三個基因是水稻雜種不育性關鍵

研究人員發(fā)現(xiàn)一組三個基因是水稻雜種不育性的關鍵所在，也是許多雜交水稻品種無法將其基因傳遞給下一代的主要原因，從而提出了一種模型，認為在所有水稻品種中都存在的雜種不育現(xiàn)象，這些發(fā)現(xiàn)將有助于對作為主要食物儲備的水稻進行遺傳改良。該研究成果發(fā)表在Science雜志上，文章的通訊作者是華中農(nóng)業(yè)大學張啟發(fā)院士。

當兩個不同的物種交配時，例如一匹馬與一頭驢交配，其雜交后代——此處指的是騾子生而就是不育的。這種被稱為雜種不育的現(xiàn)象并不局限于動物王國：大量的植物能產(chǎn)生可存活的雜種，但這些雜種在遺傳上就進了死胡同。

來自華中農(nóng)業(yè)大學的楊堅毅（Jiangyi Yang，音譯），與香港中文大學的研究人員合作探索了栽培稻Oryza sativa中的秈稻和粳稻亞種之間的雜種不育性。

研究人員聚焦于水稻染色體上的一個特殊區(qū)域：S5，此前他們曾發(fā)現(xiàn)這一區(qū)域與雜種不育有關。結果研究人員發(fā)現(xiàn)了三個緊密連鎖的基因：ORF3，ORF4，ORF5調(diào)控著秈－粳稻雜種的不育性，他們表示，其中ORF5基因扮演著“殺手”的角色，ORF4輔助它，而ORF3則功能相反，作為保護者存在。

顯然，在秈稻－粳稻雜種中，殺手基因和其助手合作，殺死了雌性配子，或稱卵子，而保護基因則積極地挽救雌配子。研究人員具體解釋道，ORF5基因能編碼一種分子，傳遞信號給ORF4，從而導致細胞內(nèi)質網(wǎng)上的脅迫增加，并最終激活了ORF3，而ORF3的作用正是穩(wěn)定和保護內(nèi)質網(wǎng)。

研究人員發(fā)現(xiàn)這種殺手－保護者系統(tǒng)是這兩種水稻間雜交不育的基礎，他們提出，ORF4和ORF5這種非致命性的組合允許秈稻－粳稻雜種將其基因傳遞給后代，從而克服這一雜種不育現(xiàn)象，為培育更為理想的水稻品種奠定基礎。

這項研究得到了國家自然科學基金會、863項目及111項目的資助。國際稻子研究所的D.S.Brar提供了稻種。