Plant Physiology|我室袁定阳团队合作揭示水稻杂种优势遗传基础

自1976年大规模推广和应用三系杂交稻以来，杂交稻种植面积每年约占水稻总面积的50%，两系超级杂交稻的推广进一步将水稻产量提高到一个新的水平。Y两优1号（Y1）、Y两优2号（Y2）和Y两优900号（Y900）分别是高产超级杂交稻第2期、3期和4期的代表性品种，其产量潜力分别达到12t/hm²、13.5t/hm²和15t/hm²。特别是Y900具有超高产水稻品种的所有特征，被认为是近40年来育种家精心培育的重大成果。尽管杂交水稻的应用取得了巨大的成功，但对于杂种优势的分子机制仍没有清晰统一的认识。

近日，湖南杂交水稻研究中心/杂交水稻全国重点实验室袁定阳团队联合长沙百奥云数据科技有限公司王冰冰团队在Plant Physiology 发表了题为Dissecting the genetic basis of heterosis in elite super-hybrid rice的研究论文。该研究首先组装并获得了Y900双亲Y58S和R900的高质量参考基因组，随后借助基因组变异和转录组数据分析揭示了Y900超高产杂种优势的遗传基础，并对后续改良提升Y900的品质和抗性进行了深入讨论。

该研究利用长读取和Hi-C技术对父本R900和母本Y58S进行深度测序，R900和Y58S分别获得了396.41Mb和398.24Mb的高质量参考基因组。系统地鉴定了双亲之间的全基因组变异，包括1367758个SNP、299149个Indels和4757个SV。在Y58S与其他水稻基因组的比较中，Y58S和R900之间的变异水平最低（超过75%的基因在双亲之间表现出变异）。与共享同一母本的其他两系杂交种（Y1和Y2）相比，来自不同父本的粳型遗传成分的比例随着相应杂交种产量的增加而增加。转录组分析表明，部分显性效应是构成Y900杂种优势的主要遗传效应。在杂交种中，来自两个亲本的两个等位基因都表达，它们的表达模式在不同组织中动态调节。幼穗组织中顺式调节占主导地位，而剑叶组织中反式调节更为常见。超显性效应在茎中异常普遍，茎长等表型也呈现超亲优势，可能反式调控机制在茎中起到了更重要的作用。此外，R900含有许多优良功能基因的粳型单倍型，如NAL1、OsSPL13和Ghd8，使其能与Y58S形成良好的基因型互补。水稻杂种优势的精细调控机制涉及全基因组变异、粳型血缘的渗入、一些关键功能基因以及不同组织和生长阶段的动态基因表达和调控模式变化。

湖南杂交水稻研究中心孙志忠副研究员为论文第一作者，百奥云有限公司彭建祥博士、湖南杂交水稻研究中心吕启明副研究员为共同第一作者。湖南杂交水稻研究中心袁定阳研究员为通讯作者，百奥云有限公司王冰冰博士、袁隆平院士为共同通讯作者。湖南农业大学的段美娟教授（现在湖南女子学院工作）参与了该项研究并对相关实验给予了有益建议。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金/联合基金、湖南省科技计划和海南省科技计划等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiad078

注：本文转自植物生理PlantPhysiol