中國(guó)日?qǐng)?bào)6月11日電（記者　王曉東）雜交稻對(duì)解決我國(guó)糧食安全問(wèn)題作出了巨大貢獻(xiàn)。但如何進(jìn)一步提高雜交稻的產(chǎn)量，急需尋找新的技術(shù)途徑。研究表明，水稻秈粳亞種間雜交稻比目前的雜交稻能進(jìn)一步提高單產(chǎn)15%-30%，但秈粳雜種存在半不育的問(wèn)題，嚴(yán)重制約了秈粳雜交稻產(chǎn)量的提高。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院萬(wàn)建民院士團(tuán)隊(duì)在解決這一難題上取得了突破性進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)自私基因系統(tǒng)控制水稻雜種不育，并影響稻種基因組的分化。

據(jù)萬(wàn)建民院士介紹，自私基因是指雙親雜交后，父本或母本中能控制其自身的DNA片段優(yōu)先遺傳給后代的基因。它使親本自身的遺傳信息能更多、更快地復(fù)制，并能更多地傳遞給子代，其遺傳不符合孟德爾遺傳規(guī)律。2017年《Science》報(bào)道了小鼠和線蟲自私基因的非孟德爾遺傳現(xiàn)象。這些研究表明在動(dòng)物中自私基因驅(qū)動(dòng)了基因組的進(jìn)化，并影響了物種自身的穩(wěn)定性。但在植物中的相關(guān)研究尚未有任何報(bào)道。

萬(wàn)建民院士領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)以亞洲栽培稻粳稻品種（Oryza sativa ssp. japonica）和南方野生稻（Oryza meridionalis）為研究材料，系統(tǒng)解析了野生稻與栽培稻間雜種不育問(wèn)題與遺傳特性。研究發(fā)現(xiàn)，其不育性受水稻自私基因位點(diǎn)qHMS7的控制，并發(fā)現(xiàn)其包含三個(gè)緊密連鎖的基因ORF1、ORF2和ORF3，其中ORF1基因編碼一個(gè)未知功能的蛋白；ORF2基因編碼一個(gè)殺配子的毒性蛋白，以母體效應(yīng)導(dǎo)致花粉死亡；而ORF3基因編碼一個(gè)解毒蛋白，以配子體效應(yīng)保護(hù)配子，使攜帶ORF3基因的花粉可育。在“祖先野生稻-普通野生稻-亞洲栽培稻”的演化過(guò)程中，ORF1一直被保留，ORF2從沒(méi)有毒性功能逐步演變成有毒性功能的類型，ORF3是在普通野生稻中由ORF1基因復(fù)制產(chǎn)生，并獲得解毒功能，在隨后的稻種馴化過(guò)程中被選擇傳遞到亞洲栽培稻品種。研究表明，粳稻品種同時(shí)攜帶毒性的ORF2和解毒的ORF3，而南方野生稻只含有無(wú)毒性的ORF2，在其雜種F1中，攜帶南方野生稻基因型的花粉因缺乏ORF3保護(hù)而死亡，攜帶粳稻品種基因型的花粉因有ORF3保護(hù)而存活，最終導(dǎo)致后代中沒(méi)有純合的南方野生稻基因型個(gè)體存在，群體分離不符合經(jīng)典的孟德爾遺傳模式。

該研究闡明了自私基因在維持植物基因組的穩(wěn)定性和促進(jìn)新物種的形成中的分子機(jī)制，探討了毒性-解毒分子機(jī)制在水稻雜種不育上的普遍性，為揭示水稻秈粳亞種間雜種雌配子選擇性致死的本質(zhì)提供了理論借鑒。早在1986年，日本學(xué)者池橋宏提出廣親和基因的概念，即攜帶廣親和基因的品種與典型的秈稻或粳稻雜交，雜種F1育性正常，這些品種被稱為廣親和品種。1988年袁隆平先生提出利用廣親和品種來(lái)解決秈粳雜種不育的難題。但進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)廣親和性是相對(duì)的，即廣親和品種與部分的秈稻或粳稻雜交，其雜種后代能正常結(jié)實(shí)，而與其他秈稻或粳稻品種雜交仍存在不育性，且關(guān)于廣親和基因的相關(guān)分子機(jī)制仍不清楚。本研究表明ORF3就是廣親和基因。在深入了解水稻雜種不育的分子遺傳機(jī)理基礎(chǔ)上，可利用基因編輯技術(shù)對(duì)具毒性功能的自私基因進(jìn)行編輯刪除，創(chuàng)制廣親和的水稻新種質(zhì)，實(shí)現(xiàn)秈粳交雜種優(yōu)勢(shì)的有效利用，為秈粳亞種間雜交稻品種的培育提供基礎(chǔ)。

該研究于6月8日在《Science》上在線出版。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)共同合作完成該項(xiàng)研究，研究受到中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程的大力支持。

（編輯：程爾凡 張少虎）