华中农大张启发院士PNAS文章

          来自华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室和国家植物基因研究中心的研究人员日前在新研究中解析了一种良种杂交稻中产量杂种优势遗传组成，相关论文“Genetic composition of yield heterosis in an elite rice hybrid”发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上。

我国植物遗传和分子生物学家，华中农业大学作物遗传改良重点实验室主任张启发院士是这篇文章的通讯作者。张启发院士课题组长期致力于水稻基因组研究，旨在通过植物基因组分析、重要基因的分离克隆、杂种优势的遗传和分子基础、作物品种资源的分子评估及应用分子生物学技术进行水稻改良。

杂种优势是指遗传组成不同的两个亲本杂交所产生的F1代在生活力、生长势、抗逆性、丰产性以及适应性等一个或多个方面优于双亲的现象。杂种优势现象zui早于十八世纪中期由德国学者Kolrevter在烟草种间杂交时发现。此后在不同的动、植物中陆续被发现和利用，已成为生物界普遍存在的十分重要的生物学现象。自二十世纪三十年代美国在生产上推广杂交玉米以来，杂种优势在主要农作物和许多园艺作物的生产上得到广泛应用，取得了巨大的成功，成为提高作物产量的主要途径。尽管对杂种优势的各个方面进行了大量遗传研究，但杂种优势的生物学机理仍阐释不全面，因此，深入探索杂种优势的分子机理对于作物遗传改良和育种实践具有重要意义。

在这篇文章中，研究人员利用源自一个良种杂交稻的“永生F2”种群重复田间试验的数据解析了产量遗传组成，并生成了组成性状。以利用种群测序构建出的超高密度的SNP基因分型图（bin map）为基础，研究人员计算了整个基因组中的单位点（single-locus）以及超显性遗传效应，鉴别了有关杂种优势的遗传组成。

研究结果显示遗传组成的相对分布随性状而不同。超显性/假超显性是产量、每个圆锥花序谷粒数量和谷重杂种优势的zui重要贡献因子。优势×优势的相互作用对于每株植物的分蘖和谷重杂种优势非常重要，并对产量和谷物数量起作用。单位点优势对于所有性状具有相对小的贡献。

这些结果表明这些组成的累积效应或可充分解释杂交种中杂种优势的遗传基础。

作者简介：

张启发

男，1953年12月出生,湖北*人。博士，教授、博士生导师。现任华中农业大学生命科学技术学院院长。中国科学院院士。1976年毕业于华中农学院，1985年获美国加利福尼亚大学戴维斯分校博士学位，1985-1986: Post-doctoral fellow, University of California, Davis, California, USA，1999年当选为中国科学院院士。2007年当选美国国家科学院外籍院士。

社会兼职：

中国科学技术协会副主席

第三世界科学院院士

美国国家科学院外籍院士

华中农业大学农学系作物遗传育种学科长江学者特聘教授

生命科学技术学院院长

作物遗传改良国家重点实验室主任

美国弗吉尼亚理工学院暨州立大学兼职教授

美国麦克耐特基金会植物学合作计划专家委员会委员

美国洛克菲勒基金会水稻生物技术合作计划科学顾问委员会委员

教育部“长江学者奖励计划”*特聘教授

国家重点基础研究发展规划“973”项目的科学家

亚洲水稻生物技术合作网络指导委员会主席

研究领域和学术专长：

主要从事分子遗传学和基因工程研究。

近年的主要研究方向为作物改良的分子遗传学，研究领域包括植物基因组分析、重要基因的分离克隆、杂种优势的遗传和分子基础、作物品种资源的分子评估及应用分子生物学技术进行作物改良等。植物遗传和分子生物学家。

张启发院士从事农业教学科研工作26年来，主持承担了“863”计划、国家自然科学基金、农业部、教育部、中国水稻基因组研究计划、美国洛克菲勒基金会水稻生物技术项目等二十余项重大（点）研究项目。

近五年来发表的学术论文及专著：

在学术刊物上发表论文90余篇，其中70篇发表在SCI收录杂志上;在学术会议上发表论文70余篇，在重要学术会议上作大会报告和特邀报告15次;发表论文在SCI收录杂志上被引用500余次。

原文摘要：

Genetic composition of yield heterosis in an elite rice hybrid

Heterosis refers to the superior performance of hybrids relative to the parents. Utilization of heterosis has contributed tremendously to the increased productivity in many crops for decades. Although there have been a range of studies on various aspects of heterosis, the key to understanding the biological mechanisms of heterotic performance in crop hybrids is the genetic basis, much of which is still uncharacterized. In this study, we dissected the genetic composition of yield and yield component traits using data of replicated field trials of an “immortalized F2” population derived from an elite rice hybrid. On the basis of an ultrahigh-density SNP bin map constructed with population sequencing, we calculated single-locus and epistatic genetic effects in the whole genome and identified components pertaining to heterosis of the hybrid. The results showed that the relative contributions of the genetic components varied with traits. Overdominance/pseudo-overdominance is the most important contributor to heterosis of yield, number of grains per panicle, and grain weight. Dominance × dominance interaction is important for heterosis of tillers per plant and grain weight and has roles in yield and grain number. Single-locus dominance has relatively small contributions in all of the traits. The results suggest that cumulative effects of these components may adequay explain the genetic basis of heterosis in the hybrid