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《杂交表观基因组揭示亲本遗传差异塑造甘蓝型油菜耐盐杂种优势》

  • 来源专题：生物育种
  • 编译者： 季雪婧
  • 发布时间：2025-09-08

  • 这项开创性研究揭示了甘蓝型油菜(Brassica napus，AACC基因组，2n=38)耐盐杂种优势的表观遗传奥秘。科研人员采用多组学联用策略，系统追踪了盐胁迫过程中染色质开放状态(ATAC-seq)和基因表达谱的动态重编程。令人振奋的是，杂交后代展现出比亲本更活跃的表观基因组特征——染色质可及性区域显著扩展，转录调控网络更为灵敏。这种"表观遗传聚集"现象与亲本遗传互补协同作用，使杂交种能够优先调用优势等位基因应对盐胁迫。深入分析发现，盐响应基因通过完全显性、部分显性和超显性等非加性遗传效应，构建出独特的适应机制。该发现不仅为作物抗逆育种提供了新思路，更从表观遗传维度丰富了杂种优势理论框架。


  • 原文来源：http://www.ebiotrade.com/newsf/2025-9/20250907001217306.htm
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相关报告

  • 《科学家破解水稻杂种优势基因》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：liuxiaoling01
    • 发布时间：2019-08-08
    • 　　7月5日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所国家基因研究中心韩斌研究组与上海师范大学黄学辉研究组、中国水稻所和福建农科院合作在《自然-通讯》（Nature Communications）杂志上发表了题为Dissecting a heterotic gene through GradedPool-Seq mapping informs a rice-improvement strategy 的研究论文。该研究开发了一种新的数量性状（QTL）定位方法，并快速克隆到水稻产量性状杂种优势基因GW3p6（OsMADS1），为杂种优势育种和品种改良提供了新的策略。 　　杂种优势育种极大地提高了粮食产量，为解决粮食危机做出了巨大贡献。该研究组之前的工作已经揭示了水稻产量相关的杂种优势遗传机制：杂种优势的遗传机制不是由于双亲基因“杂”产生的超显性互作效应，而是主要基于双亲优良基因以显性和不完全显性的聚合效应。然而，与水稻产量杂种优势相关的优良基因所知甚少，之前尚没有水稻杂种优势基因（Heterotic gene）或QTL被克隆，其中一部分原因就是克隆杂种优势基因非常耗时耗力。 　　韩斌研究组以此为出发点，开发了一套新的数量性状基因定位方法—GradedPool-Seq（GPS）。该方法基于F2样品材料混合池测序的策略，直接从表型差异大的双亲F2后代中精确定位基因。该方法不仅提高了定位基因的分辨率，而且大幅度降低了成本。通过该方法，成功在多套杂交稻群体中定位到已知与未知的杂种优势相关基因，并且在“广两优676”杂交稻F2群体中定位到与千粒重相关的杂种优势基因GW3p6。进一步图位克隆发现来自于雄性不育系（母本）中的GW3p6是OsMADS1的等位基因，并且GW3p6剪切方式的改变造成粒重与产量的增加。通过构建近等基因系发现，GW3p6显著提高水稻产量、增加粒重和粒长，但是不影响其他农艺性状。同时将GW3p6与另一个分蘖相关杂种优势基因PN3q23聚合，进一步提高了水稻产量。这些结果证明在自交系中聚合优良的纯合型杂种优势基因，可以不通过培育杂交稻的方式，同样实现杂种优势类似的产量增加。另外GPS方法与该研究也为杂种优势育种以及品种改良提供了新的高效设计育种思路。 　　分子植物卓越中心博士生王长盛和唐诗灿为该论文的共同第一作者，韩斌与黄学辉为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和中国科学院先导B项目的资助。
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  • 《华中科大揭示干旱胁迫基因参与甘蓝型油菜油脂积累的机制》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：zhangyi8606
    • 发布时间：2019-04-29
