新葡萄京娱乐app下载中国科研人员再获水稻研究新进展

华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室14日对外公布,中国科学院院士张启发率领的课题组一项最新研究成果,揭示了水稻籼粳亚种间生殖隔离机理。该成果以《一个矛-盾体系调控水稻的杂种不育和偏分离》为题,发表在14日出版的国际顶级学术期刊《科学》上。

驴马杂交生下骡子,而骡子无生育能力。这种生殖隔离现象使得亲缘关系接近的类群之间不杂交或杂交不育。近日,华中农业大学张启发院士课题组成功揭示了水稻籼粳亚种间生殖隔离的机理,相关论文在美国《科学》杂志发表。


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,9月14日在国际着名学术期刊《科学》上发表。

亚洲栽培稻分为籼稻和粳稻两个亚种,籼粳亚种间的杂种优势要远大于籼粳亚种内的优势。但由于自然界普遍存在的亚种之间生殖隔离法则,籼粳稻亚种间杂种育性下降,结实率很低。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。

如果你想得到生产用种,你是不可以用杂交种留下来的种子的,水稻尤其不行。可以看的出你有一定的生物学和遗传学知识。你应该知道,杂交种是育种家经历很长时间过不同亲本配组杂交,最后选出的优势最强的组合,通常基因间有互补作用,比如抗病但不优质的亲本和优质但不抗病不高产的亲本配组杂交有可能出现又抗病又高产品质还比较好的杂交种。杂交中自交后会出现基因的分离和重新组合,这样不同的基因组合在一起可能首先是群体不整齐了,还可能出现感病和低产、劣质的类型,这当然不是你所希望的。为什么水稻尤其不能用杂交种的后代做生产种呢?因为目前水稻杂交中都是用雄性不育系做母本,由于核质基因互作的关系,杂交种表现为可育,但自交以后不育性状纯合就可能分离出不育株来,这部分水稻植株不育就不能结种子,产量当然受影响。这当然不是你所需要的。
当然如果你希望自己培育品种,那是可以从杂交种中分离出优良材料的,其实目前很多育种家就是从优良杂交种的后代中选育自己所需要的材料的,如你所说不仅可以分离出它的父母,甚至可以得到超乎父母的优良材料。但这需要时间、耐心、经验和一点点运气。

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。

新葡萄京娱乐app下载,后来,有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。国际水稻科研工作者在上世纪80年代就发现,S5可能是控制水稻籼粳杂种不育性状,导致广亲和现象的主效基因位点。鉴于广亲和基因的重大价值,1987年中国启动国家“863”计划时,就将分离克隆该基因列入研究计划。

一直以来,水稻杂交都是在籼稻之间或粳稻之间进行。虽然籼粳亚种间的杂种优势要远大于籼粳亚种内的优势,但由于生殖隔离法则,籼粳稻亚种间杂种育性下降,结实率很低。

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。

从1990年开始,张启发课题组经过18年努力,并与多家研究单位合作,于2008年成功克隆了S5位点的5号基因。但他们仍困惑的是,仅5号基因作用无法解释该位点引起杂种不育机理。历经4年努力后,此次发表最新成果表明,两个与之紧密连锁的基因与5号基因协同作用控制杂种不育及广亲和现象。

上世纪80年代初,日本提出S5基因可能是控制水稻籼粳杂种不育性状、导致广亲和现象的主效基因位点。张启发课题组与多家单位合作,于2008年成功克隆了S5位点的5号基因。然而令人困惑的是,仅5号基因的作用无法解释该位点引起杂种不育的机理。

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。

张启发院士介绍说,该研究揭示了水稻籼粳杂种育性调控的分子机制,为有关籼粳杂种不育、物种生殖隔离分子机理、生物进化的研究提供了借鉴和参考。

而此次新研究表明,在S5位点还存在与5号基因紧密连锁的两个基因,分别是3号和4号基因,它们与5号基因协同作用控制杂种不育及广亲和现象。

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张启发院士表示,水稻籼粳亚种间杂种不育是生殖隔离的一个典型例子。该项成果将在水稻品种改良中有广阔的应用前景,其有关信息可被直接用于发掘其他广亲和基因,培育广亲和品种,进而有效地跨越生殖隔离,克服水稻籼粳亚种间杂种的不育性,利用籼粳亚种间强大的杂种优势提高水稻产量。

论文第一作者之一、博士生杨江义介绍,在籼稻中,3号和5号基因有功能,4号基因没有功能;而粳稻则相反,4号基因有功能,3号和5号没有功能。

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华中农业大学博士研究生杨江义、赵晓波和程珂为此项研究成果论文的共同第一作者,张启发院士为论文通讯作者。

“它们之间相互组合并分别发挥‘矛—盾’的作用。”杨江义形象地比喻说,有功能的5号与4号基因一起,构成“矛”;而有功能的3号基因则行使“盾”的作用,在水稻的“卵子”形成过程中,“矛”可以杀死卵子,“盾”则起到保护的作用。籼型卵子由于“盾”的保护,正常存活,粳型卵子由于没有“盾”的保护而死亡。最终,籼粳杂种表现为半不育。广亲和品种因为没有杀卵子的功能,所以与籼粳稻均能产生正常可育杂种。

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杨江义博士介绍说,生殖隔离在物种进化和新物种的形成中作用十分重要。国外对生殖隔离基因的研究主要集中在果蝇,在植物中研究很少。

由于4号基因和5号基因组合产生了生殖隔离,使籼粳稻分化,而广亲和品种的存在则给籼粳亚种间基因交流提供了桥梁,保障了稻种的整体性,由此形成了多样性与整体性的统一。

“现在我们才发现S5是多基因控制的结果。”张启发认为,该进展不仅从分子水平对S5的作用机理进行了较完善的阐述,“更重要的是,发现了生殖隔离中的‘矛—盾’体系广泛存在于自然界中,是一个非常重要的自然法则。”

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