杂交水稻有望再增产15%以上万建民院士团队破解水稻生殖隔离之谜

发布日期： 2023-08-02 07:50:42 来源：金陵晚报

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北京时间7月26日23时，国际学术期刊《细胞》在线发表了由中国工程院院士万建民领衔、中国农业科学院作物科学研究所和南京农业大学合作的科研团队研究的最新重大成果——阐明水稻杂种不育分子机理，破解水稻生殖隔离之谜。该研究首次从分子层面阐明了水稻杂种不育的机理，实现了该领域里程碑式的突破，也为培育更高产量的杂交水稻品种提供了理论和技术支撑，有望推动现有杂交水稻增产15%以上。

利用作物的杂种优势是大幅提高粮食产量的重要途径。水稻分籼稻和粳稻两个亚种，我国南方多种植籼稻，北方多种植粳稻。籼稻有比较好的耐热性，同时抗病抗虫，粳稻有比较好的耐寒性，同时也有比较好的品质等。因此如何利用亚种间的超强优势一直受到育种家的关注，然而籼稻和粳稻之间存在严重的生殖隔离，其杂交种常表现出杂种不育现象，是阻碍杂种优势利用的最大障碍之一。

万建民院士团队在全基因组层面寻找引起这种杂种不育现象的“罪魁祸首”，历时13年，最终“锁定”了其中一个效应最大的基因位点。

论文的第一作者、南京农业大学农学院博士后王超龙介绍，在水稻花粉中，有两个神奇的基因，一个被喻作“破坏者”，另一个则是“守卫者”。“破坏者”基因能对所有花粉产生伤害作用，引起花粉的败育；而“守卫者”基因能阻止“破坏者”基因的伤害，使花粉正常发育。研究团队首先在全基因组层面分析鉴定了引起籼稻和粳稻杂种花粉不育的主效位点，然后对位于第12号染色体上的一个效应最大的位点进行了后续研究。遗传分析表明，这个位点由紧密连锁的两个基因组成，就是前文所提到的“破坏者”和“守卫者”。

由此团队进一步解开了该对基因的起源演化之谜：这对基因是在亚洲栽培稻的祖先——普通野生稻中进化出来的。后来，经过人类的驯化，这对基因被一部分籼稻继承，而粳稻却没有继承。而且，这对基因在水稻种间或亚种间的分布不均匀，它们相互杂交时，后代杂交种的部分花粉中不携带这对基因，由此引发了杂种不育现象。

团队相关负责人介绍，利用这项发现，未来可将优质、高抗等基因与这对基因串联，“驱动”这些优良基因在后代群体中快速传播和纯合，提高育种效率；同时也可通过分子标记等手段，规避该对基因引起的杂种花粉不育问题。如果籼稻和粳稻亚种间能育成超级杂交稻，预测可以比现有杂交水稻的产量提高15%以上。

他还表示，该成果将首先应用于位于江宁区淳化街道、由万建民院士挂牌的南农大土桥水稻实验基地指导相关育种工作。