中国农业大学团队揭示玉米杂种优势的转录“蝴蝶效应”分子机制

摘要：近日，中国农业大学农学院陈绍江教授、刘文欣副教授团队联合中国农业科学院作物科学研究所付俊杰研究员和李明顺研究员，在国际权威期刊《Journal of Advanced Research》上发表了题为"A novel genetic framework reve

近日，中国农业大学农学院陈绍江教授、刘文欣副教授团队联合中国农业科学院作物科学研究所付俊杰研究员和李明顺研究员，在国际权威期刊《Journal of Advanced Research》上发表了题为"A novel genetic framework reveals transcriptional ‘butterfly effect’ underlying heterosis in maize" 的重要研究成果。该研究为“杂种优势”这一重要生物学现象的机理解析提供了全新视角。

杂种优势是自然界广泛存在的一种重要生物学现象，也是水稻、玉米等重要农作物提高产量的关键途径。然而，尽管历经长期广泛的科学研究，杂种优势形成的核心分子机制，特别是转录调控层面仍不清晰。转录（Transcription）是从遗传信息DNA到蛋白质（Protein）发挥功能的关键中间环节，转录表达和调控对植物杂种优势的形成具有重要作用。然而，由于杂种优势的转录水平复杂且易受遗传背景干扰，相关机制难以准确解析。该研究创新性地结合遗传背景极为相近的单片段置换系（SSSL）与全新设计的“双重单因素差减法（DSDS）”分析策略，精巧地剔除背景噪音，在高度受控的遗传框架下成功揭示出隐藏在杂种优势背后的“转录蝴蝶效应”。这一发现为理解作物杂交优势的遗传基础及高效分子设计育种提供了全新理论视角。

该研究标志着我们在揭示杂种优势之谜的道路上迈出了重要一步！结合SSSL的精准遗传材料构型与DSDS策略的噪音消除能力，研究团队不仅为深入剖析杂种优势转录调控机制提供了创新的研究框架，还首次在玉米中提出“转录蝴蝶效应”模型，即微小基因组变异可引发系统性转录响应，进而驱动宏观杂种优势表型。未来，深入发掘更多置换区域内的关键调控基因（如ZmWRKY67等），将有助于进一步揭示玉米杂种优势的完整分子途径，为加速高产、优质、抗逆的优良杂交种选育提供强有力的理论支撑和基因资源。

本研究由玉米生物育种全国重点实验室、中国农业大学农学院、国家玉米改良中心 陈绍江教授、刘文欣副教授团队主导完成。中国农业大学博士生郭宇航、已毕业硕士生卢晓环、已毕业的博士生李冬冬、以及美国阿拉巴马农工大学的Prof.Xianyan Kuang为共同第一作者，刘文欣副教授、李明顺研究员（中国农业科学院作物科学研究所）和付俊杰研究员（中国农业科学院作物科学研究所）为共同通讯作者。中国农业大学陈绍江 教授、宋任涛教授、马泽阳副教授、闫勇老师、硕士生叶欣雨、魏志雪、王铭、王浩瑛、杨小松、以及河北省农林科学院的宋炜研究员为本研究做出了重要贡献。本研究得到国家重点研发计划（2022YFD1200802 和 2016YFD0101201）、河北省玉米现代种业科技创新团队（21326319D）、杨凌种业创新中心重点研发项目（Ylzy-ym-05）、以及中国农科院科技创新工程（CAAS-ZDRW202503）的支持。