2024年10月5日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）“優(yōu)薯計(jì)劃”團(tuán)隊(duì)張春芝課題組,、黃三文課題組聯(lián)合華中農(nóng)業(yè)大學(xué)楊萬能課題組在《自然·通訊（Nature Communications）》期刊上發(fā)表了題為“Integrative multi-omics analysis reveals genetic and heterotic contributions to male fertility and yield in potato”的研究論文,，通過對(duì)二倍體雜交馬鈴薯“優(yōu)薯1號(hào)”F2群體的大規(guī)模遺傳與多組學(xué)分析,，解析了其產(chǎn)量與育性雜種優(yōu)勢(shì)產(chǎn)生的遺傳機(jī)理,，克隆了對(duì)馬鈴薯育性雜種優(yōu)勢(shì)具有重要作用的顯性效應(yīng)基因PV1，為馬鈴薯雜交育種提供了寶貴的遺傳資源,。

雜種優(yōu)勢(shì)是指雜交子代在生長勢(shì),、生活力、繁殖力,、抗逆性以及產(chǎn)量和品質(zhì)等方面表現(xiàn)出優(yōu)于雙親的特性,，是生物界普遍存在的一種遺傳現(xiàn)象。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,，利用雜種優(yōu)勢(shì)可以培育出更高產(chǎn),、更優(yōu)質(zhì)的農(nóng)作物品種，為保障糧食安全和促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展發(fā)揮重要作用,。

在前期研究中,，“優(yōu)薯計(jì)劃”團(tuán)隊(duì)已經(jīng)建立了二倍體馬鈴薯雜種優(yōu)勢(shì)利用育種體系，但是雜種優(yōu)勢(shì)形成的遺傳機(jī)制尚不清楚,。在該研究中,，研究人員對(duì)雜種優(yōu)勢(shì)顯著的二倍體雜交種“優(yōu)薯1號(hào)”進(jìn)行自交，創(chuàng)制了一份包含1064個(gè)單株的F2分離群體,，可通過組培長期保存,，并進(jìn)行多年多點(diǎn)重復(fù)評(píng)價(jià)，該群體是研究馬鈴薯雜種優(yōu)勢(shì)機(jī)理的理想群體,。研究人員首先廣泛調(diào)查了該群體的多組學(xué)性狀,，包括人工調(diào)查的產(chǎn)量相關(guān)性狀（株高、塊莖大小,、塊莖數(shù)量等）,、基于表型組學(xué)技術(shù)采集的性狀（塊莖高光譜、結(jié)構(gòu)光等）以及塊莖轉(zhuǎn)錄組與代謝組共20,382個(gè)性狀,。通過遺傳與多組學(xué)分析,，鑒定到25,770個(gè)QTL，并構(gòu)建了馬鈴薯系統(tǒng)遺傳學(xué)（Systems Genetics）調(diào)控網(wǎng)絡(luò),。利用該網(wǎng)絡(luò),，研究人員快速高效地鑒定到調(diào)控該群體塊莖茄堿積累的轉(zhuǎn)錄因子GAME9，證明了這套遺傳網(wǎng)絡(luò)在馬鈴薯基因挖掘方面的潛力,。

隨后,，對(duì)鑒定到的所有QTL進(jìn)行雜種優(yōu)勢(shì)效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn),，育性/塊莖產(chǎn)量與代謝物含量呈現(xiàn)出相反的遺傳效應(yīng)?？刂飘a(chǎn)量和花粉育性的QTL主要呈現(xiàn)顯性效應(yīng),，即雜交種的表現(xiàn)優(yōu)于中親值，而控制塊莖代謝物含量的QTL（mQTL）主要呈現(xiàn)隱性效應(yīng),，即雜交種中的含量低于中親值,。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)塊莖中80%的小分子代謝物與干物質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)，雖然多數(shù)mQTL降低了雜合體小分子代謝物的含量,，但對(duì)干物質(zhì)含量卻呈現(xiàn)了正向雜種優(yōu)勢(shì)效應(yīng),，這一現(xiàn)象可能與雜交種對(duì)資源/能量的高效或偏好利用有關(guān)。此外,，研究人員還克隆了一個(gè)具有顯性雜種優(yōu)勢(shì)效應(yīng)的PV1基因，該基因能夠賦予雜交種更好的花粉活力以及結(jié)實(shí)率,。

綜上所述,，該研究通過大規(guī)模的遺傳與雜種優(yōu)勢(shì)分析，闡明了二倍體馬鈴薯雜交種“優(yōu)薯1號(hào)”雜種優(yōu)勢(shì)的遺傳機(jī)理,，為馬鈴薯功能基因挖掘與雜交育種奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),。

基因組所（大鵬灣實(shí)驗(yàn)室）博士后李大偉、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生耿澤棟為該論文的共同第一作者,，基因組所（大鵬灣實(shí)驗(yàn)室）張春芝研究員,、黃三文研究員，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)楊萬能教授為該論文的通訊作者,。該研究得到了廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目,、國家自然科學(xué)基金、中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程,、博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃等項(xiàng)目資助,。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53044-4  

圖1 | 文章研究思路

圖2 | 馬鈴薯產(chǎn)量與代謝物雜種優(yōu)勢(shì)遺傳解析