我国成功分离出控制籼粳稻杂种育性的广亲和基因

　　

  籼稻和粳稻两个亚种间杂种（杂交后代）具有株高、分蘖、穗粒方面的很强优势，但如何克服籼粳稻杂种育性下降、结实率很低问题，是水稻育种家们几十年来苦苦求索的。中国科学院院士、华中农业大学教授张启发领衔的研究团队最近在这一领域取得重大进展，发现并成功分离克隆一个控制水稻籼粳杂种育性和广亲和性状的主效基因，命名为Ｓ5。该研究成果在水稻品种改良中具有重大应用前景。  

        研究人员称，驴马杂交产下子代（骡），而子代不具有正常生育能力。这种生殖隔离现象在植物中同样存在，如水稻籼粳亚种间杂种的不育性。但科学家们还发现，在水稻中存在一类特殊的种质资源称为广亲和品种，或偏于籼稻，或偏于粳稻，它们与籼稻和粳稻杂交的后代都表现正常可育。  

        张启发院士介绍说，栽培稻的籼粳杂种不育和广亲和性的并存，在生物进化中是一种很奇特的现象：籼粳分化造就了丰富多样的稻种资源，也导致生殖隔离，而广亲和基因的存在则给籼粳亚种间基因交流提供桥梁，对稻种的整体性有保障作用。  

        张启发课题组研究结果表明，Ｓ5基因的蛋白质产物是一个天冬氨酰蛋白酶，通过控制雌配子的育性而影响结实率。籼粳稻的Ｓ5等位基因间仅两个碱基的差别，引起相应蛋白质两个氨基酸的替换，造成其杂种的不育。广亲和品种Ｓ5基因（广亲和基因）则因其大片段缺失，导致功能丧失，与籼稻或粳稻杂交都不影响杂种育性。  

        张启发院士表示，有效地应用广亲和基因能够克服水稻籼粳亚种间杂种的不育性，从而利用籼粳亚种间强大的杂种优势提高水稻的产量。  

        广亲和基因因其重大的应用价值，在国内外水稻界被认为是一个非常重要的基因。早在我国启动８６３计划时，就列入了该基因分离克隆的研究内容。  

        张启发课题组从１９９０年就开始了该基因的研究，从遗传分析、基因定位到最终克隆出Ｓ5基因，历时１８年，共有７家研究机构的２０多位研究人员参与项目研究。该基因的成功克隆是我国科学家团结合作的结晶。８月１２日《美国科学院院刊》作为封面文章发表了该研究团队的研究论文。

 

        驴马杂交生下骡子，骡子却不具备正常生育能力，这种生殖隔离现象在植物中同样存在：两大主要水稻品种——南方的籼（xian）稻和北方的粳（jing）稻只能在各自“家族”内部杂交育种，如何让它们相互“通婚”并成功繁衍是一个世界性难题。记者昨悉，中国科学院院士、华中农业大学教授张启发院士领衔的研究团队成功分离克隆出一种基因，该基因可促进籼稻与粳稻的成功杂交。

　　据张启发介绍，人类目前已栽培利用的水稻主要分为籼稻和粳稻两种，籼稻一般产于南方，个子矮；粳稻一般产于北方，个子高。水稻杂交多半是在籼稻与粳稻各自的“家族”内部进行，一旦让籼稻和粳稻“南北通婚”，其“后代”就不堪入目，结实率很低，就跟驴和马杂交生的骡子不育一样。如何克服这一难题，水稻育种专家们几十年来苦苦求索而未果。

　　1984年，日本专家发现在籼稻与粳稻两大亚种之外，存在着另一种水稻品种，它既能与籼稻“婚配”，又能与粳稻“婚配”，且杂交的后代结实率高，它因此被称为“广亲和”品种。但日本专家并未研究出是哪个主效基因控制这种“广亲和”性状，只大致推测出该基因在“广亲和”水稻品种的S5基因区域内。

　　在日本专家的研究基础上，以张启发团队为首，全国共7家研究机构的20多位研究人员先后参与，历时18年，终于成功分离并克隆出这个基因，正式命名为S5，并申请了国家专利。这一研究成果在水稻品种改良中具有重大应用前景，有效应用S5能使籼粳两种水稻亚种成功联姻并培育出高产杂交品种，新的杂交品种在产量和作物优势上可能大大优于现有杂交品种。”张启发说。

　　该研究成果论文已于8月发表于《美国科学院院刊》上。“这也算是我们为国家拿回一块金牌吧！”张启发笑言。

 

        20多年来，国际水稻界一直在寻找一个被命名为S5的神奇基因：它能控制水稻籼粳不育与广亲和性状，具有重大应用价值。最终，中国科学家发现并成功克隆了它！  

        13日出版的《美国科学院院刊》，以封面故事的形式发表华中农大张启发研究团队的论文，报道了他们经18年漫长岁月取得的这一重大进展。中科院院士张启发喜悦地说：“这相当于中国科学家在水稻研究领域取得的又一枚‘奥运金牌’。”《美国科学院院刊》与《科学》、《自然》并称世界三大综合性学术期刊。论文以陈炯炯、欧阳亦聃、丁寄花为并列第一作者，张启发为通讯作者。这也是世界首例报道的在植物中研究生殖隔离现象的成果。

        超市里经常看到籼稻米和粳稻米，但一般人并不知道它们体现了生物进化中的一种奇特现象：籼粳分化造就了丰富多样的稻种资源，也导致生殖隔离；广亲和基因的存在，却又给籼粳亚种间基因交流提供了一座桥梁。

        栽培稻分为籼稻和粳稻两个亚种。一直以来，水稻杂交都是在籼稻之间或粳稻之间进行，若将籼稻和粳稻杂交，虽然株高穗大，但育性下降，结实率很低。多年来，科学家试图通过亚种间杂种优势提高水稻产量，却进展甚微。不过他们发现，水稻中存在一类特殊的种质资源——广亲和品种，无论是与籼稻还是与粳稻杂交的后代都表现正常可育。

        早在上世纪80年代初，日本便提出了S5基因（广亲和基因）存在的设想。1987年我国启动863计划时，列入了该基因分离克隆的研究内容。张启发团队从1990年起开展该项研究，最终克隆成功，并揭示了这个基因发挥功效的机理。

        张启发院士介绍，自达尔文以来，生殖隔离一直是生物进化研究中的重要课题，但国外相关研究主要集中在果蝇，在植物中研究很少。水稻籼粳亚种间杂种的不育性便是一种生殖隔离现象。此次成功分离克隆S5基因，对生殖隔离与进化研究有重要意义。有效应用这个基因，还能克服水稻籼粳亚种间杂种的不育性，培育新的高产杂交稻。