更多基因在高性能玉米中活跃

当两个玉米自交系相互杂交时，会产生有趣的效果：杂交后代的产量显着高于两个亲本植物中的任何一个。波恩大学的科学家们现在已经研究了许多遗传上不同的杂种。他们表明，后代比原来的父母有更多的活跃基因。这些结果可能有助于培育更高产的玉米品种。它们发表在Current Biology期刊上。

植物育种者早就知道不同近交系的杂交对产量有积极影响。然而，这种所谓的“杂种优势效应”的原因尚不清楚。“出于这个原因，我们在几年前仔细研究了一种特定的近交系杂交组合，”波恩大学作物科学与资源保护研究所(INRES)的Frank Hochholdinger教授解释道。“我们能够证明杂交后代比其父母有更多的活性基因。但那时，我们不知道这是否适用于这种特定的亲本植物组合，或者它是否是一种通用机制。”

因此，在本研究中，科学家不仅研究了一种，而且研究了六种不同的近交系杂交组合。亲本近交系远缘相关并均匀分布在整个玉米系统发育树中。这几乎就像是将腊肠犬与牧羊犬，然后是一只哈巴狗，最后是拉布拉多犬。

“我们现在已经分析了哪些基因在原始植物中转录，哪些基因在后代中转录，”INRES的Jutta Baldauf解释道。“这证实了我们早期工作的结果：杂交种总是含有比父母更多的活性基因。”

补充使玉米更有效率

玉米植物含有每种基因的两种变体，也称为等位基因。其中一个等位基因来自女性，另一个来自父本。它们通常不是同样活跃的，其中一个变体的读取频率高于另一个。有些等位基因甚至可能完全被关闭。

由于近交系的繁殖意味着它们在许多代中自花授粉，因此它们的大多数基因的两个等位基因是相同的。这可能导致某些基因根本不被转录。然而，这些基因可能在另一个近交系中有活性。如果这些亲本系现在彼此杂交，则一个亲本的活性基因补充后代中另一个亲本的无活性基因。

“平均而言，我们在后代中计算出更多活跃的基因，”Baldauf解释说。而且不仅仅是更多：科学家平均将基因增加500至600个额外活性基因。玉米的遗传物质总共包含约40,000个基因。“SPE基因的互补，缩写代表”单亲表达“，可能是杂交种比父母表现更好的因素之一，”Hochholdinger教授说。

玉米有许多基因几百万年来基本保持不变。这些“老”基因对植物非常重要，它们的突变可以显着影响植物的生长。相反，大多数SPE基因在进化过程中后期发展。它们不具有重要的关键功能，因此可以在一个玉米自交系中活跃，但不能在另一个玉米自交系中活跃。其中许多属于某些所谓的转录因子。这些是调节其他基因活性的蛋白质。

该结果可能有助于在中期内培育表现更好的玉米品种。“使用SPE基因，我们为植物种植者提供了用于此目的的遗传标记，”Hochholdinger强调说。“有可能在这些标记的基础上选择特定的杂交伙伴，这可能会产生特别高产的杂交种。”这对于不断增长的世界人口的长期营养非常重要：专家预计到2050年农业产量必须增加70%。玉米已经是目前生产力最高的作物;因此它在营养方面起着特别重要的作用。