水稻杂种优势遗传与分子基础

过去40年,我国水稻杂种优势利用取得了举世瞩目的成就.近20年来,水稻杂种优势的遗传基础研究也取得系列进展.无论是杂种优势的显性学说,超显性学说还是上位性学说,都找到了分子遗传学的证据.归结起来看,亚种间或者亚种内杂交组合的各种效应的重要性可能不同,但似乎没有必要排斥各遗传效应在杂种优势遗传基础中的作用.杂种优势的预测经历了借助分子标记、QTL、代谢物和其他组学的不同时期,杂种优势预测的准确性在逐步提高.但是,生态适应性杂种优势遗传基础解析几乎没有开展,亟待加强.重要杂种优势基因的分子机制解析将势必进一步揭示杂种优势的分子基础,提高强优势组合选配效率.     

水稻杂种优势的转录组基础

在杂交种中,亲本等位基因的表达将会发生变化,导致杂交种转录组活性不同于亲本.通过比较杂交种与亲本之间的转录组活性差异,鉴定出这些差异的调控因子并建立起其与表型差异的联系,就可能从分子水平上解析杂种优势形成的机理.在水稻杂交种全基因组基因差异表达分析的不同研究中,由于所采用转录组分析平台和实验取材组织器官等的差异,所鉴别出来的差异表达基因及其在杂交种中的表达变化模式各不相同.然而,某些研究也揭示了一些共性的结果,主要体现在水稻杂交种中差异表达基因的生物学功能在光合作用、碳水化合物代谢和能量代谢途径中富集.对于导致水稻杂交种转录组活性变化的原因,可以从基于基因启动子区顺式调控元件和与其相结合的反式作用因子的遗传调控机制,以及从基于DNA甲基化、组蛋白修饰和小RNA的表观遗传调控机制两方面来进行解释.今后在水稻杂交种转录组活性变化的分析中,需要针对特定的生物学性状来进行,并提高基因差异表达分析的精确性和特异性.此外,由于杂种优势是多个数量性状的综合体现,可以将全基因组的基因差异表达分析与杂种优势的QTL(quantitative trait loci,数量性状位点)定位及GWAS(genome-wide association studies,全基因组关联分析)等数量遗传学方法相结合,以对水稻杂种优势分子机理进行深入解析.     

型式遗传与杂种优势

结合现代分子生物学的最新研究进展之一———型式遗传 ,并作进一步设想 ,认为型式遗传的组成包含保守的与不保守的两大部分 .若两亲本遗传背景差异越大 ,那么型式遗传中 ,尤其不保守的型式遗传部分差异也就越大 ,因而在两者的后代中受其差异的影响也越大 ,在一合子中相互影响作用也越大 ,杂种优势也就越大 ,并提供了相关的实验事实依据 .     

一个小麦强优势组合的杂种优势遗传基础解析

北方冬麦区骨干亲本农大3338与京冬6号组配的杂交F1代,在株高和千粒重等方面表现较强的中亲杂种优势.为解析该组合杂种优势形成的遗传基础,利用农大3338和京冬6号构建了双单倍体(doubled haploid, DH)群体,并利用DH群体衍生了一套包含283个杂交组合的小麦永久F₂群体,在两个不同环境下进行杂种优势评价.利用包含单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)和简单重复序列(simple sequence repeat, SSR)分子标记的高密度整合遗传连锁图谱,基于完备区间作图法,对永久F₂群体在两个环境下的株高、千粒重、中亲优势值和相应的BLUP值进行全基因组数量性状基因座(quantitative trait locus, QTL)定位和上位性互作分析.共检测到32个株高QTL和25个千粒重QTL,分别解释0.54%～36.05%和0.87%～25.78%的表型变异,包含加性效应、显性效应和超显性效应位点,其中2D、4B、4D和6A染色体上存在稳定主效QTL,主要以加性效应为主....     

数学与遗传学

许多人以为数学与遗传学没有关系或关系不大,其实这种看法不符合事实,数学与遗传学不仅有关系,而且关系十分密切.下面我们谈谈它们之间的相互关系以及这两门不同学科之间“杂交”所带来的好处.     

量化分析水稻杂种优势及杂交稻改良育种的遗传基础

<正>杂种优势指遗传差异的双亲杂交产生的子一代,在生长速率、产量和适应性等方面优于双亲的现象.该现象在自然界中普遍存在,被广泛应用于农业领域,改良作物的关键农艺性状.水稻是重要的粮食作物之一,人类日常总卡路里摄入量的21%来自水稻,在东南亚地区该比例更是高达76%^[1].     

