記者23日從中國科學院昆明動物研究所獲悉，該所張亞平院士團隊近期聯(lián)合國內外畜牧研究團隊，在家牛雜交育種領域取得重要突破，揭示了家牛雜交群體中線粒體DNA與核基因組的相互作用規(guī)律，并提出了基于核質互作的雜種優(yōu)勢預測新方法。相關研究成果發(fā)表在國際生物學刊物《分子生物學與進化》。
雜交育種是農業(yè)生產(chǎn)中提升生產(chǎn)性能、保障糧食安全的關鍵技術。通過引入遺傳關系較遠的親本進行雜交，雜交后代往往能夠表現(xiàn)出優(yōu)于親本的生產(chǎn)性能，這種現(xiàn)象被稱為雜種優(yōu)勢。然而，雜種優(yōu)勢的遺傳機制復雜，其預測一直是技術瓶頸。此外，雜交育種中還可能產(chǎn)生一些劣勢，如繁殖力下降、生長發(fā)育受阻等，這些現(xiàn)象通常與線粒體與細胞核之間的不兼容有關。
線粒體DNA與核基因組遵循不同的遺傳模式，它們之間的相互作用對維持線粒體功能至關重要。遠緣物種雜交可能導致線粒體與核基因組之間的不匹配，進而影響線粒體功能，產(chǎn)生雜交劣勢。因此，如何協(xié)調雜交后代的線粒體與核基因組的匹配，一直是進化生物學研究的熱點問題。
張亞平院士團隊以家牛雜交育種中常用的普通牛和瘤牛為研究對象，分析了近1000份家牛基因組數(shù)據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，在非洲雜交家牛群體中，線粒體DNA全部來自普通牛，而核基因組主要來自瘤牛，表現(xiàn)出明顯的線粒體與核基因組不匹配現(xiàn)象。然而，選擇作用通過富集瘤牛組分，提升了線粒體拷貝數(shù)，改善了線粒體功能，從而緩解了核質互作的削弱。這一發(fā)現(xiàn)揭示了核質互作進化中通過改變線粒體數(shù)量的新型核基因補償機制，并表明線粒體DNA拷貝數(shù)可以作為預測雜交優(yōu)勢或劣勢的新型分子標記。
該研究不僅為理解家牛雜交育種中的核質互作機制提供了新視角，還為雜交優(yōu)勢精準預測提供了潛在的分子工具，有望推動雜交育種技術進一步發(fā)展。
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