中国科学家首次揭秘水稻自私基因

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2019-01-31

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新华社北京6月8日电(记者胡璐、董峻)中国农业科学院的一项最新研究显示,自私系统控制水稻杂种不育性状,并影响稻种基因组的分化。

这一研究成果有望解决籼粳亚种间杂交稻结实率低的难题。

自私基因是指双亲杂交后,父本或母本中能控制其自身的脱氧核糖核酸(DNA)片段优先遗传给后代的基因。 它使亲本自身的遗传信息能更多、更快地复制,并能更多地传递给子代。

这项研究由中国工程院院士、中国农科院副院长万建民领衔。 据万建民介绍,杂交稻对解决我国粮食安全问题作出了巨大贡献,但如何进一步提高产量,急需寻找新的技术途径。 籼粳亚种间杂交稻比目前的杂交稻能进一步提高单产15%至30%,但存在结实率不高的问题,严重制约了其产量的提高。 万建民带领研究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与遗传特性。 研究发现,其不育性受水稻自私基因位点qhms7的控制,并发现它包含三个紧密连锁的基因ORF1、ORF2和ORF3。

在从祖先野生稻到普通野生稻再到亚洲栽培稻的演化过程中,ORF1一直被保留,ORF2从没有毒性功能逐步演变成有毒性功能,ORF3是在普通野生稻中由ORF1基因复制产生,并获得解毒功能,在随后的稻种驯化过程中被选择传递到亚洲栽培稻品种。 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。 “深入了解水稻杂种不育的分子遗传机理后,可以利用基因编辑技术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。 ”万建民说。 这项研究是由中国农科院与南京农业大学共同合作完成的,同时受到中国农科院科技创新工程的大力支持。 研究成果日前刊登在国际知名学术刊物《科学》上。