Molecular Plant：基于质核基因组变异提醒杂交稻的五年夜母本资料类群及杂交育种轨迹

起源：分子动物迷信杰出立异中间 2021-08-19 12:23

中国迷信院院士、中科院分子动物迷信杰出立异中间研讨员韩斌研讨组，在Molecular Plant在线颁发了研讨论文Cytoplasmic and nuclear genome variations of rice hybrids and their parents inform trajectory and strategy of h

中国迷信院院士、中科院分子动物迷信杰出立异中间研讨员韩斌研讨组，在Molecular Plant在线颁发了研讨论文Cytoplasmic and nuclear genome variations of rice hybrids and their parents inform trajectory and strategy of hybrid rice breeding。该研讨基于群体阐发，体系刻画了杂交稻/不育系细胞器基因组图谱，整合细胞核与细胞量变异信息，对水稻不育系进行分类，精密刻画了不育系的多态性特征并讨论了分歧类型不育系的育种轨迹和育种战略。该结果为水稻杂种劣势的造成和应用提供了新见解，为将来的杂交稻设计育种，即为高效创制低劣的杂交组合提供了紧张的资本。

自20世纪70年月，跟着杂交水稻专家、石明松接踵发现人造败育水稻资料并创制三系和两系杂交水稻制种系统，杂种劣势被用于水稻育种，进步了水稻的产量。三系和两系杂交制种系统别离基于细胞质雄性败育（cytoplasmic male sterility，CMS）系和情况敏感型雄性败育（environment sensitive genic male sterility，EGMS）系创制而成。今朝，惹起这两种败育类型的分子机制研讨，较为清晰（Ding et al.， 2012；Fan et al.， 2016；Luo et al.， 2013；Wang et al.， 2006；Yi et al.， 2002；Zhou et al.， 2012； Zhou et al.， 2014）。细胞质雄性不育系和情况敏感型不育系的核基因组特征以及对杂交育种的奉献也有报道（Huang et al.， 2016；Lin et al.， 2020；Lv et al.， 2020）。然而，细胞器基因组作为细胞质雄性不育的紧张参加者，却常在杂种劣势研讨中被漠视，基于群体程度的杂交稻细胞器基因组多态性阐发鲜有报道，且质核互作限定三系不育系核基因组多态性拓展的水平也未见评价。

细胞器基因组因为其母系特征，是体系发育和溯源阐发的紧张对象，可被用于资料精密分类和血缘溯源。本研讨以细胞器基因组为切入点，阐发了1495份杂交稻的细胞器基因组，发现杂交稻/不育系领有五种次要的细胞器类型，且细胞器基因组与不育系核基因组存在联系关系，别离属于五种临盆上普遍使用的不育系：含败育基因WA352c的三系不育系（以野败型不育系为代表）、含orf79的三系不育系（以包台型不育系为代表）、含orfH79的三系不育系（以红莲型不育系为代表）、含粳型细胞器的两系不育系（如农垦58S）和含籼型细胞器的两系不育系（如株1S）。通过细胞器溯源和基于核基因组的Kinship阐发，研讨还发现，不育系细胞器带同核基因组分解的次要起因是：在不育系育种进程中，分歧类型的焦点不育系作为败育资本供体和底盘资料被普遍使用，改进发生一系列亲缘关系较近的衍生资料。基于此，可以将水稻不育系分为五种次要的类型（图1）。此外，该研讨还应用二三代混合组装的办法，对5个代表性细胞器基因组（包含叶绿体和线粒体基因组）进行组装，鉴定并评价了类群特同性序列变异。

后续阐发基于分歧的不育系类群探讨不育系基因组特征和改进育种的分子印迹。该研讨以D2基由于例，提醒了不育系对育性相关基因的固定可带来遗传包袱效应，从而限定育种家对育种偏好基因的使用（图2）。XP-CLR阐发和FST鉴定了分歧类型不育系中趋同和分解选择的位点，并基于这些位点阐发了分歧类型不育系与对应复原系的配组形式。在多半位点上，杂交稻双亲可能完成遗传互补，但有少量位点，如与稻瘟病抗性相关的Pi21基因，与抽穗期和产量相关的Hd3a基因以及与分蘖角度和株型相关的TAC1基因，在含粳型细胞器的两系不育系和对应复原系中均为育种优势基因型（图3）。此外，有少量落于选择旌旗灯号内的基因，其优势基因型在不育系群体中遭到选择，如与壮实率相关的PTB1基因，与柱头外露相关的qSTL3基因。该研讨推测的起因是：参加不育系育种的资本较为狭隘，少量焦点种质资本被作为育种底盘资料而普遍使用，其携带的育种优势基因型便在不育系群体中普遍传达。是以，倒退籼粳杂交稻、挖掘家养稻资本，或可成为冲破杂交稻育种瓶颈的紧张伎俩。(100yiyao.com）

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