上個(gè)世紀(jì)70年代開(kāi)始，我國(guó)育種學(xué)家率先開(kāi)展了水稻雜種優(yōu)勢(shì)利用研究,陸續(xù)通過(guò)三系法、兩系法等途徑培育出大量雜交水稻材料, 包括“汕優(yōu)63”、“兩優(yōu)培九”在內(nèi)的一些高產(chǎn)雜交稻品種得到了大面積推廣,大幅度提高了水稻產(chǎn)量，為我國(guó)的糧食安全做出了巨大貢獻(xiàn)。雜交稻的高產(chǎn)來(lái)自對(duì)水稻雜種優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象的有效利用，在一些優(yōu)異的雜交配對(duì)組合中，雜交稻的產(chǎn)量表現(xiàn)可以大大超越它們的純合親本。雜種優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)生是由雙親基因組互作的結(jié)果，是一種復(fù)雜的生物學(xué)現(xiàn)象，然而這一現(xiàn)象背后的遺傳機(jī)理一直以來(lái)不完全清楚。只有深入了解雜種優(yōu)勢(shì)的遺傳基礎(chǔ)，才能實(shí)現(xiàn)雜種優(yōu)勢(shì)的高效利用,推動(dòng)育種技術(shù)的變革。 

9月8日，《自然》雜志在線刊發(fā)了中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所國(guó)家基因研究中心韓斌研究組、黃學(xué)輝研究組聯(lián)合中國(guó)水稻所楊仕華團(tuán)隊(duì)取得的一項(xiàng)成果，題為“水稻產(chǎn)量性狀雜種優(yōu)勢(shì)的全基因組解析”(Genomic architecture of heterosis for yield traits in rice)。 

這項(xiàng)研究通過(guò)大量的雜交稻品種材料的收集以及對(duì)多套代表性雜交稻遺傳群體進(jìn)行基因組分析和田間產(chǎn)量性狀考察，綜合利用基因組學(xué)、數(shù)量遺傳學(xué)及計(jì)算生物學(xué)領(lǐng)域的最新技術(shù)手段，全面、系統(tǒng)地鑒定出了控制水稻雜種優(yōu)勢(shì)的主要遺傳（數(shù)量性狀或基因）位點(diǎn)，詳細(xì)剖析了三系法、兩系法和亞種間雜種優(yōu)勢(shì)的遺傳機(jī)制。研究表明，這些遺傳位點(diǎn)在雜合狀態(tài)時(shí)大多表現(xiàn)出不完全顯性，通過(guò)雜交育種產(chǎn)生了全新的基因型組合，從而在雜交一代高效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)水稻花期、株型、產(chǎn)量各要素的理想搭配，形成雜種優(yōu)勢(shì)。如傳統(tǒng)三系雜交稻組合中，父本（恢復(fù)系）聚集了較多的優(yōu)良等位基因，綜合性狀配置優(yōu)良；在此基礎(chǔ)上，來(lái)自母本（不育系/保持系）的少數(shù)等位基因則進(jìn)一步改善了水稻植株的結(jié)實(shí)率、穗粒數(shù)（如hd3a基因）及株型（如tac1基因），實(shí)現(xiàn)了雜交組合子一代的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)推動(dòng)雜交稻和常規(guī)稻的精準(zhǔn)分子設(shè)計(jì)育種實(shí)踐有重大意義。利用這項(xiàng)研究成果，科研人員有望進(jìn)一步優(yōu)化水稻品種的雜交改良，實(shí)現(xiàn)對(duì)親本材料的高效選育和配組，服務(wù)于具有高配合力特性的親本材料和聚合雙親優(yōu)點(diǎn)的常規(guī)稻材料的創(chuàng)制和改良，選育出更加高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和多抗的水稻種質(zhì)資源。 

該研究得到了中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)(“分子模塊設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新體系”) 和國(guó)家自然科學(xué)基金委的經(jīng)費(fèi)資助以及中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心的支持。