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萬建民院士團(tuán)隊破解水稻生殖隔離之謎 雜交水稻有望再增產(chǎn)15%以上
【資料圖】
日前，國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》在線發(fā)表了由中國工程院院士萬建民領(lǐng)銜、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)合作的科研團(tuán)隊研究的最新重大成果——闡明水稻雜種不育分子機(jī)理，破解水稻生殖隔離之謎。該研究首次從分子層面闡明了水稻雜種不育的機(jī)理，實現(xiàn)了該領(lǐng)域里程碑式的突破，也為培育更高產(chǎn)量的雜交水稻品種提供了理論和技術(shù)支撐，有望推動現(xiàn)有雜交水稻增產(chǎn)15%以上。
利用作物的雜種優(yōu)勢是大幅提高糧食產(chǎn)量的重要途徑。水稻分秈稻和粳稻兩個亞種，我國南方多種植秈稻，北方多種植粳稻。秈稻有比較好的耐熱性，同時抗病抗蟲，粳稻有比較好的耐寒性，同時也有比較好的品質(zhì)等。因此，如何利用亞種間的超強(qiáng)優(yōu)勢一直受到育種專家的關(guān)注，但秈稻和粳稻之間存在嚴(yán)重的生殖隔離，其雜交種常表現(xiàn)出雜種不育現(xiàn)象，是阻礙雜種優(yōu)勢利用的最大障礙之一。
萬建民院士團(tuán)隊在全基因組層面尋找引起這種雜種不育現(xiàn)象的“罪魁禍?zhǔn)住?，歷時13年，最終“鎖定”了其中一個效應(yīng)最大的基因位點。
論文的第一作者、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院博士后王超龍介紹，在水稻花粉中，有兩個神奇的基因，一個被喻作“破壞者”，另一個則是“守衛(wèi)者”。“破壞者”基因能對所有花粉產(chǎn)生傷害作用，引起花粉的敗育；而“守衛(wèi)者”基因能阻止“破壞者”基因的傷害作用，使花粉正常發(fā)育。研究團(tuán)隊首先在全基因組層面分析鑒定了引起秈稻和粳稻雜種花粉不育的主效位點，然后對位于第12號染色體上的一個效應(yīng)最大的位點進(jìn)行了后續(xù)研究。遺傳分析表明，這個位點由緊密連鎖的兩個基因組成，就是前文所提到的“破壞者”和“守衛(wèi)者”。
由此，團(tuán)隊進(jìn)一步解開了該對基因的起源演化之謎：這對基因是在亞洲栽培稻的祖先——普通野生稻中進(jìn)化出來的。后來，經(jīng)過人類的馴化，這對基因被一部分秈稻繼承，而粳稻卻沒有繼承。而且，這對基因在水稻種間或亞種間的分布不均勻，它們相互雜交時，后代雜交種的部分花粉中不攜帶這對基因，由此引發(fā)了雜種不育現(xiàn)象。
團(tuán)隊相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，利用這項發(fā)現(xiàn)，未來可將優(yōu)質(zhì)、高抗等基因與這對基因串聯(lián)，“驅(qū)動”這些優(yōu)良基因在后代群體中快速傳播和純合，提高育種效率；同時也可通過分子標(biāo)記等手段，規(guī)避該對基因引起的雜種花粉不育問題。如果秈稻和粳稻亞種間能育成超級雜交稻，預(yù)測可以比現(xiàn)有雜交水稻的產(chǎn)量提高15%以上。
他還表示，該成果將首先應(yīng)用于位于江寧區(qū)淳化街道、由萬建民院士掛牌的南農(nóng)大土橋水稻實驗基地指導(dǎo)相關(guān)育種工作。該基地曾培育出全國優(yōu)質(zhì)稻品種食味品質(zhì)金獎寧香粳9號。
