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中國成果挑戰(zhàn)孟德爾遺傳規(guī)律!首次找到水稻“自私基因”

2019-05-15 09:07:48   

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域迎來一項(xiàng)重大科技進(jìn)展:繼老鼠、線蟲之后,又一物種的“自私基因”被找到——水稻!

找到它的是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院副院長、中國工程院院士萬建民領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì),這也是人類第一次在植物領(lǐng)域找到“自私基因”,將挑戰(zhàn)孟德爾遺傳規(guī)律,有望解決水稻雜種不育難題。該研究成果由國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志(Science)在線發(fā)表。成果由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)共同合作完成,研究得到中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程的支持。

孟德爾定律是以遺傳學(xué)家格里哥•孟德爾的名字來命名的著名定律,被認(rèn)為是催生遺傳學(xué)誕生的基礎(chǔ)。

該定律認(rèn)為,后代繼承雙親每個(gè)基因兩個(gè)拷貝其中一個(gè)的概率是相等的,換言之,來自父母的基因,是均勻分配給孩子的,“孩子的某些特征應(yīng)該一半像父親,一半像母親”。

然而多年來,科學(xué)家們不斷發(fā)現(xiàn)表明,這一定律在哺乳動(dòng)物中正在被打破,即“大部分后代,只是更像某一方(父親或母親)”,這種現(xiàn)象叫“自私現(xiàn)象”,而引發(fā)這種現(xiàn)象的就是“自私基因”。這種基因使得親本即父親或母親自身的遺傳信息,能更多、更快地復(fù)制,并能更多地傳遞給子代。

去年,《科學(xué)》雜志(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。但直到這次成果面世,植物領(lǐng)域尚未有相關(guān)研究的任何報(bào)道。

萬建民團(tuán)隊(duì)此次研究始于雜交稻。研究表明,相比目前的雜交稻,水稻秈粳亞種間雜交稻能進(jìn)一步提高單產(chǎn)15%-30%,但后者存在“半不育”的問題,嚴(yán)重制約了秈粳雜交稻產(chǎn)量的提高。研究團(tuán)隊(duì)便以亞洲栽培稻粳稻品種和南方野生稻為研究材料,試著找出“控制水稻雜種不育”的因素。

歷時(shí)十多年之久,萬建民團(tuán)隊(duì)終于找到自私基因系統(tǒng):水稻雜種不育受“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。

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。

萬建民團(tuán)隊(duì)介紹,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,為秈粳亞種間雜交稻品種的培育提供基礎(chǔ)。

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