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中国首席科学家最新Nature文章

【字体： 大中小 】 www.ebiotrade.com时间：2008年11月25日来源：Nature

摘要：

生物通报道，美国德州大学计算机生物学，分子细胞和发育生物学等系联合中国农业大学植物遗传与育种系的科学家解开了植物杂交优势的分子基础机制，最新的成果刊登于11月23日的Nature在线版上。

杂交具有无与伦比的优势，被称为杂交优势，往往杂交的子代会具有一些亲代所没有的优点，比如说比亲代产量更高，种子更大等等。在多倍体植物中也有类似的现象，70%以上的开花植物都是天然的多倍体。杂交优势已经在我们的实际生产上发挥了巨大的作用，比如说杂交水稻，超级杂交水稻，但是杂家优势中的具体科学机制至今未明。

在本研究中，德州大学的Jeffrey Chen教授与中国农业大学的孙其信教授带领的研究小组以拟南芥为研究对象，研究昼夜节律钟基因CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED 1（CCA1）与LATE ELONGATED HYPOCOTYL（LHY）和它们的负调节子TIMING OF CAB EXPRESSION 1（TOC1）以及GIGANTEA（G1）介导的下游基因的表达调节和信号路径。

在白天，杂交第一代的表观调节因子CCA1和LHY诱导TOC1，G1和下游的基因表达，调节代谢途径，与亲代相比，杂交第一代会产生更多的叶绿素。更多的叶绿素则促进植物光合作用，促进产生更多的淀粉沉积，这些都有利于提高杂家子代的优势。

研究者认为，这些发现从分子基础上阐述了杂交植物背后的遗传优势。有利于开发更具有多优秀性能的植物种系。

原文检索：Altered circadian rhythms regulate growth vigour in hybrids and allopolyploids

【Abstract】

Segregating hybrids and stable allopolyploids display morphological vigour, and Arabidopsis allotetraploids are larger than the parents Arabidopsis thaliana and Arabidopsis arenosa—the mechanisms for this are unknown. Circadian clocks mediate metabolic pathways and increase fitness in animals and plants. Here we report that epigenetic modifications of the circadian clock genes CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED 1 (CCA1) and LATE ELONGATED HYPOCOTYL (LHY) and their reciprocal regulators TIMING OF CAB EXPRESSION 1 (TOC1) and GIGANTEA (GI)  mediate expression changes in downstream genes and pathways. During the day, epigenetic repression of CCA1 and LHY induced the expression of TOC1, GI and downstream genes containing evening elements in chlorophyll and starch metabolic pathways in allotetraploids and F1 hybrids, which produced more chlorophyll and starch than the parents in the same environment. Mutations in cca1 and cca1 lhy and the daily repression of cca1 by RNA interference (RNAi) in TOC1::cca1(RNAi) transgenic plants increased the expression of downstream genes and increased chlorophyll and starch content, whereas constitutively expressing CCA1 or ectopically expressing TOC1::CCA1 had the opposite effect. The causal effects of CCA1 on output traits suggest that hybrids and allopolyploids gain advantages from the control of circadian-mediated physiological and metabolic pathways, leading to growth vigour and increased biomass.

孙其信

教授，副校长, 中国农业大学

国家杰出青年科学基金、教育部跨世纪人才基金获得者，农业部有突出贡献中青年专家，1992年起享受国务院政府特殊津贴。现任中国农业大学副校长，国家重点基础研究规划（973）项目“主要农作物杂种优势及其利用的分子生物学基础”首席科学家、国家863计划现代农业主题专家。主要从事小麦雄性不育及杂种优势分子机理、小麦耐热性及其遗传、小麦抗病分子标记定位、小麦基因组及重要经济性状基因定位等方面的研究。

通过对小麦杂交种与亲本自交系之间基因差异表达与杂种优势分子机理的研究，揭示了产生小麦杂种优势的分子基础是杂交种与亲本之间基因的差异表达，并发现调控基因对杂种优势的形成有重要作用，提出杂种优势形成的分子基础可能发生在杂交种种子发育早期。通过对小麦杂种优势群的研究，提出了利用普通小麦与斯卑尔脱小麦种间杂种优势新途径，并证明种间杂交种具有显著的杂种优势。

在国际上他首次将四倍体小麦和六倍体小麦耐热性基因定位在部分同源群2、3和4的染色体上，报道了异源细胞质对小麦耐热性的遗传影响，阐明了异源细胞质在耐热性上存在遗传变异，并发现异源细胞质与核基因型存在显著互作而且表现出明显的核质杂种优势。

在小麦抗病分子标记定位研究方面，他利用分子标记定位了3个抗白粉病新基因和2个抗条锈病新基因，其中2个基因被国际小麦命名委员会命名为Pm30和Pm31。

从事小麦育种工作，育成高产抗病优质小麦新品种5个，通过北京市审定并推广。

此外，还担任多项学术和社会职务，是中国科协全国委员会委员、中国作物学会副理事长、农业部第七届科技委委员、“十五”863计划现代农业主题专家组成员，国家自然科学基金委员会第十届生命科学部专家评审组成员，教育部科技委生命学部副主任、中国作物学会副理事长、中国农业科学院学术委员会委员、北京市第十一届人大代表、《科学通报》特约审稿人、《中国农业科学》编委、《作物学报》编委等。曾获教育部科技进步一等奖1项，农业部科技进步二等奖2项，北京市“五四”奖章。