Det genetiske grundlag og processen for indavlsdepression i en elite hybrid ris

Indavlsdepression defineres som nedsat kondition eller præstation som følge af øget homozygositet af afkom på grund af successiv indavl, hvorimod heterosis refererer til en hybrids overlegenhed over dens forælder som følge af stigningen i heterozygositet. Disse to nært beslægtede fænomener er af fundamental betydning for afgrødeavl og evolutionær biologi.

På trods af en omfattende forståelse af heterose har det genetiske grundlag for indavlsdepression været diskuteret i lang tid, især i selvbestøvende arter som ris. Derfor udførte Xiaodong Xu og hans kolleger i Zhang og Ouyang' gruppe en fuldstændig dissektion af det genetiske grundlag for indavlsdepression ved at bruge en kontinuerlig indavlspopulation afledt af en elite hybrid ris.

Resultaterne er offentliggjort i tidsskriftet Science China Life Sciences .

Variable grader af indavlsdepressioner blev detekteret for alle egenskaber undtagen overskriftsdato, der viser kontinuerlige og reducerede fald fra F₁ til F₅ generation på grund af den kontinuerlige halvering af heterozygositet blandt generationer.

Ved at bruge tre panikegenskaber som modeller, blev det fundet, at øget homozygositet for alleler ved kvantitative træk loci (QTL'er) med positive dominerende effekter, som bidrog til heterose af hybriden i forhold til dens forældre, kan sænke afkommets ydeevne og forklare en stor del af indavlsdepression. Disse loci med dominerende virkninger udgør hovedkorrelationen mellem heterose og indavlsdepression.

Men til forskel fra heterose ville et skævt transmissionsforhold af alleler for QTL'er med enten dominerende eller additive virkninger i segregationsforvrængningsregionen også ændre den forventede homozygositet og dermed føre til lette depressionseffekter. Når en allel med lav ydeevne fortrinsvis blev overført til afkommet på grund af segregationsforvrængning, vil omfanget af depression øges.

Derudover kan to-locus-interaktioner ændre omfanget og retningen af ​​depressionseffekterne af målloci, og overordnede interaktioner ville fremme indavlsdepression blandt generationer. Desuden blev den faktiske indavlsdepression evalueret mellem generationer under hensyntagen til heterozygositetsforfaldet i baggrunden efter indavl.

Forskerne fandt inkonsistente eller forskellige grader af baggrundsdepression fra F₂ til F₃ generation, der antager forskellige genotyper af mållocuset, hvilket kan påvirke den faktiske depressionseffekt af locuset på grund af epistase.

Samlet tyder resultaterne på, at den genetiske arkitektur af indavlsdepression og heterose er tæt forbundet, men også adskiller sig i deres iboende mekanismer, hvilket udvider forståelsen af ​​hele-genomets arkitektur af indavlsdepression. Det vil hjælpe opdrættere med at integrere højeffektive QTL'er og heterotiske heterozygoter for at udvikle højudbytteafgrøder i fremtiden.

Denne undersøgelse blev rapporteret af Qifa Zhang og Yidan Ouyang' gruppe fra National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement, Huazhong Agricultural University, Wuhan, Kina.

Flere oplysninger: Xiaodong Xu et al., Det genetiske grundlag og processen med indavlsdepression i en elitehybridris, Science China Life Sciences (2024). DOI:10.1007/s11427-023-2547-2

Journaloplysninger: Science China Life Sciences

Leveret af Science China Press