杂种优势 (Heterosis) 是杂合体在一种或多种性状上优于两个亲本的现象。例如不同品系、不同品种、甚至不同种属间进行杂交所得到的杂种一代往往比它的双亲表现更强大的生长速率和代谢功能，从而导致器官发达、体型增大、产量提高，或者表现在抗病、抗虫、抗逆力、成活力、生殖力、生存力等的提高。这是生物界普遍存在的现象。目前为止，尚不清楚杂交子一代(能否协调抗病和生长两种杂种优势？如果可以，那么平衡两种杂种优势的关键因子和协调机制又是什么？

2021年4月19日，中国农业大学植物保护学院杨丽教授等在《自然•通讯》(Nature Communications)上在线发表了题为“A central circadian oscillator confers defense heterosis in hybrids without growth vigor costs”的研究论文，北京大学现代农学院、生命科学学院邓兴旺教授和何光明副研究员为共同通讯作者，揭示了生物钟核心因子CCA1调控杂交F1抗病杂种优势并同时显著提高其生物量杂种优势的分子机制。

受节律性组蛋白修饰的影响，CCA1于病原菌入侵的第一天黎明在杂交F1中超高亲表达，从而调控水杨酸合成基因超高亲激活，最终促进杂交F1超高亲积累水杨酸，表现出显著的抗病杂种优势。而在病原菌入侵后的每一天中午，CCA1节律性在杂交F1中超低亲表达，从而解除其对下游生长相关基因的抑制，使杂交F1具有更强的光合作用和淀粉利用效率，表现出显著的生长杂种优势。更巧妙的是，CCA1特异地在病原菌入侵后的第一天显著提高抗病杂种优势，可以有效避免杂交F1由于持续激活免疫反应所带来的生长消耗。另一方面，CCA1在病原菌入侵后的每一天，均可节律性地促进杂交F1的生长，从而更有效地弥补了杂交F1中强抗病反应带来的生长损失，最终使得杂交F1展现出显著的抗性-生长两方面杂种优势。该研究不仅扩展了人们对杂种优势形成机制的认知，同时也为选育高产-高抗双优杂交品种提供了新的策略。

生物钟核心因子CCA1通过时间策略平衡且同时提高杂交F1抗病-生长杂种优势的分子机制

中国农业大学植物保护学院杨丽教授和北京大学生命科学学院在读博士研究生刘鹏涛为该论文的共同第一作者。北京大学现代农学院、生命科学学院邓兴旺教授和何光明副研究员为共同通讯作者。

杨 丽 教授 中国农业大学，植物保护学院

实验室研究领域：

1. 植物抗病杂种优势形成的分子机制

杂种优势(Heterosis or Hybrid vigor)是指遗传基础不同的两个品种、品系或自交系进行杂交，其杂交子一代(F1 hybrids)的某些性状(如生长势、繁殖率、抗性和产量等)优于双亲(parents)的现象。杂种优势在整个生物界中普遍发生，在动物、植物甚至微生物种群中均可观察到，是生物学领域最重要的发现之一。杂种优势也是迄今人类在农业生产上利用最成功的生物学现象之一，在动植物良种培育和农作物增产中起到关键作用。

然而，相较于杂种优势在生产实践上的成功应用，我们对杂种优势形成的分子遗传机制仍知之甚少，这极大的局限了其在农业上的进一步应用。长期以来，对于植物杂种优势的研究主要集中在产量和生物量相关的性状，对于抗病杂种优势（见下图，如拟南芥抗病杂种优势）的研究却鲜有报道。

实验室将以拟南芥及水稻为材料，致力于研究植物抗病杂种优势形成的分子调控机制，发现和挖掘调控植物抗病杂种优势的基因位点并解析其作用机制。此外，植物的生长发育与免疫反应之间往往存在着此消彼长的关系，我们还将深入探讨杂交F1在获得显著抗病杂种优势的同时如何平衡自身的生长发育，解析抗病杂种优势与生长杂种优势之间的相互关系和调控网络。

主要研究内容有：

1) 植物抗病(细菌/真菌病害)杂种优势形成的分子机理；

2) 解析多种环境因子与植物内源激素共同调控抗病杂种优势的分子网络；

3) 两种(抗病/生长)杂种优势的平衡策略；

4) 利用杂交F1群体变异鉴定免疫应答新因子，并解析其调控机制。

2. 植物免疫与光信号转导的交互作用

已有的研究表明，光信号传导途径与植物免疫反应存在着交互作用；然而具体的交叉节点及调控机制尚不清楚。实验室将以光信号传导途径的多个突变体为研究对象，进行大规模反向遗传学筛选，从而推断哪些突变基因可能参与了光与免疫应答反应的交互作用。随后，通过一系列分子、生化、遗传和细胞生物学的方法，我们将尝试阐述这些基因介导光与免疫交互作用的分子机理。