张启发science 华中农大张启发Science文章
生物通报道:研究人员发现一组三个基因是水稻杂种不育性的关键所在,也是许多杂交水稻品种无法将它们基因传递给下一代的主要原因,从而提出了一种模型,认为在所有水稻品种中都存在的杂种不育现象,这些发现将有助于对作为主要食物储备的水稻进行遗传改良。 该研究成果发表在Science杂志上,文章的通讯作者是华中农业大学张启发院士。
(图片显示了杂交籼粳亚种间的杂种优势和不育性) 当两个不同的物种交配时,例如一匹马与一头驴交配,它们的杂交后代——此处指的是骡子生而就是不育的。这种被称为杂种不育的现象并不局限于动物王国:大量的植物能产生可存活的杂种,但这些杂种在遗传上就进了死胡同。
来自华中农业大学的杨江义(Jiangyi Yang,音译),与香港中文大学的研究人员合作探索了栽培稻Oryza sativa中的籼稻和粳稻亚种之间的杂种不育性。
研究人员聚焦于水稻染色体上的一个特殊区域:S5,此前他们曾发现这一区域与杂种不育有关。结果研究人员发现了三个紧密连锁的基因:ORF3,ORF4,ORF5调控着籼-粳稻杂种的不育性,他们表示,其中ORF5基因扮演着“杀手”的角色,ORF4辅助它,而ORF3则功能相反,作为保护者存在。
(图片显示了杂交籼粳亚种间的杂种优势和不育性)
显然,在籼稻-粳稻杂种中,杀手基因和它的助手合作,杀死了雌性配子,或称卵子,而保护基因则积极地挽救雌配子。研究人员具体解释道,ORF5基因能编码一种分子,传递信号给ORF4,从而导致细胞内质网上的胁迫增加,并最终激活了ORF3,而ORF3的作用正是稳定和保护内质网。
研究人员发现这种杀手-保护者系统是这两种水稻间杂交不育的基础,他们提出,ORF4 和 ORF5这种非致命性的组合允许籼稻-粳稻杂种将其基因传递给后代,从而克服这一杂种不育现象,为培育更为理想的水稻品种奠定基础。
这项研究得到了国家自然科学基金会、863项目及111项目的资助。国际稻子研究所的D.S. Brar提供了稻种。
