樊龍江教授課題組揭示油菜產(chǎn)量性狀雜種優(yōu)勢表觀遺傳機制
浙江大學農(nóng)業(yè)與生物技術學院樊龍江教授課題組通過對一個油菜雜交組合（雙親及其雜種）生長發(fā)育階段的轉錄組、小RNA（sRNA）、甲基化測序及其分析，系統(tǒng)地揭示了油菜產(chǎn)量性狀雜種優(yōu)勢的表觀遺傳機制。研究結果?“Analysis of transcriptional and epigenetic changes in hybrid vigor of allopolyploid Brassica napus?uncovers key roles for small RNAs” 在線發(fā)表在《Plant Journal》雜志。
種優(yōu)勢是指雜交子代在生長勢、生殖力、產(chǎn)量和抗逆性等多個性狀上優(yōu)于親本的現(xiàn)象，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有著非常廣泛的應用。解析雜種優(yōu)勢的分子遺傳機制，是進一步提升農(nóng)作物育種效率和空間的重要理論基礎。油菜是我國第一大油料作物，在我國油料生產(chǎn)中具有舉足輕重的地位。油菜屬于多倍體植物，具有復雜的基因組，這導致目前對油菜雜種優(yōu)勢分子機制知之甚少。
樊龍江課題組與浙江省農(nóng)科院華水金副研究員合作，利用產(chǎn)量性狀雜種優(yōu)勢顯著的浙江省雜交油菜主栽品種“浙油雜108”及其雙親（ZH3A和浙油50）進行了多個生長時期的雜種優(yōu)勢研究。該研究發(fā)現(xiàn)，油菜角果數(shù)目的增加是導致產(chǎn)量雜種優(yōu)勢產(chǎn)生的主要原因。雜交子代莖尖分生組織中生長素濃度的下降，部分抑制了子代植株的頂端優(yōu)勢，導致分枝能夠產(chǎn)生更多的有效角果，從而增加了產(chǎn)量。在雜種子代中，防衛(wèi)反應（defense response）基因表達量顯著下降，從而影響了子代中的能量流動平衡，用于防衛(wèi)反應的能量更多的進入了生長環(huán)節(jié)，促進了植物生長及果實中的物質積累。水楊酸合成通路與生長素激素濃度的變化是導致雜種子代這一系列變化的主要原因。表觀遺傳分析表明，油菜雜種子代中非加性表達的小RNA發(fā)揮了重要調控作用。非加性表達的miRNA影響了對應的靶基因（涉及到蛋白質磷酸化相關途徑）的表達水平，從而參與了雜種優(yōu)勢形成的表觀調控；?24nt小干擾RNA（siRNA）的非加性表達導致了子代中基因組甲基化水平的上升，抑制了轉座子的表達活性，從而影響了雜種優(yōu)勢的產(chǎn)生。該研究首次揭示了油菜產(chǎn)量雜種優(yōu)勢產(chǎn)生的表觀遺傳機制，為今后油菜育種中雜種優(yōu)勢利用提供了重要理論依據(jù)，同時為其他多倍體作物雜種優(yōu)勢分子機制研究提供了重要線索。
圖1油菜雜種子代F1在三個生長發(fā)育階段生長素IAA含量及其合成相關基因表達變化情況（SAM1——過渡分生組織時期；SAM2——花分生組織起始時期；YFB——花發(fā)育時期）
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浙江大學樊龍江教授為本文的通訊作者，博士生沈一飛為第一作者。浙江省農(nóng)科院華水金副研究員和來自澳大利亞、美國和德國研究者共同參與該研究。該項工作得到了國家973項目（2015CB150200）等資助。
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