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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學院辦院方針

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科學家破解水稻雜種優(yōu)勢基因

2019-07-11 分子植物科學卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所

【字體：大中小】

語音播報

　　7月5日，中國科學院分子植物科學卓越創(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黃學輝研究組、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。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，但是不影響其他農(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，韓斌與黃學輝為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金和中科院先導B項目的資助。

　　論文鏈接

圖：A）GPS定位QTL的流程；B)雜種優(yōu)勢基因定位及設(shè)計育種示意圖（彩色圓點代表優(yōu)良基因）

　　7月5日，中國科學院分子植物科學卓越創(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黃學輝研究組、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。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，但是不影響其他農(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，韓斌與黃學輝為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金和中科院先導B項目的資助。
　　論文鏈接
　　
　　圖：A）GPS定位QTL的流程；B)雜種優(yōu)勢基因定位及設(shè)計育種示意圖（彩色圓點代表優(yōu)良基因）
　　

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