8 月 28 日，中国工程院院士万建民团队在《Science》发表最新成果，首次揭示亚洲栽培稻与非洲栽培稻种间生殖隔离的分子机制 —— 一套由 “矛”“盾”“甲” 三个基因构成的遗传冲突系统。该发现为打破种间生殖屏障、培育超高产亚非杂交稻提供了理论基础和种质资源。
亚非稻 “联姻” 受阻
种间杂种优势长期搁置 亚洲栽培稻产量高、品质好，非洲栽培稻耐高温、耐干旱、耐贫瘠且抗病虫。若实现种间杂交，有望聚合双方优势，培育更高产稳产的新品种。
然而两种栽培稻存在严重生殖隔离，杂交后代花粉活力极低、结实率大幅下降，优良基因交流与杂种优势利用受阻。beat365手机版官网教授赵志刚比喻：“马驴杂交得骡子，虽集合优点但不育，亚非稻杂交亦亦然。”
万建民团队长期深耕 “杂种不育克服与杂种优势利用”。早在 2008 年便鉴定出主效位点 RHS3，但机制解析历时 18 年。论文第一作者何晓航表示，早期因技术所限仅能进行基因挖掘与定位，随着基因组测序、基因敲除等技术突破，才得以深入解析功能。
“矛 — 盾 — 甲” 三基因互作
揭示种间生殖隔离新机制 RHS3 位于第 3 号染色体，能选择性导致携带亚洲稻等位基因的花粉败育，杂种 F₁花粉呈半不育。
遗传分析表明，该位点由 ORF4、ORF10 和 ORF16 三个基因组成，分别命名为 “矛”“盾”“甲”：“矛”（ORF10）编码蛋白定位于线粒体，破坏线粒体功能致使花粉败育；“盾”（ORF16）编码蛋白可与 “矛” 互作，化解其杀伤力；“甲”(ORF4) 编码蛋白为选择性自噬受体，通过与 “盾” 互作形成 “矛 — 盾 — 甲” 复合体，将 “矛” 送入自噬体降解，特异性保护雄配子。赵志刚介绍，通过基因编辑敲除 “矛”，再挖掘 “甲”，三元件完整解释了该机制。
研究揭示，非洲栽培稻拥有完整的 “矛‑盾‑甲” 三套件，亚洲栽培稻只有 “甲”。杂交后代中，一类花粉继承完整三元件而发育正常，另一类继承 “甲”，缺失 “矛‑盾”，被 “甲”“攻击” 败育花粉，导致花粉半不育。
该发现首次揭示自噬参与调控植物种间生殖隔离的分子机制。演化分析表明，“甲” 为未本植物特有，“矛” 起源于展颖野生稻，“盾” 起源于南方野生稻，后者通过渐渗杂交在非洲栽培稻祖先巴西野生稻中逐步组装。
广亲和种质提供技术路径
超高产杂交可期 团队鉴定到 “盾” 有功能而 “矛” 失活的广亲和种质，该材料分别与亚洲稻和非洲稻杂交，均可有效克服 RHS3 位点导致的育性下降，为打破种间生殖隔离提供了可行技术路径和种质资源。
何晓航表示，工作旨在为培育超级水稻提供方案，解决杂种优势利用关键问题 —— 杂种不育。他指出，籼粳亚种间杂种优势种内可增产 20% 以上，种间杂种优势有望再提升 10% 以上。
业内专家认为，该研究不仅揭示了选择性自噬参与生殖隔离的新机制，更为突破种间生殖隔离、培育超高产杂交稻新品种提供理论支撑与种质资源，对保障粮食安全意义深远。
万建民院士在田间开展科研工作
【江苏科技报】揭示亚非稻种间生殖隔离机制
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