研讨提醒酿酒酵母杂交劣势的分子机制

杂交劣势是罕见的生物学征象，并被普遍利用于动、动物和食用菌育种中，为环球农牧业的继续减产做出了微小奉献。杂交劣势也始终是迷信研讨的严重课题，自从达尔文最早察看到这一征象之后，对杂交劣势和分子机制的研讨曾经继续了近一个半世纪，提出了各类分歧的假说，包含显性（dominance）、超显性（overdominance）和上位显性（epistasis）等，每一假说都有各自的试验证据支持。为同一分歧的假说和概念，有人提出了能量应用效率假说，但这一假说仅限于实际揣摸，尚缺乏试验证据支持。

酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）作为最罕用的形式真核生物，也越来越多地被利用于杂交劣势的和分子机制研讨中，但分歧的研讨得出的论断分歧。中国迷信院微生物研讨所真菌学国度重点试验室白逢彦团队后期的研讨发现酿酒的家养群体均是纯合体，而来自发酵情况的驯养群体均是杂合体。驯养群体的发酵和抗逆才能均显着进步，阐明驯养群体能够来源于由家养菌株杂交造成的杂合体祖先，从而得到了杂交劣势。为了验证家养菌株杂交可否发生杂交劣势，并提醒杂交劣势的分子机制，本研讨得到了640多株由具备分歧遗传间隔的家养菌株杂交造成的杂合子，发当初40°C下，绝年夜多半杂合子表示出显着的杂交劣势，只有很少数表示为杂交优势。杂交劣势随亲本遗传间隔的添加而添加，但超过一定间隔后，出现降低的趋向，阐明存在一个发生杂交劣势的最适双亲间隔。

代表杂合子和亲本的转录组阐发显示，非叠加基因（NAG）的数目绝对于叠加基因（NA）尽管很少，但在劣势和优势杂合子间存在显着差别，在劣势杂合子中表白程度被上调的NAG，在优势杂合子中被下调，反之亦然。在劣势杂合子中被下调的NAG数目显着高于被上调的NAG数目，但在优势杂合子中则相反。阐明这些NAG与杂交劣势无关。

GO和KEGG阐发发现，在劣势杂合子中被下调而在优势杂合子中被上调的NAG多被富集在与钳制反馈、DNA修复和卵白质质量节制等相关的通路中，阐明优势杂合子必要更多地应答因低温钳制而惹起的DNA毁伤和卵白质合成与折叠差错等，而低温并未对劣势杂合子形成这些侵害。在劣势杂合子中被上调而在优势杂合子中被下调的NAG多被富集在一碳代谢和相关通路中（图2）。这些通路与NADPH天生和还原态维持相关，阐明杂交劣势菌株可更高效地应答低温惹起的氧化压力，而优势菌株则否。

ROS程度测试证明，劣势杂合子细胞内的ROS显着低于优势杂合子和亲本。敲除一碳代谢通路中的症结基因ADE3或MTD1，均可以招致劣势杂合子在40°C下细胞ROS程度和NADP+/NADPH比率的显着升高和成长才能的显着下降。退出ROS肃清剂N-乙酰-L-半胱氨酸，则可以复原敲除株在40°C下的成长才能，也可匆匆进优势杂合子和亲本菌株的成长才能，而对劣势杂合子家养型则无影响，乃至有负作用。阐明应答氧化压力效率的差别是惹起劣势和优势杂合子及其亲本菌株在低温下成长才能差别的症结因素。

总之，本研讨显示，具备适宜间隔的家养酿酒酵母菌株杂交可发生显着的杂交劣势，劣势杂合子可更高效地调控基因表白，在低温钳制下可通过上调一碳代谢为中间的相关代谢通路，无效地维持细胞氧化还原稳态，从而维持细胞的正常成长。与亲本和优势杂合子相比，劣势杂合子因为不必要上调年夜量基因以应答DNA和卵白质毁伤及氧化钳制带来的其他毁伤，也表示出更高的能量应用效率。本研讨提醒了酿酒杂交劣势和低温耐受的新的分子机制，也为动动物杂交劣势分子机制的研讨提供了新的启示和线索。(100yiyao.com）