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云南农科专家首次揭秘水稻自私基因
研究成果发表于国际顶级学术杂志《科学》

    本报讯(记者 陈云芬) 由云南省农业科学院陶大云研究员主持、云南省农业科学院与南京农业大学合作承担的NSFC-云南联合基金项目“稻属AA基因组种间杂种不育的遗传研究”取得突破性进展:研究人员在世界上首次用自私基因模型揭示了水稻的杂种不育现象。6月8日,该研究成果在线发表于国际顶级学术杂志《科学》。

    该研究以亚洲栽培稻云南粳稻品种“滇粳优1号”和南方野生稻为研究材料,解析了水稻自私基因位点qHMS7(S21)的遗传构成。qHMS7包含3个开放阅读框(ORF1、ORF2、ORF3),在“祖先野生稻—普通野生稻—亚洲栽培稻”的演化过程中,ORF1没有功能,但一直被保留;ORF2是从没有毒性功能的单倍型逐步演变成有毒性功能的单倍型,它编码一个毒性蛋白,对全部花粉的发育有毒害作用,作用方式是孢子体的植株;而ORF3则是在普通野生稻中由ORF1复制而产生,并在随后的稻种驯化过程中传递到亚洲栽培稻。ORF3编码一个解毒蛋白,“选择性”地保护携带它的花粉,确保其可育,作用方式是配子体的花粉,非常“自私”。不携带ORF3的花粉不能发育成正常可育花粉而败育。普通野生稻中,约50%的材料含有ORF3。经长期演化,栽培稻中,90%以上都含有ORF3。

    通过研究,科研人员首次用自私基因模型揭示了水稻的杂种不育现象,阐明了自私基因在维持植物基因组的稳定性、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、稻属AA基因组种间杂种雌雄配子选择性致死的本质提供了理论借鉴。在实践上,该成果有助于克服杂种不育障碍,利用杂种优势和野生种质资源提高水稻单产,同时为控制杂草稻等入侵物种提供了创新思路。

    省农科院陶大云团队在野生稻渗入系培育、基因发掘与定位方面具有突出优势和特色。此次在种间杂种不育基因qHMS7基因功能研究上取得的重大突破,有望解决籼粳亚种间杂交稻结实率低的难题,为解决我国粮食安全问题作出贡献。

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