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          來自華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳改良國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和國(guó)家植物基因研究中心的研究人員日前在新研究中解析了一種良種雜交稻中產(chǎn)量雜種優(yōu)勢(shì)遺傳組成，相關(guān)論文“Genetic composition of yield heterosis in an elite rice hybrid”發(fā)表在《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS）上。

我國(guó)植物遺傳和分子生物學(xué)家，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任張啟發(fā)院士是這篇文章的通訊作者。張啟發(fā)院士課題組長(zhǎng)期致力于水稻基因組研究，旨在通過植物基因組分析、重要基因的分離克隆、雜種優(yōu)勢(shì)的遺傳和分子基礎(chǔ)、作物品種資源的分子評(píng)估及應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)進(jìn)行水稻改良。

雜種優(yōu)勢(shì)是指遺傳組成不同的兩個(gè)親本雜交所產(chǎn)生的F1代在生活力、生長(zhǎng)勢(shì)、抗逆性、豐產(chǎn)性以及適應(yīng)性等一個(gè)或多個(gè)方面優(yōu)于雙親的現(xiàn)象。雜種優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象zui早于十八世紀(jì)中期由德國(guó)學(xué)者Kolrevter在煙草種間雜交時(shí)發(fā)現(xiàn)。此后在不同的動(dòng)、植物中陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)和利用，已成為生物界普遍存在的十分重要的生物學(xué)現(xiàn)象。自二十世紀(jì)三十年代美國(guó)在生產(chǎn)上推廣雜交玉米以來，雜種優(yōu)勢(shì)在主要農(nóng)作物和許多園藝作物的生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用，取得了巨大的成功，成為提高作物產(chǎn)量的主要途徑。盡管對(duì)雜種優(yōu)勢(shì)的各個(gè)方面進(jìn)行了大量遺傳研究，但雜種優(yōu)勢(shì)的生物學(xué)機(jī)理仍闡釋不全面，因此，深入探索雜種優(yōu)勢(shì)的分子機(jī)理對(duì)于作物遺傳改良和育種實(shí)踐具有重要意義。

在這篇文章中，研究人員利用源自一個(gè)良種雜交稻的“永生F2”種群重復(fù)田間試驗(yàn)的數(shù)據(jù)解析了產(chǎn)量遺傳組成，并生成了組成性狀。以利用種群測(cè)序構(gòu)建出的超高密度的SNP基因分型圖（bin map）為基礎(chǔ)，研究人員計(jì)算了整個(gè)基因組中的單位點(diǎn)（single-locus）以及超顯性遺傳效應(yīng)，鑒別了有關(guān)雜種優(yōu)勢(shì)的遺傳組成。

研究結(jié)果顯示遺傳組成的相對(duì)分布隨性狀而不同。超顯性/假超顯性是產(chǎn)量、每個(gè)圓錐花序谷粒數(shù)量和谷重雜種優(yōu)勢(shì)的zui重要貢獻(xiàn)因子。優(yōu)勢(shì)×優(yōu)勢(shì)的相互作用對(duì)于每株植物的分蘗和谷重雜種優(yōu)勢(shì)非常重要，并對(duì)產(chǎn)量和谷物數(shù)量起作用。單位點(diǎn)優(yōu)勢(shì)對(duì)于所有性狀具有相對(duì)小的貢獻(xiàn)。

這些結(jié)果表明這些組成的累積效應(yīng)或可充分解釋雜交種中雜種優(yōu)勢(shì)的遺傳基礎(chǔ)。

作者簡(jiǎn)介：

張啟發(fā)

男，1953年12月出生,湖北*人。博士，教授、博士生導(dǎo)師?，F(xiàn)任華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)。中國(guó)科學(xué)院院士。1976年畢業(yè)于華中農(nóng)學(xué)院，1985年獲美國(guó)加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校博士學(xué)位，1985-1986: Post-doctoral fellow, University of California, Davis, California, USA，1999年當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院院士。2007年當(dāng)選美國(guó)國(guó)家科學(xué)院外籍院士。

社會(huì)兼職：

中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)副主席

第三世界科學(xué)院院士

美國(guó)國(guó)家科學(xué)院外籍院士

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)系作物遺傳育種學(xué)科長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授

生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)

作物遺傳改良國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任

美國(guó)弗吉尼亞理工學(xué)院暨州立大學(xué)兼職教授

美國(guó)麥克耐特基金會(huì)植物學(xué)合作計(jì)劃專家委員會(huì)委員

美國(guó)洛克菲勒基金會(huì)水稻生物技術(shù)合作計(jì)劃科學(xué)顧問委員會(huì)委員

教育部“長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”*特聘教授

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃“973”項(xiàng)目的科學(xué)家

亞洲水稻生物技術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)指導(dǎo)委員會(huì)主席

研究領(lǐng)域和學(xué)術(shù)專長(zhǎng)：

主要從事分子遺傳學(xué)和基因工程研究。

近年的主要研究方向?yàn)樽魑锔牧嫉姆肿舆z傳學(xué)，研究領(lǐng)域包括植物基因組分析、重要基因的分離克隆、雜種優(yōu)勢(shì)的遺傳和分子基礎(chǔ)、作物品種資源的分子評(píng)估及應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)進(jìn)行作物改良等。植物遺傳和分子生物學(xué)家。

張啟發(fā)院士從事農(nóng)業(yè)教學(xué)科研工作26年來，主持承擔(dān)了“863”計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、農(nóng)業(yè)部、教育部、中國(guó)水稻基因組研究計(jì)劃、美國(guó)洛克菲勒基金會(huì)水稻生物技術(shù)項(xiàng)目等二十余項(xiàng)重大（點(diǎn)）研究項(xiàng)目。

近五年來發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及專著：

在學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文90余篇，其中70篇發(fā)表在SCI收錄雜志上;在學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表論文70余篇，在重要學(xué)術(shù)會(huì)議上作大會(huì)報(bào)告和特邀報(bào)告15次;發(fā)表論文在SCI收錄雜志上被引用500余次。

原文摘要：

Genetic composition of yield heterosis in an elite rice hybrid

Heterosis refers to the superior performance of hybrids relative to the parents. Utilization of heterosis has contributed tremendously to the increased productivity in many crops for decades. Although there have been a range of studies on various aspects of heterosis, the key to understanding the biological mechanisms of heterotic performance in crop hybrids is the genetic basis, much of which is still uncharacterized. In this study, we dissected the genetic composition of yield and yield component traits using data of replicated field trials of an “immortalized F2” population derived from an elite rice hybrid. On the basis of an ultrahigh-density SNP bin map constructed with population sequencing, we calculated single-locus and epistatic genetic effects in the whole genome and identified components pertaining to heterosis of the hybrid. The results showed that the relative contributions of the genetic components varied with traits. Overdominance/pseudo-overdominance is the most important contributor to heterosis of yield, number of grains per panicle, and grain weight. Dominance × dominance interaction is important for heterosis of tillers per plant and grain weight and has roles in yield and grain number. Single-locus dominance has relatively small contributions in all of the traits. The results suggest that cumulative effects of these components may adequay explain the genetic basis of heterosis in the hybrid