《科學(xué)》（Science）在線(xiàn)發(fā)表了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)合作研究成果，宣布水稻自私基因首次被發(fā)現(xiàn)，并創(chuàng)造性的運(yùn)用自私基因模型揭示了水稻雜種不育現(xiàn)象。
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。它使親本自身的遺傳信息能更多、更快地復(fù)制，并能更多地傳遞給子代，其遺傳不符合孟德?tīng)栠z傳規(guī)律。2017年，《科學(xué)》報(bào)道了小鼠和線(xiàn)蟲(chóng)自私基因的非孟德?tīng)栠z傳現(xiàn)象。而此次是首次在植物中發(fā)現(xiàn)自私基因。
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%的后代不育，嚴(yán)重制約了秈粳雜交稻產(chǎn)量的提高。論文通訊作者、中國(guó)農(nóng)科院作物科學(xué)研究所研究員萬(wàn)建民院士告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，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(wèn)題與遺傳特性。
他們發(fā)現(xiàn)，秈粳雜種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(gè)緊密連鎖的基因ORF1、ORF2和ORF3，其中ORF1基因編碼一個(gè)未知功能的蛋白；ORF2基因編碼一個(gè)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(gè)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。
論文第一作者、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院博士后余曉文告訴記者，粳稻品種同時(shí)攜帶毒性的ORF2和解毒的ORF3，而南方野生稻只含有無(wú)毒性的ORF2。于是，在二者雜種后代中，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(méi)有純合的南方野生稻基因型個(gè)體存在，群體分離不符合經(jīng)典的孟德?tīng)栠z傳模式。在這里，粳稻通過(guò)自私基因ORF3的保護(hù)，讓自己的配子存活并優(yōu)先遺傳給后代。
該研究闡明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。
萬(wàn)建民說(shuō)，在深入了解水稻雜種不育的分子遺傳機(jī)理基礎(chǔ)上，可利用基因編輯技術(shù)對(duì)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(shì)的有效利用，為秈粳亞種間雜交稻品種的培育提供基礎(chǔ)。
