新方法精準預測家牛雜交育種優勢

科技日報訊 （記者趙漢斌）記者3月10日從中國科學院昆明動物研究所獲悉，中國科學院院士張亞平團隊日前聯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。研究團隊揭示了家牛雜交羣體中線粒體DNA與核基因組的相互作用規律，並提出了基於核質互作的雜種優勢預測新方法。相關研究成果日前發表在國際學術期刊《分子生物學與進化》上。

雜交育種是農業生產中提升生產性能、保障糧食安全的關鍵技術。通過引入遺傳關係較遠的親本進行雜交，雜交後代往往能夠表現出優於親本的生產性能。這種現象被稱為雜種優勢。然而，雜種優勢的遺傳機制複雜，預測難度大，一直是制約雜交育種技術發展的瓶頸。此外，雜交育種過程中還可能產生繁殖力下降、生長發育受阻等問題，這些問題通常與線粒體和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DNA與核基因組之間的不匹配，進而影響線粒體功能，產生雜交劣勢。因此，如何協調雜交後代的線粒體DNA與核基因組的匹配問題，一直是進化生物學研究的熱點。

研究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份家牛基因組數據。研究發現，在非洲雜交家牛羣體中，線粒體DNA全部來自普通牛，而核基因組主要來自瘤牛，表現出明顯的線粒體DNA與核基因組不匹配現象。研究結果顯示，選擇作用不斷清除非洲家牛核基因組中的普通牛組分，增加了線粒體DNA與核基因組之間的不匹配程度，減弱核質互作。同時，選擇作用通過富集瘤牛組分，影響線粒體相關的基因表達，提升線粒體拷貝數，改善線粒體功能，緩解和補償了核質互作。這一發現揭示了核質互作進化中的新型核基因補償機制，並表明線粒體DNA拷貝數可以作為預測雜交優勢或劣勢的新型分子標記，有望推動雜交育種技術進一步發展。