第23卷第3期

2003年 9月河南科技大学学报(农学版)JournalofHenanUniversityofScience and Technology(AgriculturalScience)Vol.23No.3Sep. 2003

文章编号:1008-4673(2003)03-0062-04

植物杂种优势遗传机制的分子遗传学研究进展

李雪林,杨书化,张泽民,郑跃进1211

(1.河南科技大学农学院,河南洛阳471003;2.华中农业大学植物科技学院,湖北武汉430070)

摘要:杂种优势是提高作物产量的重要途径。综述了针对植物杂种优势遗传机制的研究进展与现状,从分子水平上提出了杂种优势与QTL效应、基因组杂合性、基因表达调控及基因组互补的关系,并对植物杂种优势的研究方向进行了展望。

关键词:杂种优势;QTL效应;基因组杂合性;基因表达与调控;基因组互补

中图分类号:Q943文献标识码:A

杂种优势是生物界一种非常普遍的生命现象,也是数量性状的基本遗传表现。实践证明,利用植物杂种优势不仅可以提高作物产量、改善产品品质,而且在提高作物的抗逆性及耐受性方面具有巨大潜力。

自从植物杂种优势的现象被发现以后,其遗传机制的基础研究一直受到人们的极大关注。例如经典的杂种优势遗传机制理论显性假说、超显性假说及上位性互作假说[1~3],其主要内容:(1)等位基因中有利显性基因对有害隐性基因的抑制或补偿作用;(2)等位基因间的相互作用(包括显性、超显性和共显性作用);(3)非等位基因间的相互作用(包括显性互补、显性上位和加性效应等)。但这些理论一方面不能全面解释所有情况下的杂种优势现象,另一方面它们都忽视了胞质基因对杂种优势的影响,因此无法解释正反交F1杂种优势不同的原因。

20世纪90年代以来,国内外许多学者采用分子数量遗传学的方法对不同作物的杂种优势表现进行了大量研究,取得了新的进展,为揭示植物杂种优势的遗传机制提出了新思路。

1 QTL效应与杂种优势

现代分子遗传学和传统的数量遗传学相结合,产生了一门崭新的遗传学科 分子数量遗传学。人们通过定位控制数量性状的基因位点(QTLs),对所定位的QTLs进行系统研究,使得从分子水平理解杂种优势的遗传机理成为可能。DeVicente和Tanksley利用栽培番茄材料(母本)和野生番茄材料(父本)杂交所得的F1进行RFLP研究,F1中没有鉴别出表现杂种优势的性状,却检测到与性状相关的具有显著超显性的数量性状位点(QTL)[4]。F1的株高杂种优势最强,然而与之相关的QTL没有一个表现为

[5]超显性;F1的干重累积量具有杂种优势,并鉴定出两个与之有关的QTL(dw1,dw2),并将这两个QTL回交转移进栽培番茄,获得了超亲个体,且超亲个体的出现与这两个QTL有关。Stuber等利用优良的玉

米单交种分析了杂种优势产生的遗传机制,同时定位了籽粒产量和其他性状的QTLs。结果表明:(1)产量的杂种优势与其基因组中相关QTLs位点的杂合性呈正相关;(2)在所有的两个回交群体中,影响产量的QTLs在基因组中分布区域大致相同,大多数数量性状在杂合子中表现出超显性。因此Stuber等认为:玉米籽粒产量性状杂种优势与位点的杂合性呈正相关(r=0.68)。对单一位点控制的性状表现而言,这种相关关系较小;而对多位点控制的性状而言,这种相关关系会随着位点数目的增加而增强,表现为显性与加性的共同作用(即超显性)。李建雄等研究认为,利用QTLs分析来解释植物杂种优势的遗传基础存在两个问题:(1)所检测到的QTLs数目十分有限;(2)基于单一QTL的效应,忽略了系统的共同作用。依据分子标记可以应用于鉴别与杂种优势有关的QTL并可选择性地将其转换进栽培品种,因此文献[6]认为,这种标记 QTL连锁信息为改良现有组合的杂种优势提供了一条新途径。作者简介:李雪林(1976-),男,河南正阳人,硕士.

收稿日期:2003-04-10