植物“自私”基因被發(fā)現，破解水稻雜種不育機理

瞿劍

由中國農科院副院長萬建民院士領銜的科研團隊，在世界上率先發(fā)現了水稻“自私”基因，并由此破解水稻雜種不育的機理。這是科學史上植物“自私”基因首次被發(fā)現，證實了植物界同樣存在不符合孟德爾遺傳規(guī)律的非經典遺傳現象。相關研究成果6月8日在線發(fā)表于國際權威學術期刊《科學（Science）》。

萬建民介紹，所謂“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，也就是說它具有將自身遺傳信息更多傳遞給后代的“自私”性質，這不符合經典的“父、母基因均勻傳遞”孟德爾遺傳規(guī)律。2017年，Science曾報道小鼠和線蟲自私基因的非孟德爾遺傳現象，但植物中的相關報道迄今尚未見到。

萬建民表示，雜交稻對解決糧食安全問題做出了巨大貢獻。研究表明，水稻秈粳亞種間雜交稻比目前的雜交稻能進一步提高單產15%～30%，但秈粳雜種有50%不結實，嚴重制約了其產量提高。為此，萬建民團隊以亞洲栽培稻粳稻品種和南方野生稻為研究材料，系統(tǒng)解析了野生稻與栽培稻間雜種不育問題和遺傳特性。研究發(fā)現，其不育性受水稻自私基因位點qHMS7的控制，并發(fā)現其包含三個緊密連鎖的基因ORF1、ORF2和ORF3，其中ORF1基因功能未知；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。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，群體分離不符合經典的孟德爾遺傳模式。

這就破解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，探討了毒性一解毒分子機制在水稻雜種不育上的普遍性，為揭示水稻秈粳亞種間雜種雌配子選擇性致死的本質提供了理論借鑒。在此基礎上，可利用基因編輯技術對具毒性功能的自私基因進行編輯刪除，創(chuàng)制廣親和性的水稻新種質，實現秈粳交雜種優(yōu)勢的有效利用，為秈粳亞種間雜交稻品種的培育提供基礎。

該研究由中國農科院與南京農大合作完成，并得到中國農科院科技創(chuàng)新工程支持。

（來源：《科技日報》）