近日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所等單位合作在Nature Genetics 上發(fā)表了題為De novo genome assembly and analyses of twelve founder inbred lines provide insights into maize heterosis 的研究論文。該研究構(gòu)建了玉米核心自交系泛基因組，解析了玉米雜種優(yōu)勢形成機(jī)理。

      雜種優(yōu)勢是指雜交F1代個體比它的雙親表現(xiàn)出更大的生物量、更強(qiáng)的抗逆性、更高的產(chǎn)量的生物學(xué)現(xiàn)象。雜種優(yōu)勢是生物界的普遍現(xiàn)象，雜種優(yōu)勢利用是作物育種的主要方法之一。玉米是目前世界（也是我國）的第一大農(nóng)作物(占球谷物生產(chǎn)量的36%左右)，也是所有作物中雜種優(yōu)勢最強(qiáng)、應(yīng)用最成功的作物，目前生產(chǎn)上所用的97%以上的玉米品種都是基于雜種優(yōu)勢的雜交種。然而由于目前玉米雜種優(yōu)勢形成的機(jī)理還不清楚，導(dǎo)致雜交種的選育還是主要依賴于經(jīng)驗，育種周期長，效率低下，突破性新品種匱乏。

      基于此，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)王海洋教授團(tuán)隊聯(lián)合了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、北京市農(nóng)林科學(xué)院、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)等玉米研究優(yōu)勢單位的科研團(tuán)隊，通過三代測序等技術(shù)組裝了世界范圍內(nèi)廣泛使用的12 個骨干自交系親本 (黃早四、昌7-2、京92、京724、478、鄭58、178、S37、丹340、A632、OH43、PH207) 的高質(zhì)量基因組。結(jié)合已發(fā)表的B73 和Mo17 基因組，構(gòu)建了溫帶玉米核心育種種質(zhì)的泛基因組（幾乎代表了當(dāng)前生產(chǎn)應(yīng)用的所有玉米雜種優(yōu)勢群）。

14個玉米骨干自交系的基因組比較。

      分析發(fā)現(xiàn)，玉米自交系間存在著廣泛的遺傳變異（兩兩自交系間平均存在8,489,166個 SNP、1,223,484個小的InDel及37,459 個結(jié)構(gòu)變異）；通過對現(xiàn)代育種中廣泛使用的350份玉米自交系中開花期、穗行數(shù)、行粒數(shù)、抗病性的表型和關(guān)鍵調(diào)控基因的單倍型分析，揭示了結(jié)構(gòu)變異對雜種優(yōu)勢群形成和表型分化的重要貢獻(xiàn)；通過對131份自交系雌穗的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析，鑒定到306,868個調(diào)控基因表達(dá)的順式eQTL，并挖掘到了一批調(diào)控玉米雄穗分枝數(shù)、穗位高及穗腐病抗性相關(guān)的候選基因及其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)變異；進(jìn)一步結(jié)合14 個自交系的雙列雜交群體 (91個F1)及3個環(huán)境的表型數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，玉米雜種優(yōu)勢與雙親基因組間結(jié)構(gòu)變異的數(shù)量呈顯著正相關(guān)，而與雙親基因組間共線性程度呈顯著負(fù)相關(guān)，說明玉米雜種優(yōu)勢與雙親在全基因組水平的遺傳互補(bǔ)性密切相關(guān)，為雜種優(yōu)勢的遺傳互補(bǔ)模型提供了強(qiáng)有力的支持。同時結(jié)合遺傳和分子生物學(xué)證據(jù)，挖掘到了ZmACO2 （編碼一個乙烯合成酶）和ARGOS1 (ZAR1, 編碼一個乙烯信號傳導(dǎo)相關(guān)蛋白) 2個關(guān)鍵產(chǎn)量雜種優(yōu)勢位點(diǎn)，證明了其以超顯性效應(yīng)發(fā)揮作用。本研究為闡明玉米雜種優(yōu)勢機(jī)理邁出了堅實的一步，也為高產(chǎn)雜交玉米品種的選育奠定堅實的理論基礎(chǔ)和基因資源。

14 個自交系的雙列雜交群體 (91個F1) 超親雜種優(yōu)勢與親本間各種遺傳變異的相關(guān)性分析。

      該研究以中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所為第一完成單位，生物技術(shù)研究所研究員王寶寶、博士研究生候美、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)已畢業(yè)博士史俊鵬（現(xiàn)為中山大學(xué)副教授）、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授庫麗霞、北京市農(nóng)林科學(xué)院研究員宋偉及中國農(nóng)科院作科所副研究員李春輝為論文共同第一作者，通訊作者為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)王海洋教授、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)賴錦盛教授、北京市農(nóng)林科學(xué)院趙久然研究員和河南農(nóng)業(yè)大學(xué)陳彥惠教授。項目合作單位還包括內(nèi)蒙古大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院等單位。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項目、北京學(xué)者計劃和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程的資助。