北京時(shí)間7月26日23時(shí)，國際期刊《細(xì)胞》在線發(fā)表九三學(xué)社中央農(nóng)林專門委員會主任、中國工程院院士萬建民領(lǐng)銜，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)合作完成的重大成果——“闡明水稻雜種不育分子機(jī)理，破解水稻生殖隔離之謎”。該成果為利用亞種間雜種優(yōu)勢培育高產(chǎn)品種提供了理論和技術(shù)支撐，使我國超級雜交稻有望育成，比現(xiàn)有雜交水稻增產(chǎn)15%以上。
萬建民長期從事水稻優(yōu)異基因挖掘和分子育種研究，在國內(nèi)較早提出和初步實(shí)踐了作物分子設(shè)計(jì)育種。這項(xiàng)破解水稻生殖隔離之謎的研究歷時(shí)13年，萬建民團(tuán)隊(duì)曾于2018年運(yùn)用自私基因模型揭示了水稻的雜種不育現(xiàn)象。本次研究成果是繼自私基因之后，該團(tuán)隊(duì)在水稻“雜種不育”領(lǐng)域取得的又一突破性進(jìn)展。
作物雜種優(yōu)勢利用是大幅提高糧食產(chǎn)量的重要途徑。我國北方多種植粳稻，南方多種植秈稻。上世紀(jì)七十年代以來，袁隆平先生研發(fā)的雜交水稻主要就是通過利用秈稻亞種內(nèi)的雜種優(yōu)勢培育雜交稻，實(shí)現(xiàn)了水稻大幅增產(chǎn)，帶來第二次“綠色革命”，為我國乃至世界糧食安全作出了突出貢獻(xiàn)。
萬建民介紹，一般來說，品種間親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，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(yù)測，可以比現(xiàn)有雜交水稻增產(chǎn)15%以上。
如何利用亞種間的超強(qiáng)優(yōu)勢一直受到育種家的關(guān)注。然而秈稻和粳稻之間存在嚴(yán)重的生殖隔離，其雜交種常表現(xiàn)出花粉不育、小穗結(jié)實(shí)率低、子粒不飽滿等“雜種不育”現(xiàn)象，嚴(yán)重阻礙了這一雜種優(yōu)勢的利用。
粳稻（臺中65）和秈稻（廣陸矮4號）具有很強(qiáng)的雜種優(yōu)勢，但花粉嚴(yán)重不育，其中RHS12位點(diǎn)是引起雜種花粉不育的最主效位點(diǎn)
萬建民研究團(tuán)隊(duì)首先在全基因組層面系統(tǒng)鑒定了引起秈稻和粳稻雜種花粉不育的位點(diǎn)，并對其中一個(gè)位于第12號染色體上最主效的位點(diǎn)進(jìn)行了遺傳分析，發(fā)現(xiàn)該位點(diǎn)由緊密連鎖的兩個(gè)基因組成。這兩個(gè)基因可以分別比喻為“破壞者”和“守衛(wèi)者”，“破壞者”對所有花粉產(chǎn)生傷害作用、引起花粉的敗育，“守護(hù)者”具有阻止“破壞者”傷害的作用，因此那些遺傳了該基因的花粉，因受到保護(hù)能正常發(fā)育。
研究團(tuán)隊(duì)同時(shí)還分析了這對基因在水稻中的起源及其分布。萬建民透露，“破壞者”和“守護(hù)者”這對基因在最開始的祖先野生稻中并不存在，最后在亞洲栽培稻的祖先——普通野生稻中進(jìn)化出，后在經(jīng)人類馴化過程中僅被一部分秈稻農(nóng)家種繼承，而粳稻農(nóng)家種可能因?yàn)榈鼐壊煌瑳]有繼承這一功能類型。
由于這對基因在水稻種間或亞種間的分布不均一，因此它們相互雜交產(chǎn)生花粉不育是一個(gè)普遍現(xiàn)象。利用該研究的發(fā)現(xiàn)，可以通過分子標(biāo)記輔助選擇等手段規(guī)避花粉敗育問題，從而推進(jìn)水稻亞種間超強(qiáng)優(yōu)勢利用和高產(chǎn)品種的培育。
該研究還發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代水稻育種無意中將這對基因從秈稻引入粳稻后，其在粳稻種群中快速擴(kuò)散，進(jìn)一步說明了這對基因的“基因驅(qū)動”特性。利用這一特性，可以將優(yōu)良基因（如優(yōu)質(zhì)、高抗、耐逆）與這對基因串聯(lián)，“驅(qū)動”這些優(yōu)良基因在后代群體中快速傳播和純合，從而大大縮短育種時(shí)間，提高育種效率。這一發(fā)現(xiàn)也為分子設(shè)計(jì)育種提供了新思路。
（以上根據(jù)新華社和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院網(wǎng)站素材整理）
