北京市农林科学院白菜课题组鉴定了参与大白菜杂种优势形成的microRNA

杂种优势的利用极大地提高了农作物的产量，是植物育种历史中的里程碑事件，为解决粮食危机做出了巨大贡献。大白菜是我国栽培面积最大的蔬菜作物，是城乡居民的当家菜，高产、优质、抗病一直是育种的重要目标性性状。大白菜是典型的异花授粉作物，杂种优势十分显著。解析大白菜杂种优势形成的分子调控基础，对于大白菜产量与抗逆等性状的分子改良有着重要的参考价值。

2021年3月，Horticulture Research 在线发表了北京市农林科学院蔬菜研究中心白菜课题组题为Genome-wide analysis of changes in miRNA and target gene expression reveals key roles in heterosis for Chinese cabbage biomass的研究论文，该研究对“北京新三号”及其双亲进行了microRNA（miRNA）、转录组和降解组分析，揭示了大白菜的生物量杂种优势的关键miRNA和靶向调控基因。

“北京新三号”是北京市农林科学院蔬菜研究中心上世纪90年代推出的秋播大白菜一代杂种，由于其杂种优势非常突出，20多年来在我国秋播大白菜中一直占据着主导地位，是研究大白菜杂种优势的理想材料。

项目组以“北京新三号”及双亲为材料，选取苗期、莲座期、包心期和成熟期四个时间点，比较了植株的生长发育状况与生物量变化。研究发现，大白菜单叶重和生物量的相关性最为显著，整个生育期生物量相关指标的杂种优势都非常显著（Fig. 1）。

Fig. 1: Comparisons of the growth and heterosis of a Chinese cabbage F1 hybrid and its inbred parent lines.

随后，项目组选取了苗期和包心期对“北京新三号”及双亲进行了miRNA和转录组差异分析，并通过降解组测序验证了差异表达miRNA的靶向调控基因。研究发现，F1杂种中大多数miRNA的表达水平低于中亲值(MPV)，并通过降解组测序鉴定了差异miRNA的靶基因。

例如，bra-miR396和和bra-miR5722的靶基因分别为生长调控因子（GRF）和光捕获蛋白基因（LHCB），参与了叶片发育和光合作用等途径。基因富集分析表明，MPV-DEMs的靶基因在叶片形态发生、叶型和叶片发育等途径显著富集。转录组分析显示，与亲本相比，F1杂种中光合作用和叶绿素合成相关的差异基因(MPV-DEG)的表达水平显著提高，从而导致F1杂种的光合作用能力和叶绿素含量增加。

最后，研究者在拟南芥中过表达了bra-miR396及其靶基因BrGRF4.2，证明二者在大白菜杂种优势形成中起到至关重要的作用（Fig. 8）。该研究结果对于大白菜杂种优势的利用和高产育种具有重要的指导意义。

Fig. 8: Phenotypes of transgenic Arabidopsis plants and effects of heterosis-related miRNAs in regulating leaf development.

北京市农林科学院蔬菜研究中心白菜课题组李佩荣博士为该论文第一作者，于拴仓研究员和张凤兰研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、北京市农林科学院院杰出科学家培育计划、院基因组育种协同创新中心和国家自然科学基金等项目资助。

团队简介

北京市农林科学院蔬菜研究中心白菜课题组近年来以提高白菜品种的产量和抗病抗逆性为育种目标，基于基因组学、驯化选择分析和图位克隆等手段，鉴定了一批控制白菜开花、抗病及其与形态建成相关的功能基因。

研究成果先后发表在Molecular Plant、Plant Biotechnology Journal、Plant Cell and Environment、Journal of Experimental Botany 等杂志上。

文章链接：

https://doi.org/10.1038/s41438-021-00474-6

转自：“园艺研究”微信公众号

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