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(jī)制
浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院樊龍江教授課題組通過對(duì)一個(gè)油菜雜交組合（雙親及其雜種）生長發(fā)育階段的轉(zhuǎn)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(jī)制。研究結(jié)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(gè)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(yīng)用。解析雜種優(yōu)勢的分子遺傳機(jī)制，是進(jìn)一步提升農(nóng)作物育種效率和空間的重要理論基礎(chǔ)。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(fù)雜的基因組，這導(dǎo)致目前對(duì)油菜雜種優(yōu)勢分子機(jī)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(jìn)行了多個(gè)生長時(shí)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(dǎo)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(dǎo)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(yīng)（defense response）基因表達(dá)量顯著下降，從而影響了子代中的能量流動(dòng)平衡，用于防衛(wèi)反應(yīng)的能量更多的進(jìn)入了生長環(huán)節(jié)，促進(jìn)了植物生長及果實(shí)中的物質(zhì)積累。水楊酸合成通路與生長素激素濃度的變化是導(dǎo)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(dá)的小RNA發(fā)揮了重要調(diào)控作用。非加性表達(dá)的miRNA影響了對(duì)應(yīng)的靶基因（涉及到蛋白質(zhì)磷酸化相關(guān)途徑）的表達(dá)水平，從而參與了雜種優(yōu)勢形成的表觀調(diào)控；?24nt小干擾RNA（siRNA）的非加性表達(dá)導(dǎo)致了子代中基因組甲基化水平的上升，抑制了轉(zhuǎn)座子的表達(dá)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(jī)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(shí)為其他多倍體作物雜種優(yōu)勢分子機(jī)制研究提供了重要線索。
圖1油菜雜種子代F1在三個(gè)生長發(fā)育階段生長素IAA含量及其合成相關(guān)基因表達(dá)變化情況（SAM1——過渡分生組織時(shí)期；SAM2——花分生組織起始時(shí)期；YFB——花發(fā)育時(shí)期）
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浙江大學(xué)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(xiàng)工作得到了國家973項(xiàng)目（2015CB150200）等資助。
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