精准预测家牛杂交育种优势有新方法

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记者23日从中国科学院昆明动物研究所获悉，该所张亚平院士团队近期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，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。相关研究成果发表在国际生物学刊物《分子生物学与进化》。
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，其预测一直是技术瓶颈。此外，杂交育种中还可能产生一些劣势，如繁殖力下降、生长发育受阻等，这些现象通常与线粒体与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与核基因组的匹配，一直是进化生物学研究的热点问题。
张亚平院士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与核基因组不匹配现象。然而，选择作用通过富集瘤牛组分，提升了线粒体拷贝数，改善了线粒体功能，从而缓解了核质互作的削弱。这一发现揭示了核质互作进化中通过改变线粒体数量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。
该研究不仅为理解家牛杂交育种中的核质互作机制提供了新视角，还为杂交优势精准预测提供了潜在的分子工具，有望推动杂交育种技术进一步发展。