新方法精准预测家牛杂交育种优势

科技日报讯 （记者赵汉斌）记者3月10日从中国科学院昆明动物研究所获悉，中国科学院院士张亚平团队日前联合国内外畜牧研究团队，在家牛杂交育种领域取得重要突破。研究团队揭示了家牛杂交群体中线粒体DNA与核基因组的相互作用规律，并提出了基于核质互作的杂种优势预测新方法。相关研究成果日前发表在国际学术期刊《分子生物学与进化》上。

杂交育种是农业生产中提升生产性能、保障粮食安全的关键技术。通过引入遗传关系较远的亲本进行杂交，杂交后代往往能够表现出优于亲本的生产性能。这种现象被称为杂种优势。然而，杂种优势的遗传机制复杂，预测难度大，一直是制约杂交育种技术发展的瓶颈。此外，杂交育种过程中还可能产生繁殖力下降、生长发育受阻等问题，这些问题通常与线粒体和细胞核之间的不兼容有关。

线粒体DNA与核基因组遵循不同的遗传模式，它们之间的相互作用对维持线粒体功能至关重要。远缘物种杂交可能导致线粒体DNA与核基因组之间的不匹配，进而影响线粒体功能，产生杂交劣势。因此，如何协调杂交后代的线粒体DNA与核基因组的匹配问题，一直是进化生物学研究的热点。

研究团队以家牛杂交育种中常用的普通牛和瘤牛为研究对象，分析了近1000份家牛基因组数据。研究发现，在非洲杂交家牛群体中，线粒体DNA全部来自普通牛，而核基因组主要来自瘤牛，表现出明显的线粒体DNA与核基因组不匹配现象。研究结果显示，选择作用不断清除非洲家牛核基因组中的普通牛组分，增加了线粒体DNA与核基因组之间的不匹配程度，减弱核质互作。同时，选择作用通过富集瘤牛组分，影响线粒体相关的基因表达，提升线粒体拷贝数，改善线粒体功能，缓解和补偿了核质互作。这一发现揭示了核质互作进化中的新型核基因补偿机制，并表明线粒体DNA拷贝数可以作为预测杂交优势或劣势的新型分子标记，有望推动杂交育种技术进一步发展。