优生学与人种遗传学

优生学是一门应用科学,它运用遗传学的原理和方法,通过社会控制,来改善人类的遗传素质,因而与人类福利有最直接的关系。该学科诞生于1883年,今年正好是一百周年。在整整一个世纪里,它经受了相当曲折的历程,近年来医学遗传学突飞猛进的发展,不仅使优生学有了坚实的理论基础,而且大大地促进了它的进程。当今世界各国都十分重视优生问题,就连一度反对最甚的苏联,也开始意识到提倡和实施优生的重要意义,并于1978年提出要采取措施来改善人民的先天本能,以减少或消除不良遗传因素的影响。在我国,计划生育是一项基本国策,要求在控制人口数量的同时强调提高人口的质量。这为我中华民族的优生工作和优生学发展提出了很高的要求。不仅要求优生学家、遗传学家、医师和计划生育工作者密切协作以作出贡献,而且需要社会各界尤其是广大群众的关心和实施。因此应《自然杂志》编辑部的邀请,我们组织了有关优生学的文章推荐给广大读者。这组文章首先介绍了以医学遗传学为基础的现代优生学的特征,然后从精神病、眼科疾患、血型等多方面对优生问题进行广泛深入的讨论分析,最后从群体角度,即从全局出发提出改善人类遗传素质的建议。读者从中可较为全面地了解现代优生学的新貌。文章深入浅出,均为有关专家撰写,在当今大力推行和宣传计划生育之际,《自然杂志》发表这样一组文章是相当及时的,为了我中华民族子孙万代的健康成长,让我们人人都来关心优生,提倡优生,实施优生吧!     

遗传学

之所以人是人,土豚是土豚,卷心菜是卷心菜,都与一种称为DNA的细长螺旋分子有关。DNA是税氧核糖核酸的简称。DNA存在于所有生命体内。当然,也包括你,你体内的民用工业细胞都含有这类分子。在这些细长的螺旋链里,拥有称为基因的指令组。你身上大约有3-5万个基因。它们成对出现,一个来自父亲,另一个来自母亲。每一个基因都是一个小蓝图,带有父母“写下”的指令,以告诉你的细胞如何创造出独特的你。     

遗传学与人类中的非人性

法国社会科学院高级研究员Michel博士最近刚访问我国。这一篇是Michel博士赠送的论文之一。这篇文章认为当代许多科学技术引起的问题实质上还是哲学的传统问题。因此从哲学的高度来认识有助于解开当代技术引起的困惑。文章还从哲学上对海德格尔的存在主义思想对技术的责难进行了批判。分子遗传学深刻地改变了关于人的同一性及人在宇宙中的地位的经典观念。如果打破种间杂交的壁障,经典的人类形象将会变成什么样?克隆技术,尤其是向哺乳类植入异类的基因,这对人类意味着什么?如果向胚胎注入异体基因产出的后代将有十个,八个双亲。这一连串的古怪现象及令人不安的结果对科学家有着不良的影响。因此,遗传研究必然反映为新的现象秩序的影响。本研究即以这些技术的共同本质,向人类世界导入非人性的因素,作为基础;承认向非人性转移的意义;对“非人性”进行正确的解释。     

表现遗传学与人类基因组

人类基因组测序计划完成后，科学家们利用已知的人类基因组序列开始了新一轮的生物学研究热潮，其中的研究热点之一就是揭示调节基因表达的根本原因。同时，随着对实验动物特别是克隆动物生物学性状的了解以及人们对众多疾病的深入研究，科学家发现．除了基因组DNA外．还有基因组之外的大量遗传学信息调控着基因的表达，     

遗传学与医学的未来

近年来,我们对遗传特别是对人类遗传的基本过程有了很多的了解。这些进展正被应用于医学实践。同时,人们已日益意识到遗传疾病是一个沉重的负担,并且,染色体组对胎儿死亡、先天性畸形、癌症和其他给人类带来灾难的慢性疾病有极大的影响。总之,遗传学对于医学具有重要的意义。从病因学上讲,所有疾病都可看作是与遗传因子相关连的。一些疾病主要是由遗传因子(多因子、染色体、单个基因)引起;另一些疾病则主要是由环境因子引起,如结核病等一些感染性疾病。但是,任何一种疾病都有其遗传和环境这两种致病因子,只不过它们在每种疾病中的程度各不相同而已。因此,遗传病是指那些主要由遗传因素导致的疾病。     

生物物理遗传学

生物物理学还不是一门成熟的学科,它的界限和定义至今仍不能明确地予以规定,综合诸学者的见解,笔者认为,生物物理学乃是应用特殊物理仪器和方法(所谓特殊是从历史角度来谈的,指当时除物理学工作者或物理实验室外,一般生物医学工作者或其实验室尚不能独立操纵的仪器和方法),以及运用物理概     

数量遗传学与植物选育种

植物遗传性状的变异有两种:一种是具有明确界限,表现为不连续变异的性状,称为质量性状,如桃的黄肉和白肉,豌豆的红花与白花;另一种是需要有重量、长度等计量单位来度量,表现为连续变异的性状,称为数量性状,如产量高低,果实大小,植株高矮等。质量性状是由一对或少数几对基因所控制,在杂种后代分离群体中可明确分组,根据基因作用机制     

四维遗传学与耗散结构

从四维时空的概念出发,意大利遗传学家吉达提出了四维遗传学的论点,提醒人们从时空复合的观点出发,探讨生物的遗传问题,并形成基因空间子与时间子的假说。耗散结构学说则是比利时物理学家普里戈金关于非平衡热力学和非平衡物理学的一个科学理论(本刊3卷1期已发表昔里戈金的《从存在到演化》一文,可参阅)。本期吕宝忠同志一文认为只有将相对论、非平衡热力学和非平衡统计物理学的概念、观点和方法渗透到遗传学的研究中去,才能将四维遗传学上升为严谨的科学理论。