雜交水稻國家重點實驗室（武漢大學(xué)）在水稻雜種優(yōu)勢研究方面取得新進展
2021年10月5日，雜交水稻國家重點實驗室、武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院黃文超副研究員小組在植物學(xué)領(lǐng)域知名雜志《Plant Physiology》（IF= 8.340）發(fā)表了雜種優(yōu)勢研究的新進展，論文題目為“The metabolomic landscape of rice heterosis highlights pathway biomarkers for predicting complex phenotypes”。 武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后但志武為論文第一作者，黃文超副研究員為通訊作者，該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、國家水稻產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系和中國博士后科學(xué)基金的資助。
該研究首先利用機器學(xué)習(xí)的方法，分別鑒定了水稻雜交后代F1的單株產(chǎn)量、結(jié)實率、分孽數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和株高六個重要農(nóng)藝性狀的雜種優(yōu)勢相關(guān)代謝分析物，發(fā)現(xiàn)不同性狀重疊的代謝分析物決定了其在表型水平的相關(guān)模式，且四個產(chǎn)量成分性狀和株高協(xié)同貢獻于產(chǎn)量雜種優(yōu)勢；緊接著，對高、低雜種優(yōu)勢個體進行差異代謝網(wǎng)絡(luò)分析后發(fā)現(xiàn)，顯著富集的代謝通路主要來自于氨基酸代謝和碳水化合物代謝，且二者表現(xiàn)出相反的調(diào)節(jié)趨勢；基于所研究性狀之間重疊的代謝通路，繪制了水稻生殖性狀和營養(yǎng)性狀雜種優(yōu)勢的代謝組學(xué)景觀，并利用產(chǎn)量雜種優(yōu)勢顯著富集代謝通路的代謝水平，開發(fā)出產(chǎn)量雜種優(yōu)勢的代謝通路生物標(biāo)志物，用于預(yù)測來自于不同環(huán)境下不同群體雜交后代F1的產(chǎn)量雜種優(yōu)勢。總之，該研究初步揭示了氨基酸代謝和碳水化合物代謝之間、營養(yǎng)性狀和生殖性狀之間的平衡，在產(chǎn)量雜種優(yōu)勢中的貢獻。同時，由于代謝通路生物標(biāo)志物涵蓋了通路水平的整體信息，在預(yù)測模型中同時納入了顯著和“不顯著”的預(yù)測變量，因此可以緩解分子異質(zhì)性和環(huán)境差異對預(yù)測能力的影響，進而為輔助選育高產(chǎn)及廣適型雜交水稻提供了新思路。
圖1 參與水稻雜種優(yōu)勢的代謝通路以及代謝水平
據(jù)悉，該小組十二年前就在朱英國院士的帶領(lǐng)下開始水稻雜種優(yōu)勢研究，聚焦在紅蓮型雜交水稻和水稻秈粳亞種雜種優(yōu)勢這兩方面。2015年，課題組成功克隆到紅蓮型雜交水稻的新恢復(fù)基因Rf6并初步解析了其分子機理，相關(guān)成果在PNAS上發(fā)表；2019年，他們發(fā)現(xiàn)代謝分子可進行水稻雜交后代F1的表型預(yù)測，構(gòu)建了預(yù)測模型并成功對F1的千粒重進行了預(yù)測，相關(guān)成果發(fā)表于工程技術(shù)領(lǐng)域重要雜志《Plant Biotechnology Journal》（IF= 9.803）。
論文鏈接：https://academic.oup.com/plphys/article/187/2/1011/6298605
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點或證實其真實性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系我們及時修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com