Từ lâu nhiều nhà nghiên cứu đã tìm hiểu cơ chế của hiện tượng ưu thế lai, song cho đến nay chưa có một giả thuyết nào đưa ra có thể giải thích được đầy đủ về cơ chế của hiện tượng di truyền này. Darwin đã giải thích ưu thế lai là do sự khác biệt di truyền của tế bào sinh dục bố và mẹ. Shull và East năm 1908 đã cho rằng ưu thế lai gắn liền với trạng thái dị hợp của các gen, tính dị hợp tử có tác dụng kích thích sinh lý bên trong cơ thể và bản thân nó, là nguồn gốc sức mạnh của tổ hợp lai, còn tính đồng hợp thể thì kìm hãm sự phát triển của cơ thể (Nguyễn Lộc và Trịnh Bá Hữu, 1975)[11]. Tiếp theo Shull và East một số nhà khoa học đã nghiên cứu và đưa ra một số giả thuyết để giải thích hiện tượng ưu thế lai sau:
- Giả thuyết tính trội:
Học thuyết tính trội được đề xướng bởi Bruce (1908), tiếp theo là Jones (1917) và được bổ xung bởi Collins (CIMMYT, 1990) [38]. Thuyết tính
trội cho rằng sự tích luỹ và hoạt động của các gen trội có lợi ở con lai có hiệu quả kìm chế tác động gây hại của các alen tương ứng cùng locus trên nhiễm sắc thể tương đồng hoặc tương tác bổ trợ giữa các gen trội có lợi để hình thành tính trạng biểu hiện ưu thế lai.
VD: P AabbCCdd × aaBBccDD
F1 AaBbCcDd
Kiểu gen F1 là kiểu gen dị hợp tử nên các gen lặn có hại không thể hiệ được ngược lại nhờ sự đóng góp của các gen trội nên cá thể F1 biểu hiện các đặc tính tốt của cả bố và mẹ.
+ Giả thuyết siêu trội:
Thuyết này giải thích hiện tượng ưu thế lai bằng tương tác của các alen cùng locus ở trạng thái dị hợp tử. Ở trạng thái dị hợp con lai có sức sống mạnh và năng suất cao hơn các dạng đồng hợp trội và lặn của nó được biểu hiện ở 1 tính trạng.
AA < Aa > aa
Thuyết siêu trội giải thích ưu thế lai là do sự tích luỹ các gen ở trạng thái dị hợp thể và cũng giải thích được sự giảm sức sống và năng suất của các thế hệ sau F1 là do sự tăng dần của trạng thái đồng hợp tử (Ngô Hữu Tình, 1990) [6].
Như vậy, cá thể F1 có ƯTL lớn nhất khi có chứa nhiều nhất các alen dị hợp. Thuyết siêu trội giải thích hiện tượng ƯTL là do sự tích luỹ các gen ở trạng thái dị hợp tử.