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张启发院士研究组发现水稻重要基因
【字体: 大 中 小 】 时间:2008年08月25日 来源:生物通
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研究人员发现了一种之前未知的基因(研究人员命名为S5)造成了籼稻和粳稻这两种主要水稻品系的杂交品种不育,并通过实验证实了S5基因的角色,这为大多数籼-粳杂交稻为何不育首次提供了直接的原因证据,也为培养更优良的水稻品种提供了重要资料。
生物通报道:来自国家植物基因研究中心(National Centre for Plant Gene Research),华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室(National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement)的研究人员发现了一种之前未知的基因(研究人员命名为S5)造成了籼稻和粳稻这两种主要水稻品系的杂交品种不育,并通过实验证实了S5基因的角色,这为大多数籼-粳杂交稻为何不育首次提供了直接的原因证据,也为培养更优良的水稻品种提供了重要资料。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》(PNAS)杂志上。
领导这一研究的是华中农业大学生命科学技术学院院长张启发教授,张启发教授是我国教育部“****奖励计划”首批特聘教授,国家重点基础研究发展规划“973”项目的首席科学家,1999年当选为中国科学院生物学部院士,还任第三世界科学院院士、中国科学技术协会副主席,去年当选为美国国家科学院外籍院士。参与研究的还有博士研究生陈烔烔、欧阳亦聃和丁寄花。
目前,水稻栽培品种分为籼稻和粳稻两个亚种,亚种之间杂种具有很强的优势。几十年来,水稻育种专家们一直试图通过亚种间杂种优势提高水稻的产量,但进展有限。其主要困难是籼粳稻亚种间杂种育性下降,结实率很低。早在1984年,日本的水稻育种家发现了这个现象,只是猜测有基因在控制,但他们并没有作深入研究。科学家们还发现,在水稻中存在一类特殊的种质资源称之为广亲和品种,它与籼稻和粳稻杂交的后代都表现正常的可育性。
在这篇文章中,为了了解生殖隔离杂种不育性,以及培育更优良的杂交品种,研究人员针对亚洲栽培稻(Asian cultivated rice)进行了研究,亚洲栽培稻(Asian cultivated rice)已发展成三种生态地理品种:籼稻indica 、粳稻japonica和爪洼稻javanica,当两种亚洲主要水稻品种杂交时,经常产生一种更强壮但是不育的杂交品种。结果研究人员发现了一种未知基因,并将其命名为S5,这种基因造成了籼稻和粳稻这两种主要水稻品系的杂交品种不育。两种稍有不同的S5基因——籼稻和粳稻各有一种——导致水稻健康而可育,但是当来自这两种水稻的这种基因通过杂交培育结合到一起之后,它们的后代是高度不育的。
水稻籼粳稻亚种间杂种的不育性是一种生殖隔离现象,生殖隔离在物种进化和新物种的形成中起着十分重要的作用,一直是生物进化研究中的重要课题。国外的生物隔离基因的研究主要集中在果蝇,在植物中研究很少。籼粳稻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,即籼粳分化造就了丰富多彩的稻种资源,而广亲和基因的存在则给籼粳亚种间基因交流提供桥梁,对稻种的整体性有促进作用。该基因的研究成果在水稻品种改良中有重大应用前景,其有关信息可被直接用于发掘其他广亲和基因,基因变异可作为分子标记直接应用于广亲和品种的培育,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产量。
附:张启发
1953年12月生,湖北公安人,1974年11月加入中国共产党,1976年8月参加工作,美国加州大学戴维斯分校遗传学系毕业,博士研究生,中科院院士,教授。
1986.08 华中农业大学农学系讲师
1987.03 华中农业大学农学系副教授、教授,作物遗传改良国家重点实验室副主任
1994.10 华中农业大学生命科学技术学院院长
2001.06 中国科学技术协会副主席,华中农业大学生命科学技术学院院长
2006.06 中国科学技术协会七届副主席
现任华中农业大学生命科学技术学院院长,是著名的作物遗传育种及分子生物学家、中国科学院院士、第三世界科学院院士、中国科学技术协会副主席。
张启发教授是我国教育部“****奖励计划”首批特聘教授,国家重点基础研究发展规划“973”项目的首席科学家。美国McKnight基金会作物科学国际合作计划专家委员会委员,美国 Rockefeller基金会水稻生物技术国际合作计划科学顾问委员会委员,亚洲水稻生物技术合作网络指导委员会主席。
张启发院士从事农业教学科研工作26年来,主持承担了“863”计划、国家自然科学基金、农业部、教育部、中国水稻基因组研究计划、美国洛克菲勒基金会水稻生物技术项目等二十余项重大(点)研究项目。在学术刊物上发表论文90余篇,其中70篇发表在SCI收录杂志上;在学术会议上发表论文70余篇,在重要国际学术会议上作大会报告和特邀报告15次;发表论文在SCI收录杂志上被引用500余次。