雜交子一代在生長勢、適應(yīng)性、產(chǎn)量、抗性、品質(zhì)等方面優(yōu)于雙親的現(xiàn)象在生物學(xué)中被稱為雜種優(yōu)勢。根據(jù)雜種優(yōu)勢的原理，育種學(xué)家通過有效的雜交配組可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的顯著提高。上個(gè)世紀(jì)70年代開始，我國育種學(xué)家率先開展了水稻雜種優(yōu)勢利用研究，陸續(xù)通過三系法、兩系法等途徑培育出大量雜交水稻組合, 包括“汕優(yōu)63”、“兩優(yōu)培九”在內(nèi)的一系列高產(chǎn)雜交組合得到大面積推廣，大幅度提高了稻谷產(chǎn)量，為我國的糧食安全做出了巨大貢獻(xiàn)。雜交稻的高產(chǎn)來自對水稻雜種優(yōu)勢現(xiàn)象的有效利用，在一些優(yōu)異的雜交配對組合中，雜交稻的產(chǎn)量表現(xiàn)可以大大超越它們的純合親本。雜種優(yōu)勢的產(chǎn)生是由雙親基因組互作的結(jié)果，是一種復(fù)雜的生物學(xué)現(xiàn)象，然而這一現(xiàn)象背后的遺傳機(jī)理一直以來不完全清楚。長期以來，植物雜種優(yōu)勢遺傳機(jī)制的研究又被稱為是植物遺傳學(xué)研究的“圣杯”（Holy grail）。只有深入了解雜種優(yōu)勢的遺傳基礎(chǔ)，才能實(shí)現(xiàn)雜種優(yōu)勢的高效利用，推動(dòng)育種技術(shù)的變革。
9月8日，《自然》雜志以長文形式（Article）在線刊發(fā)了中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所國家基因研究中心韓斌研究組、黃學(xué)輝研究組聯(lián)合中國水稻研究所楊仕華研究組取得的一項(xiàng)成果，題為《水稻產(chǎn)量性狀雜種優(yōu)勢的全基因組解析》(Genomic architecture of heterosis for yield traits in rice)。
這項(xiàng)研究通過對1495份雜交稻品種材料的收集幾乎包括了絕大部分中國雜交稻優(yōu)良品種以及對17套代表性遺傳群體進(jìn)行基因組分析和田間產(chǎn)量性狀考察，綜合利用基因組學(xué)、數(shù)量遺傳學(xué)及計(jì)算生物學(xué)領(lǐng)域的最新技術(shù)手段，全面、系統(tǒng)地鑒定出了控制水稻雜種優(yōu)勢的主要基因位點(diǎn)，分析了純合基因型（父本或母本基因型）和雜合基因型（父/母本性）的遺傳效應(yīng)，詳細(xì)剖析了三系法、兩系法雜交稻和亞種間雜交稻雜種優(yōu)勢的遺傳基礎(chǔ)，最終解析了水稻雜種優(yōu)勢的分子遺傳機(jī)制。進(jìn)一步研究表明，水稻雜種優(yōu)勢的表現(xiàn)正是由這些鑒定的基因位點(diǎn)所決定的。而且，控制水稻雜種優(yōu)勢的遺傳位點(diǎn)在雜合狀態(tài)時(shí)大多表現(xiàn)出不完全顯性，通過雜交育種產(chǎn)生了全新的基因型組合，從而在雜交一代高效地實(shí)現(xiàn)了對水稻花期、株型、產(chǎn)量各要素的理想搭配，形成雜種優(yōu)勢。如傳統(tǒng)三系雜交稻組合中，父本（恢復(fù)系）聚集了較多的優(yōu)良等位基因，綜合性狀配置優(yōu)良；在此基礎(chǔ)上，來自母本（不育系/保持系）的少數(shù)等位基因則進(jìn)一步改善了水稻植株的結(jié)實(shí)率、穗粒數(shù)（如hd3a基因）及株型（如tac1基因），實(shí)現(xiàn)了雜交組合子一代的優(yōu)勢表現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)對推動(dòng)雜交稻和常規(guī)稻的精準(zhǔn)分子設(shè)計(jì)育種實(shí)踐有重大意義。利用這項(xiàng)研究成果，科研人員有望進(jìn)一步優(yōu)化水稻品種的雜交改良，實(shí)現(xiàn)對親本材料的高效選育和配組，服務(wù)于具有高配合力特性的親本材料和聚合雙親優(yōu)點(diǎn)的常規(guī)稻材料的創(chuàng)制和改良，選育出更加高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和多抗的水稻種質(zhì)資源，對實(shí)現(xiàn)高效的分子設(shè)計(jì)雜交育種有重要的指導(dǎo)意義。該成果既是一項(xiàng)“用得上、有影響”的重大應(yīng)用基礎(chǔ)性成果，也是植物基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究的重大理論突破。
該項(xiàng)研究得到了中科院先導(dǎo)專項(xiàng)(“分子模塊設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新體系”) 和國家自然科學(xué)基金委等項(xiàng)目資助以及中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心的支持。該項(xiàng)研究是中科院先導(dǎo)專項(xiàng)“分子模塊設(shè)計(jì)育種”的重大研究任務(wù)，也是中科院分子植物卓越創(chuàng)新中心“作物復(fù)雜性狀和雜種優(yōu)勢分子機(jī)制”研究方向的重大研究目標(biāo)。
雜交水稻成熟的大穗(龔俊義提供)
雜交稻開花期性狀的遺傳分析
