Nature Communications | 邓兴旺/何光明团队揭示植物抗病性的杂种优势机制！

杂交种通常表现出许多特性的表型优势，例如生长速率、生物量和胁迫耐受性，比其亲本优越。这种现象被称为杂种活力或杂种优势，已广泛用于农作物育种，并为世界粮食生产做出了巨大贡献。与一个世纪以来杂种优势在作物生产中的广泛应用相反，我们对杂种优势的分子基础的理解仍然处在初级阶段。

植物病害造成巨大的产量损失，并威胁全球粮食安全。使用高抗性品种可以有效控制植物病害；但是，植物免疫经常会导致生长障碍，即增加防御反应通常会导致植物的产量损失，这就是防御与生长或产量之间的平衡。

2021年4月19日，国际权威学术期刊Nature Communications发表了北京大学邓兴旺和何光明团队的最新相关研究成果，题为A central circadian oscillator confers defense heterosis in hybrids without growth vigor costs的研究论文。

杂种优势很少用于抗病性。在这篇文章中，科研人员报道了中央昼夜节律振荡器CCA1，赋予杂交种细菌防御的杂种优势，而没有生长活力成本，甚至显著增强了病原体感染下杂交种的生长杂种优势。CCA1的遗传扰动使杂交种中防御和生长的杂种优势都被废除。在病原体侵袭后，CCA1在F1杂交种中的表达会通过其有节律的组蛋白修饰在一天中的不同时间点被精确调节。在第一个感染日黎明之前，CCA1的表观遗传激活促进了水杨酸在杂交种中的积累，从而使杂种优势得以防御。在每个感染日的中间，CCA1的昼夜表观遗传抑制会导致杂交种中的叶绿素合成和淀粉代谢有节律地增加，从而有效消除了杂交种中免疫-生长杂种优势的折衷。

图1：CCA1赋予杂交种显著的防御杂种优势

图2：CCA1通过增强杂交种中的水杨酸生物合成而赋予防御杂种优势

图3：CCA1赋予杂交种防御杂种优势，而无生长活力成本

图4：CCA1通过时间调度的控制策略消除了杂交种的防御-生长杂种优势的平衡

图5：CCA1在杂种中的表达变化与其组蛋白修饰节律的变化有关

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