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    光明日报 2023年07月28日 星期五

    阐明籼稻粳稻杂种花粉不育分子机制

    我科学家破解水稻生殖隔离之谜

    作者:本报记者 杨 舒 《光明日报》( 2023年07月28日 12版)

      【科技前沿】

      本报北京7月27日电(记者杨舒)粳稻和籼稻是水稻的两个亚种,二者之间存在生殖隔离现象——杂交后得到的植株,其花粉常常严重不育,影响正常结籽。这一问题长期困扰着水稻育种家。近日,由中国工程院院士万建民领衔、中国农业科学院作物科学研究所和南京农业大学合作的科研团队,鉴定并深入解析了引起杂种花粉不育的最主效基因位点,破解了水稻生殖隔离之谜,为培育更高产量的杂交水稻品种提供了理论和技术支撑。

      万建民介绍,在育种上,利用作物的杂种优势正是大幅提高粮食产量的重要途径。一般来说,品种间亲缘关系越远,杂交优势越明显。如果籼稻和粳稻亚种间能育成超级杂交稻,据预测,可以比现有杂交水稻的产量提高15%以上。但籼稻和粳稻之间存在生殖隔离现象,其杂交种上的花粉常表现出不育现象,不能结籽,严重影响产量。

      由此,该研究团队在全基因组层面寻找引起这种杂种不育的“罪魁祸首”,最终“锁定”了其中一个效应最大的基因位点。分析发现,该位点由一对独特的基因组成,它们成对出现,其作用就如“破坏者”和“守卫者”。

      “破坏者”基因能对所有花粉产生伤害作用,引起花粉的败育;而“守卫者”基因能阻止“破坏者”基因的伤害作用,使花粉正常发育。研究团队进一步详细解析了“破坏者”基因和“守护者”基因在细胞内部具体作用的分子机制。可以说,该研究首次从分子层面阐明了水稻杂种不育的机理,实现了该领域里程碑式的突破。

      研究团队就此解开了粳稻和籼稻杂种花粉的不育之谜:这对基因是在亚洲栽培稻的祖先——普通野生稻中进化出来的。后来,经过人类的驯化,这对基因被一部分籼稻继承,而粳稻却没有继承。因此,这对基因在水稻种间或亚种间的分布不均匀,它们相互杂交时,后代杂交种的部分花粉中不携带这对基因,由此引发了杂种不育现象。

      万建民表示,利用本次研究的发现,可以通过分子标记辅助选择等手段,规避花粉败育而引发的不育问题,从而推进水稻亚种间杂交稻高产品种的培育。相关研究成果7月26日发表在《细胞》上。

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