科學(xué)家破解水稻雜種優(yōu)勢基因

7月5日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所國家基因研究中心韓斌研究組與上海師范大學(xué)黃學(xué)輝研究組、中國水稻所和福建農(nóng)科院合作在《自然·通訊》（Nature Communications）雜志上發(fā)表了題為Dissecting a heterotic gene through GradedPool-Seq mapping informs a rice-improvement strategy 的研究論文。該研究開發(fā)了一種新的數(shù)量性狀（QTL）定位方法，并快速克隆到水稻產(chǎn)量性狀雜種優(yōu)勢基因GW3p6（OsMADS1），為雜種優(yōu)勢育種和品種改良提供了新的策略。

雜種優(yōu)勢育種極大地提高了糧食產(chǎn)量，為解決糧食危機做出了巨大貢獻(xiàn)。該研究組之前的工作已經(jīng)揭示了水稻產(chǎn)量相關(guān)的雜種優(yōu)勢遺傳機制：雜種優(yōu)勢的遺傳機制不是由于雙親基因“雜”產(chǎn)生的超顯性互作效應(yīng)，而是主要基于雙親優(yōu)良基因以顯性和不完全顯性的聚合效應(yīng)。然而，與水稻產(chǎn)量雜種優(yōu)勢相關(guān)的優(yōu)良基因所知甚少，之前尚沒有水稻雜種優(yōu)勢基因（Heterotic gene）或QTL 被克隆，其中一部分原因就是克隆雜種優(yōu)勢基因非常耗時耗力。

韓斌研究組以此為出發(fā)點，開發(fā)了一套新的數(shù)量性狀基因定位方法-GradedPool-Seq（GPS）。該方法基于F2 樣品材料混合池測序的策略，直接從表型差異大的雙親F2 后代中精確定位基因。該方法不僅提高了定位基因的分辨率，而且大幅度降低了成本。通過該方法，成功在多套雜交稻群體中定位到已知與未知的雜種優(yōu)勢相關(guān)基因，并且在“廣兩優(yōu)676”雜交稻F2 群體中定位到與千粒重相關(guān)的雜種優(yōu)勢基因GW3p6。進(jìn)一步圖位克隆發(fā)現(xiàn)來自于雄性不育系（母本）中的GW3p6 是OsMADS1 的等位基因，并且GW3p6 剪切方式的改變造成粒重與產(chǎn)量的增加。通過構(gòu)建近等基因系發(fā)現(xiàn)，GW3p6 顯著提高水稻產(chǎn)量、增加粒重和粒長，但是不影響其它農(nóng)藝性狀。同時將GW3p6 與另一個分蘗相關(guān)雜種優(yōu)勢基因PN3q23 聚合，進(jìn)一步提高了水稻產(chǎn)量。這些結(jié)果證明在自交系中聚合優(yōu)良的純合型雜種優(yōu)勢基因，可以不通過培育雜交稻的方式，同樣實現(xiàn)雜種優(yōu)勢類似的產(chǎn)量增加。另外GPS 方法與該研究也為雜種優(yōu)勢育種以及品種改良提供了新的高效設(shè)計育種思路。

分子植物卓越中心博士生王長盛和唐詩燦為該論文的共同第一作者，韓斌與黃學(xué)輝為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金和中科院先導(dǎo)B 項目的資助。