    • 甘蓝型油菜（Brassica.napus）是最为重要的油料农艺作物之一，研究其油脂的合成和代谢对于培育高含油量的油菜品种具有重要意义。在模式植物拟南芥和甘蓝型油菜中，油脂主要是以甘油三酯（triacylglycerols，TAGs）的形式储存在种子里。目前，针对促进油脂积累研究多集中在甘油三酯合成和降解方面。干旱胁迫会对植物生长产生不利影响，但干旱胁迫响应基因在植物油脂合成和代谢方面的作用与机理则研究相对较少。 4月10日，华中科技大学生命科学与技术学院栗茂腾教授课题组在Plant Biotechnology Journal在线发表了题为Droughtresponsive genes, late embryogenesis abundant group3 (LEA3) andvicinal oxygen chelate (VOC), function in lipid accumulation inBrassica napusand Arabidopsismainly via enhancing photosynthesis efficiency and reducingROS的研究论文。本文揭示了干旱胁迫基因LEA与VOC可通过提高光合效率，降低活性氧对植物细胞的伤害，从而保证了干旱情况下甘蓝型油菜与拟南芥中含油量的稳定，以及提高了正常环境下种子中油脂的积累。 LEA作为一个小分子蛋白，在非生物胁迫中可起到稳定细胞膜结构和中和因胁迫脱水而增加的离子的作用，从而使得细胞内的胞内渗透压环境保持稳定。甲基乙二醛（methylglyoxal，MG）是碳水化合物和油脂新陈代谢过程中产生的有害副产物，VOC基因主要编码蛋白为甲基乙二醛酶I（GlyoxalaseI，GLYI），其可在谷胱甘肽的作用下可以对MG起到降解和转化，从而帮助植物应对非生物胁迫。在这项最新的研究中，栗茂腾教授研究团队首先从甘蓝型油菜（AACC，2n=38）克隆了干旱胁迫相关基因BnLEA和BnVOC各4个拷贝，以及拟南芥同源的AtLEA与AtVOC基因，并分别构建了种子特异表达启动子和CaMV35S启动子的超表达载体；结果显示在拟南芥中超表达LEA和VOC基因的转基因后代不仅抗旱性增强，而且种子含油量也有了显著提高。同时，种子千粒重也有所提高；而拟南芥atlea3突变体和AtVOC基因的RNA干扰后代在干旱胁迫下的抗旱性和含油量则均明显下降，突变体遗传回补则可明显使抗旱性和含油量表型回补。热成像与显微切片结果显示，atlea3与AtVOC-RNA干扰后代的种子发育和叶表形态温度等均会受到干旱影响。同时，在甘蓝型油菜中也进行了多个拷贝的BnLEA与BnVOC的超表达载体、BnLEA与BnVOC的RNA干扰载体进行了遗传转化，在转基因后代出现了相应的抗旱性与含油量的表型。并且，相比于正常生长栽培环境，在干旱胁迫的情况下，LEA与VOC基因的对含油量对作用效果更为显著。为进一步验证LEA与VOC基因的功能，对单基因的拟南芥和甘蓝型油菜转基因后代均进行了杂交，包括正向调控株系和反向调控株系。相比于单基因的转基因后代，杂交后代的含油量表型变化更为显著。这说明作用机制不同的干旱胁迫响应基因均可对植物油脂的积累产生影响。 为揭示干旱胁迫基因在油脂积累中的作用机理，本文选取超表达BnLEA，BnVOC，AtLEA，AtVOC以及atlea3突变体和AtVOC-RNAi植株的种子和叶片，进行了长期和短期干旱胁迫下多个组合的转录组测序分析。结果表明，LEA基因可使光合作用相关路径、油脂合成网络路径上的基因表达上调；而VOC基因则可在油脂降解、乙醛酸代谢以及含氧化合物代谢网络上起到作用。针对转录组测序获得的差异表达结果，通过进一步的光合效率测定以及活性氧代谢系统中相关酶学和代谢物实验验证，证实了LEA基因可以在干旱胁迫的情况下，通过稳定细胞膜结构，使得胁迫环境下油脂合成可以正常进行，并有效提高光合效率，产生更多的有机物供给，实现植物油脂合成的增加。VOC基因可以降低甲基乙二醛和活性氧的含量，并使下游的油脂降解降低，从而促进了植物种子中油脂的积累。本研究结果为油料作物的含油量的改良育种提供了新的思路和依据。 本论文的通讯作者为华中科技大学栗茂腾教授，第一作者为梁语博士，来自华中科技大学的大学生创新创业训练计划项目小组成员，山东师范大学，湖北工程学院，黄冈师范学院的研究者也参加了相关研究工作。本研究得到国家973项目、国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。
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