这项研究由中国武汉华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室的张启发和欧阳一丹研究组报告。近交衰退是指由于连续近交导致后代纯合性增加而导致的适应性或性能下降,而杂种优势是指由于杂合性增加而导致杂交种优于其亲本。这两个密切相关的现象对作物育种和进化生物学具有根本重要性。尽管对杂种优势有了全面的了解,但近交衰退的遗传基础一直存在争议,特别是在水稻等自花授粉物种中。因此,张启发和欧阳一丹研究组的徐晓东及其同事利用来自优良杂交水稻的连续近交群体,对近交衰退的遗传基础进行了全面剖析。除抽穗期外,所有性状均检测到不同程度的近交衰退,由于世代间杂合度不断减半,从 F 1到 F 5代表现出持续且减少的下降。
以3个穗性状为模型,发现在具有正显性效应的QTL上,如果等位基因的纯合度增加,导致杂交种相对于亲本具有杂种优势,那么这些基因的纯合度会降低后代的性能,并能解释很大一部分近交衰退。这些具有显性效应的位点构成了杂种优势与近交衰退的主要关联。但与杂种优势不同的是,在偏分离区域,具有显性或加性效应的QTL等位基因的传递比例出现偏差,也会改变预期的纯合度,从而导致轻微的衰退效应。当由于偏分离而导致性能较差的等位基因优先转移到后代中时,衰退程度会加重。此外,两位点的相互作用可能会改变目标位点的衰退效应的程度和方向,总体相互作用会促进代际间的近交衰退。此外,在评估代际间的实际近交衰退时,还考虑了近交后背景下的杂合度衰减。我们发现,由于目标基因座的基因型不同,F 2至 F 3代存在不一致或不同程度的背景抑制,这可能会影响由于上位性而导致的基因座实际抑制效应。
综合来看,本研究结果表明近交衰退与杂种优势的遗传结构紧密相关,但内在机制也存在差异,拓展了我们对近交衰退全基因组结构的认识,有助于育种者今后整合高效QTL和杂种优势杂合子,培育高产作物。