Генетическая основа и механизм инбредной депрессии у элитного гибридного риса

Инбредная депрессия — это снижение жизнеспособности или продуктивности из-за роста гомозиготности потомства при последовательном инбридинге. Гетерозис — это превосходство гибрида над родителями, возникающее из-за увеличения гетерозиготности. Эти два тесно связанных явления имеют фундаментальное значение для селекции растений и эволюционной биологии.

Несмотря на глубокое понимание гетерозиса, генетическая основа инбредной депрессии долго оставалась предметом дискуссий, особенно у самоопыляющихся видов, таких как рис. Группа Сяодун Сюя из лаборатории Чжан и Оуян провела полный анализ генетической основы инбредной депрессии, используя непрерывную инбредную популяцию, полученную от элитного гибридного риса.

Результаты опубликованы в журнале Science China Life Sciences.

Для всех признаков, кроме даты колошения, были обнаружены различные степени инбредной депрессии, которые непрерывно снижались от поколения F₁ к F₅ из-за постоянного сокращения вдвое доли гетерозиготности.

На примере трёх признаков метёлки было установлено, что увеличение гомозиготности по аллелям в локусах количественных признаков (QTL) с положительным доминантным эффектом, которые вносят вклад в гетерозис гибрида, может снижать продуктивность потомства и объяснять большую часть инбредной депрессии. Эти локусы с доминантными эффектами составляют основную корреляцию между гетерозисом и инбредной депрессией.

Однако, в отличие от гетерозиса, смещённое соотношение передачи аллелей для QTL с доминантными или аддитивными эффектами в регионах с искажённым расщеплением также меняет ожидаемую гомозиготность и приводит к слабым эффектам депрессии. Если аллель с низкой продуктивностью предпочтительно передавался потомству из-за искажения расщепления, степень депрессии возрастала.

Кроме того, взаимодействия между двумя локусами могут менять степень и направление эффектов депрессии целевых локусов, а суммарные взаимодействия способствуют инбредной депрессии между поколениями. Также была оценена фактическая инбредная депрессия между поколениями с учётом снижения гетерозиготности в генетическом фоне после инбридинга.

Исследователи обнаружили неоднородную или различную степень фоновой депрессии от поколения F₂ к F₃ в зависимости от генотипа целевого локуса, что может влиять на фактический эффект депрессии локуса из-за эпистаза.

В целом, результаты показывают, что генетическая архитектура инбредной депрессии и гетерозиса тесно связана, но также различается по внутренним механизмам, что расширяет понимание общегеномной архитектуры инбредной депрессии. Это поможет селекционерам интегрировать высокоэффективные QTL и гетерозиготные комбинации для создания высокоурожайных культур в будущем.

Исследование выполнено группой Цифа Чжана и Идань Оуян из Национальной ключевой лаборатории генетического улучшения сельскохозяйственных культур Университета Хуачжун, Ухань, Китай.