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本報北京7月27日電(記者楊舒)粳稻和秈稻是水稻的兩個亞種,二者之間存在生殖隔離現(xiàn)象——雜交后得到的植株,其花粉常常嚴重不育,影響正常結(jié)籽。這一問題長期困擾著水稻育種家。近日,由中國工程院院士萬建民領銜、中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所和南京農(nóng)業(yè)大學合作的科研團隊,鑒定并深入解析了引起雜種花粉不育的最主效基因位點,破解了水稻生殖隔離之謎,為培育更高產(chǎn)量的雜交水稻品種提供了理論和技術支撐。

萬建民介紹,在育種上,利用作物的雜種優(yōu)勢正是大幅提高糧食產(chǎn)量的重要途徑。一般來說,品種間親緣關系越遠,雜交優(yōu)勢越明顯。如果秈稻和粳稻亞種間能育成超級雜交稻,據(jù)預測,可以比現(xiàn)有雜交水稻的產(chǎn)量提高15%以上。但秈稻和粳稻之間存在生殖隔離現(xiàn)象,其雜交種上的花粉常表現(xiàn)出不育現(xiàn)象,不能結(jié)籽,嚴重影響產(chǎn)量。

由此,該研究團隊在全基因組層面尋找引起這種雜種不育的“罪魁禍首”,最終“鎖定”了其中一個效應最大的基因位點。分析發(fā)現(xiàn),該位點由一對獨特的基因組成,它們成對出現(xiàn),其作用就如“破壞者”和“守衛(wèi)者”。

“破壞者”基因能對所有花粉產(chǎn)生傷害作用,引起花粉的敗育;而“守衛(wèi)者”基因能阻止“破壞者”基因的傷害作用,使花粉正常發(fā)育。研究團隊進一步詳細解析了“破壞者”基因和“守護者”基因在細胞內(nèi)部具體作用的分子機制。可以說,該研究首次從分子層面闡明了水稻雜種不育的機理,實現(xiàn)了該領域里程碑式的突破。

研究團隊就此解開了粳稻和秈稻雜種花粉的不育之謎:這對基因是在亞洲栽培稻的祖先——普通野生稻中進化出來的。后來,經(jīng)過人類的馴化,這對基因被一部分秈稻繼承,而粳稻卻沒有繼承。因此,這對基因在水稻種間或亞種間的分布不均勻,它們相互雜交時,后代雜交種的部分花粉中不攜帶這對基因,由此引發(fā)了雜種不育現(xiàn)象。

萬建民表示,利用本次研究的發(fā)現(xiàn),可以通過分子標記輔助選擇等手段,規(guī)避花粉敗育而引發(fā)的不育問題,從而推進水稻亞種間雜交稻高產(chǎn)品種的培育。相關研究成果7月26日發(fā)表在《細胞》上。(光明日報)

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