根系是植物生长必不可少的源器官,具有固定及支撑植株、吸收水分和无机盐、合成烟碱、氨基酸及蛋白质等功能。前期研究表明,烟叶烟碱含量和钾含量的杂种优势与杂交种根系合成效率吸收能力有关,并且发现杂交种的根Secretory immunoglobulin A (sIgA)系普遍较发达,但有关根系数量杂种优势的表现及其调控基因的挖掘未见报道。为此,本研究7个亲本材料和12个杂交组合,采用水培试验,分析了烟草杂交种根系数量及其杂种优势的表现,利用转录组测序技术,解析了杂交种根系数量优势形成分子机理,筛选到与根系数量优势相关的基因。主要研究结果如下:1、烟草根系数量的广义遗传力为92.12%,狭义遗传力为35.70%,表明烟草根系数量遗传力高,主要受基因非加性效应的作用,适于采用杂种优势利用进行遗传改良。GDH88和Va116是改良根系数量的优良亲本,G70×南江三号、K326×韭菜坪2号、K326×GDH88是根系数量较为理想的烤烟杂交组合。2、苗期所有参试的杂交种均表现为强优势,正向超亲优势组合率91.67%。移栽后20天,正向中亲优势和超亲优势组合率分别为75%和58%。移栽后30天,正向中亲优势和超亲优势组合率分别为50%和33%。移栽后40天,正向中亲优势和超亲优势组合率分别为91.67%和66%。表明烟草根系数量具有明显的杂种优势。3、转录组学测序分析显示,两个杂交种与双亲之间差异基因较多,分别为3535个和7447个。差异基因中,非加性表达模式的基因占差异基因的比例较大,分别为97.27%和97.81%,其中显性表达的基因占比分别为13.06%和7.57%,超显性表达的基因占比分别为84.22%和90.25%,表明基因的超显性表达在杂交种根系数量杂种优势的形成中发挥了关键作用。4、超显性表达基因被显著富集到激素信号转导和细胞增殖分化过程,表明激素信号转导和细胞增殖分化过程相关基因的超显性表达在根系数量杂种优势的形成中具有重要作用。其中,IAA(生长素)信号转导途径中,有11个基因在F_1杂交种中都表现为超显性表selleck HPLC达;ABA(脱落酸)信号转导途径中,5个蛋白磷酸酶(PP2C)和4个编码蔗糖非发酵1相关蛋白激酶2(Sn RK2)表现出超显性表达;ET(乙烯)信号转导途径中https://www.selleck.cn/products/sch772984.html,12个基因表现为正向超显性表达;SA(水杨酸)信号转导途径中,有11个基因表现为超显性表达,2个PR-1蛋白在杂交种中不仅表现为超显性表达模式,而且具有较高的差异表达倍数和超高表达量。说明这些基因可能调控了烟草根系数量杂种优势的形成。5、通过构建加权共表达网络分析,筛选出5个可能与根系数量杂种优势相关的候选基因。其中,Nitab4.5＿0003282g0020、Nitab4.5＿0004384g0070基因都含有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶催化结构域、伴刀豆蛋白A样凝集素/葡聚糖酶亚组;Nitab4.5＿0001486g0060为WRKY家族转录因子;Nitab4.5＿0009567g0010为膨胀蛋白家族基因,含有膨胀蛋白、纤维素结合样等结构域;Nitab4.5＿0004506g0120拥有环核苷酸连接结构域,为环核苷酸门控离子通道基因。