雜交子一代在生長勢、適應性、產量、抗性、品質等方面優(yōu)于雙親的現象在生物學中被稱為雜種優(yōu)勢。根據雜種優(yōu)勢的原理，育種學家通過有效的雜交配組可以實現農產品產量的顯著提高。上個世紀70年代開始，我國育種學家率先開展了水稻雜種優(yōu)勢利用研究，陸續(xù)通過三系法、兩系法等途徑培育出大量雜交水稻組合, 包括“汕優(yōu)63”、“兩優(yōu)培九”在內的一系列高產雜交組合得到大面積推廣，大幅度提高了稻谷產量，為我國的糧食安全做出了巨大貢獻。雜交稻的高產來自對水稻雜種優(yōu)勢現象的有效利用，在一些優(yōu)異的雜交配對組合中，雜交稻的產量表現可以大大超越它們的純合親本。雜種優(yōu)勢的產生是由雙親基因組互作的結果，是一種復雜的生物學現象，然而這一現象背后的遺傳機理一直以來不完全清楚。長期以來，植物雜種優(yōu)勢遺傳機制的研究又被稱為是植物遺傳學研究的“圣杯”（Holy grail）。只有深入了解雜種優(yōu)勢的遺傳基礎，才能實現雜種優(yōu)勢的高效利用，推動育種技術的變革。

　　9月8日，《自然》雜志以長文形式（Article）在線刊發(fā)了中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態(tài)研究所國家基因研究中心韓斌研究組、黃學輝研究組聯合中國水稻研究所楊仕華研究組取得的一項成果，題為《水稻產量性狀雜種優(yōu)勢的全基因組解析》(Genomic architecture of heterosis for yield traits in rice)。

　　這項研究通過對1495份雜交稻品種材料的收集幾乎包括了絕大部分中國雜交稻優(yōu)良品種以及對17套代表性遺傳群體進行基因組分析和田間產量性狀考察，綜合利用基因組學、數量遺傳學及計算生物學領域的最新技術手段，全面、系統(tǒng)地鑒定出了控制水稻雜種優(yōu)勢的主要基因位點，分析了純合基因型（父本或母本基因型）和雜合基因型（父/母本性）的遺傳效應，詳細剖析了三系法、兩系法雜交稻和亞種間雜交稻雜種優(yōu)勢的遺傳基礎，最終解析了水稻雜種優(yōu)勢的分子遺傳機制。進一步研究表明，水稻雜種優(yōu)勢的表現正是由這些鑒定的基因位點所決定的。而且，控制水稻雜種優(yōu)勢的遺傳位點在雜合狀態(tài)時大多表現出不完全顯性，通過雜交育種產生了全新的基因型組合，從而在雜交一代高效地實現了對水稻花期、株型、產量各要素的理想搭配，形成雜種優(yōu)勢。如傳統(tǒng)三系雜交稻組合中，父本（恢復系）聚集了較多的優(yōu)良等位基因，綜合性狀配置優(yōu)良；在此基礎上，來自母本（不育系/保持系）的少數等位基因則進一步改善了水稻植株的結實率、穗粒數（如hd3a基因）及株型（如tac1基因），實現了雜交組合子一代的優(yōu)勢表現。這些發(fā)現對推動雜交稻和常規(guī)稻的精準分子設計育種實踐有重大意義。利用這項研究成果，科研人員有望進一步優(yōu)化水稻品種的雜交改良，實現對親本材料的高效選育和配組，服務于具有高配合力特性的親本材料和聚合雙親優(yōu)點的常規(guī)稻材料的創(chuàng)制和改良，選育出更加高產、優(yōu)質和多抗的水稻種質資源，對實現高效的分子設計雜交育種有重要的指導意義。該成果既是一項“用得上、有影響”的重大應用基礎性成果，也是植物基礎前沿科學研究的重大理論突破。

　　該項研究得到了中科院先導專項(“分子模塊設計育種創(chuàng)新體系”) 和國家自然科學基金委等項目資助以及中科院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心的支持。該項研究是中科院先導專項“分子模塊設計育種”的重大研究任務，也是中科院分子植物卓越創(chuàng)新中心“作物復雜性狀和雜種優(yōu)勢分子機制”研究方向的重大研究目標。

雜交水稻成熟的大穗(龔俊義提供) 

雜交稻開花期性狀的遺傳分析