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杂交子一代在生长势、适应性、产量、抗性、品质等方面优于双亲的现象被称为杂种优势。这一现象在生物学中具有重要意义，育种学家通过杂种优势的原理实现了农产品产量的显著提高。自20世纪70年代起，我国育种学家率先开展水稻杂种优势的研究，通过三系法、两系法等途径培育出大量高产杂交水稻组合，包括“汕优63”和“两优培九”等品种，为保障国家粮食安全做出了巨大贡献。

杂种优势的形成源于双亲基因组的互作，是一种复杂的生物学现象。然而，这一现象背后的遗传机制长期以来未被完全解析，被称为植物遗传学研究的“圣杯”。深入了解杂种优势的遗传基础对于推动育种技术的变革具有重要意义。

2023年9月8日，《自然》杂志在线发表了中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所国家基因研究中心韩斌研究组、黄学辉研究组联合中国水稻研究所杨仕华研究组的最新研究成果，题为《水稻产量性状杂种优势的全基因组解析》(Genomic architecture of heterosis for yield traits in rice)。

该研究收集了1495份杂交稻品种材料，几乎涵盖了中国大部分优良杂交稻品种，并对17套代表性遗传群体进行了基因组分析和田间产量性状考察。研究综合利用基因组学、数量遗传学和计算生物学的最新技术，系统鉴定了控制水稻杂种优势的主要基因位点，分析了纯合基因型和杂合基因型的遗传效应，详细剖析了三系法、两系法杂交稻和亚种间杂交稻杂种优势的遗传基础，最终揭示了水稻杂种优势的分子遗传机制。

研究发现，控制水稻杂种优势的遗传位点在杂合状态下大多表现出不完全显性，通过杂交育种产生了全新的基因型组合，从而在杂交一代实现了对水稻花期、株型、产量等性状的理想搭配。例如，在传统三系杂交稻组合中，父本（恢复系）聚集了较多优良等位基因，母本（不育系/保持系）的少数等位基因则进一步改善了水稻植株的结实率、穗粒数（如hd3a基因）及株型（如tac1基因），实现了杂种优势的显著表现。

这些发现对推动杂交稻和常规稻的精准分子设计育种具有重要意义。利用该研究成果，科研人员能够进一步优化水稻品种的杂交改良，实现对亲本材料的高效选育和配组，选育出更加高产、优质和多抗的水稻种质资源，为高效分子设计杂交育种提供了重要指导。

该研究得到了中科院先导专项“分子模块设计育种创新体系”和国家自然科学基金委等项目资助，以及中科院分子植物科学卓越创新中心的支持。研究成果既是一项具有重大应用价值的基础性突破，也是植物遗传学领域的重要理论进展。

杂交水稻成熟的大穗(龚俊义提供)

杂交稻开花期性状的遗传分析