杂种优势(Heterosis)是指杂交子一代(杂交F1)在许多性状上优于双亲的现象，其在动植物良种培育和农作物增产中起到非常重要的作用。本课题组前期的研究首次在植物中发现特定的拟南芥杂交F1具有显著的抗病杂种优势，并在分子水平上构建了以水杨酸合成通路为中心的抗病杂种优势调控网络(Yang et al., 2015, Nat. Commun. )。然而，植物抗病能力的提高通常会带来生长的严重损失。目前为止，尚不清楚杂交F1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，北京大学现代农学院与生命科学学院邓兴旺实验室何光明课题组在《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，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
北京大学现代农学院已出站博士后、现中国农业大学植物保护学院教授-杨丽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。中国农业大学等单位也参与了该研究。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室以及北京大学-清华大学生命科学联合中心的资助。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-22268-z