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杂交种与亲本间基因差异表达与小麦杂种优势分子机理

孙其信;倪中福;吴利民;孟凡荣;王章奎;林展

  农作物杂种优势利用为20世纪全球粮食增产作出了巨大贡献。但对杂种优势的分子机理目前认识很少。我们利用DDRT-PCR技术对小麦不同杂种优势杂交种及其亲本之间基因表达差异进行了研究,发现:①杂交种与亲本相比,基因表达模式发生了明显改变。这些差异表达模式包括:杂交种特异表达、单亲表达基因或双亲表达基因在杂交种中沉默、杂种表达增强、杂种表达减弱、偏高亲表达和偏低亲表达等;②不同发育时期叶片中差异表达基因比例不同。③杂交种不同组织器官差异表达基因比例也有明显不同。④发现一些转录因子基因家族(MADS-Box,GBF),Ser/Thr蛋白激酶基因以及蛋白质翻译起始因子eIF-4A基因在杂交种和亲本之间存在明显表达差异,差异表达比例远高于随机扩增的cDNA片段,如MADS-Box基因差异表达比例达到75%-95%;⑤克隆并测序了4个在杂交种和亲本之间差异表达cDNA,其中AG5为杂交种特异表达基因,编码一种新的RNA结合蛋白。⑥对20个双列杂交种及其亲本之间4种多基因家族基因差异表达分析发现,基因差异表达模式与杂种F1表现不相关,但与一些性状的杂种优势存在显著相关,其中,杂交种特异表达基因比例与某些农艺性状的杂种优势呈显著正相关,而亲本基因在杂交种中沉默比例与某些农艺性状的杂种优势呈显著负相关。这些研究结果初步证明,杂交种与亲本之间基因表达改变在杂种优势形成中起非常重要的作用。……