隆平高科杨远柱团队与北大何航团队合作揭示超级杂交稻隆两优华占和晶两优华占杂种优势遗传机制

隆两优华占和晶两优华占为隆平高科杨远柱团队育成的超级杂交稻新品种，均通过了南方稻区四个生态区的国家审定，是农业农村部认定的超级稻，国家“863”计划绿色超级稻新选育重大项目总体专家组认定的绿色超级稻；晶两优华占还是湖南省农业农村厅认定的镉低积累应急性品种。两个品种2018-2020年连续三年居全国杂交水稻推广面积前三名。

2022年6月30日，隆平高科杨远柱团队与北京大学何航团队合作，在BMC Plant Biology杂志在线发表了题为“Transcriptome profiling of two hybrid rice provides insights into the genetic basis of heterosis”的研究论文，通过转录组测序和全基因组重测序，揭示了隆两优华占和晶两优华占强杂种优势产生的遗传机制。

研究发现，超级杂交稻的基因表达更加活跃，且与不育系的基因表达模式更为接近。在超级稻与亲本的差异表达基因中，超显性表达占主导。特别是在晶两优华占叶片中，超显性表达基因占差异表达基因的比例达86.13%，这可能解释了其不育系晶4155S的生物量显著小于不育系隆科638S，而两个超级杂交稻生物量却无明显差异的现象。这些差异表达基因主要富集在节律、生物和非生物胁迫、光合合成等途径，部分差异表达基因，可能在杂种优势中起关键作用。如GNP1，该基因可增加每穗粒数，从而增加水稻产量，该基因在两个超级稻的叶片和穗中均为超显性表达；NGR5，已有研究表明提高其表达量，不仅可以提高水稻氮肥的利用效率，同时还能保持其优良的半矮化和高产特性。在晶两优华占的叶片中，NGR5 的表达量远远高于双亲，而在隆两优华占叶片中，其表达量也远远高于父本，与不育系表达水平相当。

结合全基因组重测序数据，研究者对杂交种等位基因特异性表达（ASE）进行了分析。发现ASE基因（ASEG）主要富集在离子型谷氨酸受体途径，该途径与氮感知相关，可以提高氮肥的利用效率。研究还发现基因组中的变异，特别是对基因编码影响较大的变异（large effect突变，如移码突变），在ASEG中显著富集（ASEG只占基因组大小的1.6～1.9%，却包含了large effect突变的20.8～21.5%）。而且，亲本之间的差异表达基因，也显著富集于ASEG中。推测这些ASEG在某个亲本中发生了突变，导致了功能丧失或者表达量降低，杂交种可以通过选择性表达有利亲本的基因来“趋利避害”，进而实现杂种优势。如水稻营养生长和花发育阶段起重要作用的 DDF1基因，父本华占中该基因存在四个错义突变，而两个杂交稻中都选择性表达不育系的正常基因；氨基酸转运蛋白OsAAP1，通过调节氨基酸吸收和分配影响水稻生长和产量，不育系晶4155S该基因存在四个错义突变，而杂交稻晶两优华占选择性表达父本华占的正常基因。

隆平高科种业科学研究院杨远柱研究员和王凯副研究员，北京大学何航研究员为该论文通讯作者，隆平高科种业科学研究院傅军和北京大学张宜林博士为该论文共同第一作者。华中农业大学王飞研究员等为该论文提供了支持与指导。该研究获得海南省科技创新计划和湖南省科技创新计划的支持。

转自：植物科学最前沿

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