水稻秈粳亞種間生殖隔離的新機制獲揭示

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近日，華南農業大學農學院劉自強團隊成功克隆了一個秈粳雜種不育基因座Se，并揭示了水稻秈粳亞種間生殖隔離的新機制。相關研究論文在線發表于《自然–通訊》。

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基因座的進化和分子作用模型。研究團隊 供圖

論文第一作者、華南農業大學農學院碩士畢業研究生王戴琪表示，“亞洲栽培稻包含秈稻和粳稻兩個亞種，二者在形態、生理以及基因水平上存在顯著差異，秈粳亞種間的遺傳差異會產生強大的雜種優勢，具有進一步提高水稻產量的潛力。然而，秈粳亞種間的生殖隔離會導致秈粳亞種間雜種的育性下降，結實率低，嚴重限制了其強大雜種優勢的利用。本研究報道了一個存在缺失變異（Presence-absence variation，PAV）中所包含的秈粳雜種不育基因座Se促進水稻秈粳亞種間生殖隔離的新機制。” 

劉自強團隊以粳稻品種T65和以秈稻品種GLA4為供體、T65為受體的近等基因系E9為研究材料，在水稻第12染色體的一個PAV中成功克隆了秈粳雜種不育基因座Se。該基因座包含兩個相鄰且具有互補效應的基因ORF3和ORF4，ORF3編碼一個孢子體花粉殺手，而ORF4以配子體作用方式保護花粉。在秈粳雜交的F1中，粳型單倍型的花粉由于缺乏ORF4的保護作用，會受秈型單倍型花粉ORF3的毒性作用而發生選擇性敗育。 

“為了追溯Se位點的進化，我們對來自14個稻屬的847份水稻材料進行Se基因座的PAV驗證和序列分析。”論文通訊作者、華南農業大學農學院副教授劉自強表示，“進化分析結果表明，ORF3是一個與亞洲栽培稻種復合體相關的新基因，Se基因座的PAV促進了亞洲栽培稻秈粳亞種之間生殖隔離的形成，同時也支持了秈稻和粳稻是由不同的普通野生稻獨立馴化而來的理論。”