小麥3個(gè)發(fā)育階段的非加性表達(dá)蛋白質(zhì)編碼基因數(shù)目非常有限,并表現(xiàn)為抽穗期非加性表達(dá)基因與細(xì)胞生長(zhǎng)顯著關(guān)聯(lián)。
更為重要的是,與非加性表達(dá)基因不同,親本表達(dá)顯性基因在子代差異基因中占有相當(dāng)比例,并表現(xiàn)出四倍體親本表達(dá)顯性基因主要貢獻(xiàn)于六倍體小麥發(fā)育和二倍體親本表達(dá)顯性基因主要貢獻(xiàn)于六倍體小麥適應(yīng)性的基因組亞功能化現(xiàn)象。這種在小麥多倍化過(guò)程中與雜種優(yōu)勢(shì)有關(guān)基因表達(dá)的新特點(diǎn)為研究領(lǐng)域首次報(bào)道。此外,靶向抗逆、抗病、開(kāi)花等重要生物學(xué)過(guò)程的miRNA均表現(xiàn)為非加性表達(dá),并很可能參與了親本表達(dá)顯性基因的表達(dá)調(diào)控。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為植物多倍化雜種優(yōu)勢(shì)的形成提供了重要理論啟示和借鑒作用,為進(jìn)一步在新合成異源六倍體小麥中快速篩選親本優(yōu)異基因提供了新策略。(通訊員 衛(wèi)斐)