近日，上海市农业生物基因中心联合华南农业大学、华中农业大学等单位，在期刊《Annals of Botany》发表题为《Decoding the genetic mechanism of heterosis in rice: insights from multi-omics and systems approaches》的综述论文。该研究系统梳理了水稻杂种优势研究的最新进展，围绕经典遗传学假说、QTL定位与全基因组关联分析，以及转录组、蛋白组、代谢组、微生物组和人工智能辅助育种等研究方向，全面总结了水稻杂种优势形成的遗传基础与分子调控机制，为水稻分子设计育种和绿色超级稻培育提供了新的理论支撑。

杂种优势是指杂交后代在产量、生长势和环境适应性等方面优于双亲的生物学现象，是现代作物高产育种的重要基础。围绕其形成机制，该论文系统总结了显性、超显性和上位性三大经典遗传学假说，并结合QTL定位、连锁分析和全基因组关联分析等研究进展指出，水稻杂种优势并非单纯来源于整体杂合度的提高，而更可能依赖于关键优势位点的聚合、显性效应的累积以及上位性互作的协同作用。

杂种优势遗传基础综合框架

在机制层面，论文重点归纳了多组学研究对杂种优势解析的推动作用。研究表明，杂交稻中广泛存在非加性表达、等位基因特异性表达和单亲表达互补等转录调控特征，同时在蛋白组和代谢组层面表现出与光合作用、能量代谢、抗氧化调控及逆境响应相关物质的非加性积累。这些变化共同促进了杂交种在生物量形成、产量提升和抗逆适应等方面的综合优势。

杂交植物基因组、宿主塑造微生物组与杂种优势表型形成的互作机制

植物微生物组正成为解释杂种优势的重要新视角。研究显示，杂交稻能够招募更丰富、更稳定的有益微生物群落，并在养分吸收、种子萌发、病害抑制和逆境适应等方面发挥积极作用。与此同时，随着泛基因组、单细胞与空间多组学、基因编辑、人工智能预测平台和机器人技术的快速发展，水稻杂种优势研究正加速由经验育种向模型驱动和智能设计育种转变。

水稻杂种优势遗传机制解析与分子预测研究框架图

论文第一作者为华南农业大学陈泽林博士和上海市农业生物基因中心助理研究员朱沛文，通讯作者为华南农业大学余新桥教授和上海市农业生物基因中心刘国兰研究员。该研究得到海南省科技厅海南节水抗旱稻示范与产业化项目（23015821200）和上海市农业生物基因中心“青禾计划”的资助。

 论文详情请见：https://doi.org/10.1093/aob/mcag010

文图：朱沛文

编辑：张婧琪

审核：周佩雯