杂种优势是生物界普遍存在的一种复杂的生物学现象,在农业生产上获得了广泛利用。迄今为止,杂种优势形成的分子机理仍是一个百年生物学难题。研究表明,来自亲本的基因在杂交种中发生了明显的表达改变,存在加性、显性和超显性等不同差异表达模式,但其与杂种优势表现的关系还不十分清楚。本论文旨在以玉米和拟南芥为研究对象,在杂交种与亲本之间差异表达基因功能鉴定的基础上,组配了转基因与野生型杂交组合,并进行杂种优势测定和比较,分析了基因差异表达模式与杂种优势表现的关系,以期为解析杂种优势形成的分子机理提供参考依据。获得的主要研究结果如下:1.细胞分裂素氧化酶基因通过降解有活性的细胞分裂素影响植物的生长发育。ZmCKO1A和ZmCKO2A基因在玉米杂交种综3/87-1发芽后第8天的叶片中分别表现为偏低亲和超低亲表达模式,在根系中均表现为超高亲表达模式。在拟南芥中,ZmCKO1A基因的超表达株系较野生型侧根数目增多、地上部变小且种子变大,但是ZmCKO2A基因的超表达植株仅观察到育性有明显降低。研究还发现,ZmCKO1A基因在拟南芥无侧根的arf7/19双突变体中超表达并不能促进侧根形成。在玉米中,ZmCKO1A和ZmCKO2A基因共同RNAi的转基因株系侧根数目较野生型明显减少,并且与拟南芥ARF7和ARF19同源的ZmARF1和ZmARF27基因的表达水平显著下调。2.为了探讨杂交种根系中加性表达的miR166与侧根数目杂种优势的关系,利用miR166玉米超表达株系及其野生型组配转基因杂交组合和野生型杂交组合,并利用含有87-1主效QTL qLRT5-1的综3近等基因系及综3分别与87-1组配杂交组合,发现不同类型杂交种苗期侧根数目与各自中亲值之差基本相同,说明这些杂交种的侧根数目杂种优势没有显著差异。3.利用玉米杂交种根系中上调表达的miR167玉米超表达株系及其野生型分别与4个自交系组配转基因杂交组合和野生型杂交组合,发现转基因杂交种苗期侧根数目与其中亲值之差显著小于野生型杂交种与其中亲值之差,说明两个不同类型杂交种的侧根数目杂种优势存在明显的差异。研究还发现,与野生型杂交种综3/87-1相比,转基因杂交种在外源生长索处理后侧根数目降低更为明显,说明转基因杂交种对外源生长素处理更为敏感。4.利用拟南芥C24和Col二倍体及其同源四倍体相互杂交获得的不同倍性杂交种的开花期较双亲均显著延迟。研究发现,FRI和FLC基因在不同倍性杂交种中分别表现为中亲表达和超高亲表达模式,并且FLC基因对开花期的作用具有剂量效应。在此基础上,获得FRI基基因RNAi的C24二倍体及其同源四倍体转基因株系和FLC基因RNAi的Col二倍体及其同源四倍体的转基因株系,发现转基因株系开花期显著提前。利用转基因株系组配转基因杂交组合,发现转基因杂交种与其中亲值之差显著小于野生型杂交种与其中亲值之差,说明降低FRI或FLC基因的表达导致了开花期杂种优势明显降低。5、综合以上研究结果,我们提出玉米杂交种上调表达的ZmCKO1A基因、ZmCKO2A基因和miR167可能有利于侧根杂种优势的形成,而杂交种中亲表达的miR166与侧根杂种优势没有关系。在拟南芥中,不同倍性杂交种中FRI基因的中亲表达导致FLC基因的超高亲表达,两个基因的上位性互作是开花期优势形成的主要原因。