自上世纪20年代以来,杂交种子开始应用于多种蔬菜生产,杂种优势在蔬菜上的研究也陆续开展。杂交种在产量、早熟性、生长势和抗逆性等方面往往显著优于自交种。目前,蔬菜杂种优势的遗传机制研究仍然较为薄弱,杂种优势的预测和固定技术尚不成熟,限制了杂种优势的精准高效利用。因此,研究杂种优势的遗传调控机制,梳理杂种优势的预测、固定和大规模制种技术,进而结合分子标记技术和多组学技术,系统提出蔬菜杂种优势利用的育种策略,成为亟待解决的问题。
近日,中国农业科学院蔬菜花卉研究所葫芦科蔬菜遗传育种创新团队在Horticulture Research在线发表了题为Molecularbase and breeding strategies of heterosis reveals importance in vegetablebreeding的综述性文章。该论文全面总结了国内外蔬菜杂种优势的研究进展,并结合模式植物和大田作物的相关理论研究,提出了一套蔬菜杂种优势利用的综合育种策略。
该文总结了杂种优势形成的六种基因调控假说,分析了这些假说的合理性及不足之处,发现多倍体杂种优势的形成具有更加广泛的遗传基础和更为丰富的应用前景。
There are six hypotheses to explain the mechanism of heterosis based on gene effects.
该研究系统回顾了杂种优势相关的表观组学和转录组学研究进展,补充和完善了表观遗传调控的杂种优势理论模型,即当双亲的表观基因组发生重组时,引起杂种F1获得不同于亲本的表观遗传修饰,而表观遗传修饰会影响杂种F1的基因转录表达,二者共同作用使得杂种F1获得杂种优势。
同时,该研究还梳理了杂种优势相关性状的调控基因和QTL,发现杂种优势的形成具有明显的群体特异性,可见根据不同遗传背景选择合适的遗传群体尤其重要。此外,该研究以黄瓜、甘蓝和番茄为例,具体讨论了早熟性、果实大小、果实数目和株型等产量相关性状在杂种优势形成过程中的贡献,为蔬菜产量杂种优势研究提供了参考。
Traits contributing to yield heterosis in cucumber,cabbage, and tomato.
综合上述分析和思考,该论文提出了一套较为完善的蔬菜杂种优势综合育种策略,可为蔬菜杂种优势精准高效利用提供借鉴。
Strategies for heterosis breeding in vegetables (with tomato as an example).
葫芦科蔬菜遗传育种创新团队硕士研究生余道亮为论文第一作者,团队成员薄凯亮副研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划和国家现代农业产业技术体系项目的资助。
传改良国家重点实验室已毕业的周少立博士和李雪博士生为本文的共同第一作者,周道绣教授为通讯作者。赵毓教授也参与该研究工作。本研究得到国家重点研发项目和国家自然科学基金项目的资助。
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