中國農(nóng)業(yè)科學家首次揭秘水稻自私基因

　　中國農(nóng)業(yè)科學家系統(tǒng)解析了水稻粳稻與秈稻雜種不育問題及遺傳特性，發(fā)現(xiàn)自私基因系統(tǒng)控制水稻雜種不育，影響稻種基因組的分化，并有望解決水稻雜種不育的難題。該項研究成果于6月8日在國際學術頂級期刊《科學（Science）》雜志上在線發(fā)表。該研究由中國農(nóng)科院作物科學研究所與南京農(nóng)業(yè)大學等單位合作完成，獲得科技部的大力支持，得到國家重點研發(fā)計劃“七大農(nóng)作物育種”專項“主要農(nóng)作物優(yōu)異種質(zhì)資源形成與演化規(guī)律研究”項目(2016YFD0100301)的資助。

　　自私基因是指雙親雜交后，父本或母本中能控制其自身的DNA片段優(yōu)先遺傳給后代的基因。它使親本自身的遺傳信息能更多、更快地復制，并能更多地傳遞給子代，其遺傳不符合孟德爾遺傳規(guī)律。萬建民團隊研究發(fā)現(xiàn)，水稻雜種不育性受水稻自私基因位點qHMS7的控制，并發(fā)現(xiàn)水稻包含三個緊密連鎖的基因ORF1、ORF2和ORF3，其中ORF1基因編碼一個未知功能的蛋白；ORF2基因編碼一個殺配子的毒性蛋白，以母體效應導致花粉死亡；而ORF3基因編碼一個解毒蛋白，以配子體效應保護配子，使攜帶ORF3基因的花粉可育。在“祖先野生稻-普通野生稻-亞洲栽培稻”的演化過程中，ORF1一直被保留，ORF2從沒有毒性功能逐步演變成有毒性功能的類型，ORF3是在普通野生稻中由ORF1基因復制產(chǎn)生，并獲得解毒功能，在隨后的稻種馴化過程中被選擇傳遞到亞洲栽培稻品種。研究表明，粳稻品種同時攜帶毒性的ORF2和解毒的ORF3，而南方野生稻只含有無毒性的ORF2，在其雜種F1中，攜帶南方野生稻基因型的花粉因缺乏ORF3保護而死亡，攜帶粳稻品種基因型的花粉因有ORF3保護而存活，最終導致后代中沒有純合的南方野生稻基因型個體存在，群體分離不符合經(jīng)典的孟德爾遺傳模式。

　　該研究闡明了自私基因在維持植物基因組的穩(wěn)定性和促進新物種的形成中的分子機制，探討了毒性-解毒分子機制在水稻雜種不育上的普遍性，在解決秈粳雜種半不育的難題上取得了突破性進展，為揭示水稻秈粳亞種間雜種雌配子選擇性致死的本質(zhì)提供了理論借鑒，對進一步提高雜交水稻產(chǎn)量具有重大的理論意義。