万建民院士团队揭示野生稻和栽培稻种间生殖隔离控制新元件

　　近日，中国农业科学院作物科学研究所万建民院士领衔的科研团队与南京农业大学合作克隆了栽培稻和近缘祖先种南方野生稻种间杂交不育的新基因位点，揭示了两个紧密连锁的基因组成一个毒药-解毒元件，可选择性败育不包含该元件的花粉，进而控制水稻种间的生殖隔离。该研究对进一步解析杂种不育机制和野生稻种质资源利用具有重要意义。相关研究成果发表在《自然通讯（Nature Communications）》上。

 

　　水稻是我国第一大口粮作物，其高产稳产对保障国家粮食安全具有重要意义。野生稻是水稻栽培品种的祖先种，携带了大量优异性状等位基因，是现代品种遗传改良和杂种优势利用的宝贵资源。栽培稻和野生稻之间存在严重的生殖隔离现象，极大限制了野生稻种质资源的利用。因此，克隆栽培稻和野生稻之间的杂种不育新基因对野生稻资源利用和水稻品种改良具有重要意义。

 

　　研究团队以南方野生稻和栽培稻滇粳优1号（DJY1）为亲本，构建了仅在第一条染色体上包含野生稻片段的近等基因系（NIL-qHMS1）。对不同的遗传群体基因型鉴定，发现杂种一代的花粉中DJY1基因型的花粉败育。图位克隆、转基因互补和基因编辑实验证实，该近等基因系qHMS1位点由 HPT 和 HPA 两个基因组成，分别发挥毒药和解毒功能，选择性地败育DJY1基因型的花粉。测序分析发现，毒药基因可能通过影响淀粉合成相关基因的表达进而导致DJY1型花粉败育。进一步研究发现，该位点与实验室前期发表的“自私基因”位点在调控杂种花粉育性方面具有遗传累加效应。

 

　　作科所客座博士生尤世民、南京农业大学赵志刚教授、余晓文教授为本文共同第一作者，万建民院士、吴传银研究员和云南省农科院粮作所陶大云研究员为本文通讯作者。该研究是万建民院士团队继克隆水稻“自私基因”（Science, 2018），破解水稻生殖隔离之谜（Cell, 2023）后，在水稻杂种不育领域取得的又一重要进展，为系统解析水稻杂种不育的分子遗传机制奠定了基础。

 

　　原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-43015-6