973首席科学家《PNAS》解析水稻新基因

【字体: 时间:2008年08月06日 来源:生物通

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  来自华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室,国家植物基因研究中心,武汉大学生科院,中科院遗传与发育生物学研究所和扬州大学等处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。

  

生物通报道:来自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),国家植物基因研究中心(National Centre for Plant Gene Research),武汉大学生科院,中科院遗传与发育生物学研究所和扬州大学等处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“长江学者奖励计划”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。

杂种不育性(Hybrid sterility)是合子生殖隔离(postzygotic reproductive isolation)的一种主要形式,生殖隔离许多年以来一直都是很多生物进化生物学研究的一个关键问题,但是只到最近才有一些生殖隔离的基因被鉴别出来。

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。

之后研究人员利用一种称为图位克隆技术(map-based cloning approach)的方法克隆了S5基因(S5基因是籼稻-粳稻杂交不育和高兼容性的主要基因),分析发现S5基因的两种形式:indica (S5-i)和japonica (S5-j)的区别在于两个核苷酸。

并且研究人员还研究了另一种具有高兼容性的水稻品系,结果发现它的S5基因(S5-n)的一大段序列丢失是高兼容性水稻与其他两种水稻杂交时能产生可育品种的原因。他们对另外16种亚洲水稻品种进行了取样,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。

张启发教授的主要研究领域位植物分子生物学和作物遗传改良,重要基因的鉴定、定位与克隆,杂种优势的遗传和分子机理,作物遗传资源分子标记评估等方面揭示了世界大麦遗传变异的一些重要特点,阐述了世界栽培大麦东、西方独立起源的观点;对作物品种资源的保护利用和起源进化研究有重要意义。

原文摘要:

Published online before print August 4, 2008, doi: 10.1073/pnas.0804761105
A triallelic system of S5 is a major regulator of the reproductive barrier and compatibility of indica–japonica hybrids in rice
[Abstract]

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“长江学者奖励计划”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。
张启发院士的主要研究领域为植物分子生物学和作物遗传改良,涉及植物基因组分析;重要基因的鉴定、定位与克隆,杂种优势的遗传和分子机理,作物遗传资源分子标记评估,应用分子生物学理论和技术于作物品种改良等;其研究工作受到了国内外同行的极大关注和很高的评价。其主要学术成就和贡献有:



1、应用多种分子标记系统研究了世界大麦遗传多样性,揭示了世界大麦遗传变异的一些重要特点,阐述了世界栽培大麦东、西方独立起源的观点;对作物品种资源的保护利用和起源进化研究有重要意义。国际科学基金会对此给予了高度评价。

2、在国际上率先并较系统地应用分子标记进行了水稻杂种优势的研究。系统分析了杂种优势与分子标记杂合度的关系;剖析了杂种优势的遗传基础,揭示出大量的上位性遗传效应,提出了上位性是杂种优势的重要遗传基础的学术观点,研究结果在《美国国家科学院院刊》发表和国际学术会议大会报告后,受到高度评价;分析了杂种优势与基因表达和DNA甲基化的关系,初步揭示了杂种和亲本在不同生长发育阶段基因特异表达的主要形式。研究结果对水稻杂种优势的预测和杂交稻的改良有重要意义。

3、深入开展了水稻基因组研究。制作了高密度分子标记连锁图,应用分子标记定位了20余个水稻重要主效基因和大量数量性状基因。正在分离克隆水稻抗白叶枯病、广亲和、光敏核不育3个重要基因。这些基因的成功克隆将对我国乃至世界的水稻遗传改良具有重要意义。

4、注重应用分子技术于水稻改良。应用分子标记辅助选择和转基因技术开展了水稻品种改良的研究,已培育出:优良恢复系“明恢63”抗白叶枯病改良版,开始示范推广;直链淀粉含量降低,可用于杂交稻米质改良的“珍汕97”和“特青”;延缓叶片衰老、产量潜力显著提高的转基因株系。

张启发院士的杰出研究成果使他荣获多项殊荣,1990年荣获洛克菲勒基金生物技术生涯奖;1991年获国务院政府特殊津贴;1991年被评为农业部有突出贡献的中青年专家;1993年被瑞典国际科学基金授予瑞典国王奖;1994年被评为国家有突出贡献的中青年专家;1996年被国家科委评为“863”先进工作者;1997年被国家教委和人事部评为优秀回国留学人员;1997年获中华农业科教基金委员会颁布的农业科研奖;1998年被团中央、中组部、人事部、科技部评为中国青年科学家奖;1999年被教育部评为“长江学者奖励计划”特聘教授;1999年当选中国科学院院士。

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