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植物“自私”基因首次被发现 水稻杂种不育机理终破解
时间:2018-06-11 来源:科技日报·中国科技网 阅读人次:1  【字体:

  科技日报·中国科技网北京6月8日电(记者瞿剑)由中国农科院副院长万建民院士领衔的科研团队,在世界上率先发现了水稻“自私”基因,并由此破解水稻杂种不育的机理;这是科学史上植物“自私”基因首次被发现,证实了植物界同样存在不符合孟德尔遗传规律的非经典遗传现象。相关研究成果8日在线发表于国际权威学术期刊《科学(Science)》。

  万建民介绍,所谓“自私”基因,是指双亲杂交后,父本或母本中能控制其自身的DNA片段优先遗传给后代的基因,也就是说它具有将自身遗传信息更多传递给后代的“自私”性质;这不符合经典的“父、母基因均匀传递”的孟德尔遗传规律。2017年,《Science》曾报道小鼠和线虫自私基因的非孟德尔遗传现象,但植物中的相关报道迄今尚未见到。

  万建民表示,杂交稻对解决粮食安全问题作出了巨大贡献。研究表明,水稻籼粳亚种间杂交稻比目前的杂交稻能进一步提高单产15%-30%,但籼粳杂种有50%不结实,严重制约了其产量提高。为此,万建民团队以亚洲栽培稻粳稻品种和南方野生稻为研究材料,系统解析了野生稻与栽培稻间杂种不育问题和遗传特性。研究发现,其不育性受水稻自私基因位点qHMS7的控制,并发现其包含三个紧密连锁的基因ORF1、ORF2和ORF3,其中ORF1基因功能未知;ORF2基因编码一个杀配子的毒性蛋白,以母体效应导致花粉死亡;而ORF3基因编码一个解毒蛋白,以配子体效应保护配子,使携带ORF3基因的花粉可育。研究表明,粳稻品种同时携带毒性的ORF2和解毒的ORF3,而南方野生稻只含有无毒性的ORF2,在其杂种F1中,携带南方野生稻基因型的花粉因缺乏ORF3保护而死亡,携带粳稻品种基因型的花粉因有ORF3保护而存活,最终导致后代中没有纯合的南方野生稻基因型个体存在,群体分离不符合经典的孟德尔遗传模式。

  这就破解了自私基因在维持植物基因组的稳定性和促进新物种的形成中的分子机制,探讨了毒性-解毒分子机制在水稻杂种不育上的普遍性,为揭示水稻籼粳亚种间杂种雌配子选择性致死的本质提供了理论借鉴。在此基础上,可利用基因编辑技术对具毒性功能的自私基因进行编辑删除,创制广亲和的水稻新种质,实现籼粳交杂种优势的有效利用,为籼粳亚种间杂交稻品种的培育提供基础。

  该研究由中国农科院与南京农大合作完成,并得到中国农科院科技创新工程支持。

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