科技日報·中國科技網(wǎng)北京6月8日電（記者瞿劍）由中國農(nóng)科院副院長萬建民院士領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，在世界上率先發(fā)現(xiàn)了水稻“自私”基因，并由此破解水稻雜種不育的機(jī)理；這是科學(xué)史上植物“自私”基因首次被發(fā)現(xiàn)，證實(shí)了植物界同樣存在不符合孟德爾遺傳規(guī)律的非經(jīng)典遺傳現(xiàn)象。相關(guān)研究成果8日在線發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)（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(zhì)；這不符合經(jīng)典的“父、母基因均勻傳遞”的孟德爾遺傳規(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(xiàn)象，但植物中的相關(guān)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作出了巨大貢獻(xiàn)。研究表明，水稻秈粳亞種間雜交稻比目前的雜交稻能進(jìn)一步提高單產(chǎn)15%-30%，但秈粳雜種有50%不結(jié)實(shí)，嚴(yán)重制約了其產(chǎn)量提高。為此，萬建民團(tuán)隊(duì)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(xiàn)，其不育性受水稻自私基因位點(diǎn)qHMS7的控制，并發(fā)現(xiàn)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(yīng)導(dǎo)致花粉死亡；而ORF3基因編碼一個解毒蛋白，以配子體效應(yīng)保護(hù)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(hù)而死亡，攜帶粳稻品種基因型的花粉因有ORF3保護(hù)而存活，最終導(dǎo)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(jīng)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(jìn)新物種的形成中的分子機(jī)制，探討了毒性-解毒分子機(jī)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(zhì)提供了理論借鑒。在此基礎(chǔ)上，可利用基因編輯技術(shù)對具毒性功能的自私基因進(jìn)行編輯刪除，創(chuàng)制廣親和的水稻新種質(zhì)，實(shí)現(xiàn)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(chǔ)。
該研究由中國農(nóng)科院與南京農(nóng)大合作完成，并得到中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程支持。
