华农科学家揭示水稻生殖隔离机理登上《科学》杂志

2012-09-17 09:45 我要评论
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  华农科学家揭示水稻生殖隔离机理

  研究成果登上《科学》杂志

  湖北日报讯(记者韩晓玲、通讯员范敬群、胡今天、刘涛)4年前,华中农业大学张启发院士团队成功克隆广亲和基因S5,引起国际水稻界关注;4年后,他们的进一步研究表明广亲和基因并非孤军奋战,而是抱团作战,揭示了水稻籼粳亚种间生殖隔离的机理。这一重要成果,14日在国际著名学术期刊《科学》上发表。

  该校博士生杨江义、赵晓波和程珂为共同第一作者,张启发院士为通讯作者。

  亚洲栽培稻分为籼稻和粳稻两个亚种。水稻杂交都是在籼稻之间或粳稻之间进行,若将籼稻和粳稻杂交,虽然株高穗大,但育性下降,结实率很低,因为自然界普遍存在亚种之间生殖隔离法则。受此制约,长期以来,杂交水稻的育种工作基本限制在亚种内进行,亚种之间更加强大的杂种优势难以得到利用。后来,科学家发现存在着能突破生殖隔离的水稻资源,被称为广亲和品种。

  张启发团队经过18年努力,于2008年成功克隆了S5位点的5号基因。这也是世界首例报道的在植物中研究生殖隔离现象的成果。然而,他们仍感困惑:仅凭5号基因的作用,无法解释该位点引起杂种不育的机理。

  他们又历经4年研究,发现两个与之紧密连锁的基因——3号和4号基因,与5号基因协同作用。它们分别是“保镖”、“帮凶”、“杀手”,又分为有功能和没有功能两种,使籼稻既有“害人”基因,又有“防人”基因;广亲和品种只有“防人”基因,而无“害人”基因;粳稻既无“害人”基因,也无“防人”基因。因此,籼粳杂种表现为半不育,广亲和品种与籼、粳稻杂交均能产生正常可育杂种。这阐明了水稻杂种不育及广亲和的机理。

  生殖隔离在物种进化和新物种的形成中起着十分重要的作用,但国外的研究主要集中在果蝇,在植物中研究很少。水稻籼粳亚种间杂种不育是生殖隔离的一个典型例子,S5位点同时具备了籼粳不育基因与广亲和基因——“造物主”制造了亚种之间的隔离,却又留下跨越鸿沟的桥梁,这种看似矛盾的存在是生物进化中很奇特的现象。

  张启发院士介绍,该成果在水稻品种改良中有广阔的应用前景,可望有效跨越生殖隔离,克服籼粳亚种间杂种的不育性,从而提高水稻产量。

 

 

责编:YN

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