萬(wàn)建民院士團(tuán)隊(duì)破解水稻生殖隔離之謎 雜交水稻有望再增產(chǎn)15%以上
(資料圖片僅供參考)
日前，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》在線發(fā)表了由中國(guó)工程院院士萬(wàn)建民領(lǐng)銜、中國(guó)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(duì)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(shí)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(dòng)現(xiàn)有雜交水稻增產(chǎn)15%以上。
利用作物的雜種優(yōu)勢(shì)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(gè)亞種，我國(guó)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(shí)抗病抗蟲，粳稻有比較好的耐寒性，同時(shí)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(shì)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(shì)利用的最大障礙之一。
萬(wàn)建民院士團(tuán)隊(duì)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(shí)13年，最終“鎖定”了其中一個(gè)效應(yīng)最大的基因位點(diǎn)。
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(gè)神奇的基因，一個(gè)被喻作“破壞者”，另一個(gè)則是“守衛(wèi)者”?！捌茐恼摺被蚰軐?duì)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(duì)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(diǎn)，然后對(duì)位于第12號(hào)染色體上的一個(gè)效應(yīng)最大的位點(diǎn)進(jìn)行了后續(xù)研究。遺傳分析表明，這個(gè)位點(diǎn)由緊密連鎖的兩個(gè)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(duì)進(jìn)一步解開了該對(duì)基因的起源演化之謎：這對(duì)基因是在亞洲栽培稻的祖先——普通野生稻中進(jìn)化出來(lái)的。后來(lái)，經(jīng)過人類的馴化，這對(duì)基因被一部分秈稻繼承，而粳稻卻沒有繼承。而且，這對(duì)基因在水稻種間或亞種間的分布不均勻，它們相互雜交時(shí)，后代雜交種的部分花粉中不攜帶這對(duì)基因，由此引發(fā)了雜種不育現(xiàn)象。
團(tuán)隊(duì)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，利用這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，未來(lái)可將優(yōu)質(zhì)、高抗等基因與這對(duì)基因串聯(lián)，“驅(qū)動(dòng)”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(shí)也可通過分子標(biāo)記等手段，規(guī)避該對(duì)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(jí)雜交稻，預(yù)測(cè)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(wàn)建民院士掛牌的南農(nóng)大土橋水稻實(shí)驗(yàn)基地指導(dǎo)相關(guān)育種工作。該基地曾培育出全國(guó)優(yōu)質(zhì)稻品種食味品質(zhì)金獎(jiǎng)寧香粳9號(hào)。
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