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華中農大張啟發院士PNAS文章
點擊次數：2639 發布時間：2012-9-26
來自華中農業大學作物遺傳改良國家重點實驗室和國家植物基因研究中心的研究人員日前在新研究中解析了一種良種雜交稻中產量雜種優勢遺傳組成，相關論文“Genetic composition of yield heterosis in an elite rice hybrid”發表在《美國科學院院刊》（PNAS）上。 我國植物遺傳和分子生物學家，華中農業大學作物遺傳改良重點實驗室主任張啟發院士是這篇文章的通訊作者。張啟發院士課題組長期致力于水稻基因組研究，旨在通過植物基因組分析、重要基因的分離克隆、雜種優勢的遺傳和分子基礎、作物品種資源的分子評估及應用分子生物學技術進行水稻改良。 雜種優勢是指遺傳組成不同的兩個親本雜交所產生的F1代在生活力、生長勢、抗逆性、豐產性以及適應性等一個或多個方面優于雙親的現象。雜種優勢現象zui早于十八世紀中期由德國學者Kolrevter在煙草種間雜交時發現。此后在不同的動、植物中陸續被發現和利用，已成為生物界普遍存在的十分重要的生物學現象。自二十世紀三十年代美國在生產上推廣雜交玉米以來，雜種優勢在主要農作物和許多園藝作物的生產上得到廣泛應用，取得了巨大的成功，成為提高作物產量的主要途徑。盡管對雜種優勢的各個方面進行了大量遺傳研究，但雜種優勢的生物學機理仍闡釋不全面，因此，深入探索雜種優勢的分子機理對于作物遺傳改良和育種實踐具有重要意義。 在這篇文章中，研究人員利用源自一個良種雜交稻的“永生F2”種群重復田間試驗的數據解析了產量遺傳組成，并生成了組成性狀。以利用種群測序構建出的超高密度的SNP基因分型圖（bin map）為基礎，研究人員計算了整個基因組中的單位點（single-locus）以及超顯性遺傳效應，鑒別了有關雜種優勢的遺傳組成。 研究結果顯示遺傳組成的相對分布隨性狀而不同。超顯性/假超顯性是產量、每個圓錐花序谷粒數量和谷重雜種優勢的zui重要貢獻因子。優勢×優勢的相互作用對于每株植物的分蘗和谷重雜種優勢非常重要，并對產量和谷物數量起作用。單位點優勢對于所有性狀具有相對小的貢獻。 這些結果表明這些組成的累積效應或可充分解釋雜交種中雜種優勢的遺傳基礎。 作者簡介： 張啟發 男，1953年12月出生,湖北*人。博士，教授、博士生導師。現任華中農業大學生命科學技術學院院長。中國科學院院士。1976年畢業于華中農學院，1985年獲美國加利福尼亞大學戴維斯分校博士學位，1985-1986: Post-doctoral fellow, University of California, Davis, California, USA，1999年當選為中國科學院院士。2007年當選美國國家科學院外籍院士。 社會兼職： 中國科學技術協會副主席 第三世界科學院院士 美國國家科學院外籍院士 華中農業大學農學系作物遺傳育種學科長江學者特聘教授 生命科學技術學院院長 作物遺傳改良國家重點實驗室主任 美國弗吉尼亞理工學院暨州立大學兼職教授 美國麥克耐特基金會植物學合作計劃專家委員會委員 美國洛克菲勒基金會水稻生物技術合作計劃科學顧問委員會委員 教育部“長江學者獎勵計劃”*特聘教授 國家重點基礎研究發展規劃“973”項目的科學家 亞洲水稻生物技術合作網絡指導委員會主席 研究領域和學術專長： 主要從事分子遺傳學和基因工程研究。 近年的主要研究方向為作物改良的分子遺傳學，研究領域包括植物基因組分析、重要基因的分離克隆、雜種優勢的遺傳和分子基礎、作物品種資源的分子評估及應用分子生物學技術進行作物改良等。植物遺傳和分子生物學家。 張啟發院士從事農業教學科研工作26年來，主持承擔了“863”計劃、國家自然科學基金、農業部、教育部、中國水稻基因組研究計劃、美國洛克菲勒基金會水稻生物技術項目等二十余項重大（點）研究項目。 近五年來發表的學術論文及專著： 在學術刊物上發表論文90余篇，其中70篇發表在SCI收錄雜志上;在學術會議上發表論文70余篇，在重要學術會議上作大會報告和特邀報告15次;發表論文在SCI收錄雜志上被引用500余次。 原文摘要： Genetic composition of yield heterosis in an elite rice hybrid Heterosis refers to the superior performance of hybrids relative to the parents. Utilization of heterosis has contributed tremendously to the increased productivity in many crops for decades. Although there have been a range of studies on various aspects of heterosis, the key to understanding the biological mechanisms of heterotic performance in crop hybrids is the genetic basis, much of which is still uncharacterized. In this study, we dissected the genetic composition of yield and yield component traits using data of replicated field trials of an “immortalized F2” population derived from an elite rice hybrid. On the basis of an ultrahigh-density SNP bin map constructed with population sequencing, we calculated single-locus and epistatic genetic effects in the whole genome and identified components pertaining to heterosis of the hybrid. The results showed that the relative contributions of the genetic components varied with traits. Overdominance/pseudo-overdominance is the most important contributor to heterosis of yield, number of grains per panicle, and grain weight. Dominance × dominance interaction is important for heterosis of tillers per plant and grain weight and has roles in yield and grain number. Single-locus dominance has relatively small contributions in all of the traits. The results suggest that cumulative effects of these components may adequay explain the genetic basis of heterosis in the hybrid