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        中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院解析馬鈴薯雜種優(yōu)勢的多組學(xué)機(jī)理

        2022-11-11 00:56:07
        蔬菜 2022年2期
        關(guān)鍵詞:研究

        目前,栽培馬鈴薯主要是同源四倍體,基因組復(fù)雜,雜交后代性狀分離嚴(yán)重,導(dǎo)致育種周期長,品種更新慢。近年來,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組所黃三文研究團(tuán)隊聯(lián)合多家單位發(fā)起了“優(yōu)薯計劃”,即運(yùn)用“基因組設(shè)計”的理論和方法體系培育雜交馬鈴薯,用二倍體育種替代四倍體育種,并用雜交種子繁殖替代薯塊繁殖,對馬鈴薯的育種和繁殖方式進(jìn)行顛覆性創(chuàng)新。在之前的研究中,該團(tuán)隊成功培育出高純合度的二倍體馬鈴薯自交系和雜種優(yōu)勢顯著的二倍體雜交馬鈴薯。雖然雜種優(yōu)勢的研究在種子植物中已有一些進(jìn)展,但無性繁殖作物的雜種優(yōu)勢機(jī)理卻少見報道。

        2022年1月,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組所張春芝/黃三文課題組在《Journal of Integrative Plant Biology》在線發(fā)表了題為“The multi-omics basis of potato heterosis”的研究論文。該研究通過整合轉(zhuǎn)錄組、代謝組和DNA甲基化的多組學(xué)數(shù)據(jù),探索了馬鈴薯3個發(fā)育時期雜種優(yōu)勢的遺傳和分子機(jī)理。該研究發(fā)現(xiàn)在二倍體馬鈴薯中,雜種優(yōu)勢的建立主要是依靠基因的顯性互補(bǔ)。二倍體雜交馬鈴薯在花色、育性和淀粉合成等方面表現(xiàn)出顯著的基因表達(dá)及功能互補(bǔ)。能量代謝在雜種優(yōu)勢中也發(fā)揮了不可或缺的作用。在苗期,與中親值相比,F(xiàn)降低了次生代謝產(chǎn)物的合成并適當(dāng)下調(diào)部分基礎(chǔ)防御基因的表達(dá),將更多物質(zhì)用于初生代謝來為苗期的營養(yǎng)生長提供更多的能量。淀粉和蛋白質(zhì)作為塊莖干物質(zhì)中的主要成分在F中也得到了優(yōu)先合成。除此之外,該研究還發(fā)現(xiàn)F中存在大量偏好表達(dá)基因,這些基因會偏向表達(dá)父本或者母本的等位基因,顯著富集在能量代謝、脅迫響應(yīng)、淀粉合成等途徑,并且可能受CHH類型的甲基化調(diào)控,這說明馬鈴薯F或許可以通過特異表達(dá)來自父母本的優(yōu)勢等位基因來更好地適應(yīng)環(huán)境,以獲得更強(qiáng)的雜種優(yōu)勢表型。該研究首次揭示了二倍體雜交馬鈴薯雜種優(yōu)勢的多組學(xué)機(jī)理,為二倍體馬鈴薯育種提供了理論基礎(chǔ)。

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