参与水稻杂种优势的代谢通路以及代谢水平  武汉大学供图

10月5日，武汉大学杂交水稻国家重点实验室副研究员黄文超课题组在《植物生理》发表了杂种优势研究的新进展，论文题为《水稻杂种优势的代谢组学景观展现了代谢通路生物标志物在预测复杂表型中的潜力》。武汉大学杂交水稻国家重点实验室博士后但志武为论文第一作者，黄文超为通讯作者。

课题组首先利用机器学习的方法，分别鉴定了水稻杂交后代F1的单株产量、结实率、分孽数、穗粒数、千粒重和株高六个重要农艺性状的杂种优势相关代谢分析物，发现不同性状重叠的代谢分析物决定了其在表型水平的相关模式，且四个产量成分性状和株高协同贡献于产量杂种优势。

课题组随后对高、低杂种优势个体进行差异代谢网络分析后发现，显著富集的代谢通路主要来自于氨基酸代谢和碳水化合物代谢，且二者表现出相反的调节趋势；基于所研究性状之间重叠的代谢通路，绘制了水稻生殖性状和营养性状杂种优势的代谢组学景观，并利用产量杂种优势显著富集代谢通路的代谢水平，开发出产量杂种优势的代谢通路生物标志物，用于预测来自于不同环境下不同群体杂交后代F1的产量杂种优势。

该研究初步揭示了氨基酸代谢和碳水化合物代谢之间、营养性状和生殖性状之间的平衡，以及在产量杂种优势中的贡献。同时，由于代谢通路生物标志物涵盖了通路水平的整体信息，课题组在预测模型中纳入了显著和“不显著”的预测变量，缓解分子异质性和环境差异对预测能力的影响，进而为辅助选育高产及广适型杂交水稻提供了新思路。

相关论文信息：https://doi.org/10.1093/plphys/kiab273