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中国科学家发现杂交水稻不育是“自私基因”作梗

2018年06月11日 10:09:39 来源: 新华网

  新华网南京6月9日电(记者陈席元)继小鼠、线虫之后,科学家又在水稻中发现了“自私基因”,这也是人类首次在植物领域找到挑战孟德尔遗传定律的例证,国际顶级学术期刊《科学》8日发表了中国科学家这一成果。

  《自私的基因》是英国演化理论学者道金斯的经典科普著作,讲的是基因会尽可能保存并复制自己。而根据孟德尔第一定律,来自双亲的基因应当等概率分配给下一代,“自私基因”则会打破这种均衡,导致“孩子更像某一方”而不是“一半像爸爸,一半像妈妈”。去年,《科学》杂志报道了小鼠和线虫体内“自私基因”的存在,但未在植物领域找到例证。

  杂交水稻不育问题长期困扰着科学界,将水稻的两个亚种籼、粳杂交,可以提高15%左右的单产,但会出现花粉不育、小穗结实率低、子粒不饱满等现象,制约杂交稻产量进一步提升。中国农业科学院副院长、中国工程院院士万建民团队研究认为,这也是“自私基因”在作祟。

  据论文第一作者、南京农业大学博士后余晓文介绍,在水稻的花粉母细胞中,存在一对类似“矛”与“盾”关系的毒蛋白和解毒蛋白,解毒蛋白可以消除毒蛋白的毒害作用,保证花粉细胞顺利完成发育,产生花粉。

  研究团队以滇粳优1号和南方野生稻为对象,系统解析其“自私基因位点”qHMS7的遗传构成,发现ORF2基因可以制造一个毒性蛋白,对全部花粉的发育有毒害作用;ORF3基因则可以制造一个解毒蛋白,对花粉发育起保护作用。

  “我们发现,ORF3会选择性地保护携带它的花粉,确保其可育,从人类的道德观来看,这是一种‘自私’的表现。”余晓文说,后续研究也证实,野生稻中约50%的材料含有ORF3,而经过长期的演化,90%以上的栽培稻带有ORF3,“自私基因”尽可能保存和扩大自身后代的行为,客观上维持着粳稻基因组的稳定性。

  余晓文认为,今后如果能找到一种具有“广泛亲和力”的品种,让ORF3更加“博爱”,保护其他花粉,也许可以克服杂种不育的障碍,充分发挥野生稻种资源的杂交优势,提高水稻单产。(完)

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