近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所萬建民院士領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)合作克隆了栽培稻和近緣祖先種南方野生稻種間雜交不育的新基因位點，揭示了兩個緊密連鎖的基因組成一個毒藥-解毒元件，可選擇性敗育不包含該元件的花粉，進(jìn)而控制水稻種間的生殖隔離。該研究對進(jìn)一步解析雜種不育機(jī)制和野生稻種質(zhì)資源利用具有重要意義。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然通訊（Nature Communications）》上。
水稻是我國第一大口糧作物，其高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對保障國家糧食安全具有重要意義。野生稻是水稻栽培品種的祖先種，攜帶了大量優(yōu)異性狀等位基因，是現(xiàn)代品種遺傳改良和雜種優(yōu)勢利用的寶貴資源。栽培稻和野生稻之間存在嚴(yán)重的生殖隔離現(xiàn)象，極大限制了野生稻種質(zhì)資源的利用。因此，克隆栽培稻和野生稻之間的雜種不育新基因?qū)σ吧举Y源利用和水稻品種改良具有重要意義。
研究團(tuán)隊以南方野生稻和栽培稻滇粳優(yōu)1號（DJY1）為親本，構(gòu)建了僅在第一條染色體上包含野生稻片段的近等基因系（NIL-qHMS1）。對不同的遺傳群體基因型鑒定，發(fā)現(xiàn)雜種一代的花粉中DJY1基因型的花粉敗育。圖位克隆、轉(zhuǎn)基因互補(bǔ)和基因編輯實驗證實，該近等基因系qHMS1位點由 HPT 和 HPA 兩個基因組成，分別發(fā)揮毒藥和解毒功能，選擇性地敗育DJY1基因型的花粉。測序分析發(fā)現(xiàn)，毒藥基因可能通過影響淀粉合成相關(guān)基因的表達(dá)進(jìn)而導(dǎo)致DJY1型花粉敗育。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，該位點與實驗室前期發(fā)表的“自私基因”位點在調(diào)控雜種花粉育性方面具有遺傳累加效應(yīng)。
作科所客座博士生尤世民、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)趙志剛教授、余曉文教授為本文共同第一作者，萬建民院士、吳傳銀研究員和云南省農(nóng)科院糧作所陶大云研究員為本文通訊作者。該研究是萬建民院士團(tuán)隊繼克隆水稻“自私基因”（Science, 2018），破解水稻生殖隔離之謎（Cell, 2023）后，在水稻雜種不育領(lǐng)域取得的又一重要進(jìn)展，為系統(tǒng)解析水稻雜種不育的分子遺傳機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-43015-6
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