水稻属AA基因组种间杂交不育共线性位点的鉴定与遗传分析揭示生殖隔离新机制

本研究针对亚洲栽培稻(Oryza sativa)与野生近缘种AA基因组间杂交不育现象，通过多组合遗传分析鉴定出S59-S64共6个花粉不育新位点，发现染色体5/12/3上存在控制种间生殖隔离的共线性区域。研究人员采用近等基因系构建与图位克隆技术，揭示这些位点均符合"单基因等位互作模型"，但不同等位呈现方向相反的配子选择淘汰模式。该成果为理解稻属物种分化机制和克服远缘杂交障碍提供了关键理论依据，对野生资源利用具有重要意义。

　　

在粮食安全日益受到关注的今天，亚洲栽培稻(Oryza sativa L.)作为全球半数人口的主粮，其遗传改良具有重要意义。然而，长期驯化导致栽培稻遗传多样性急剧下降，而其野生近缘种（如O. rufipogon、O. glumaepatula等）携带的优异基因资源却因种间杂交不育(hybrid sterility)难以被利用。这种生殖隔离现象既是物种形成的标志，也是育种家面临的重大挑战。过去百年间，科学家已鉴定出约60个杂交不育位点，但关于不同物种间是否存在保守的共线性位点(collinearity loci)，以及这些位点的遗传效应是否一致等关键问题仍待解答。

云南省农业科学院的研究团队在《Rice》发表的重要研究中，通过系统分析栽培稻与3种野生近缘种（O. rufipogon、O. glumaepatula和O. barthii）的杂交后代，揭示了控制种间生殖隔离的分子机制。研究采用图位克隆(positional cloning)技术结合近等基因系(NILs)构建策略，以粳稻品种Dianjingyou 1(DJY1)为轮回亲本，分别与野生种杂交后连续回交获得BC₆F_2-4代材料。通过花粉碘染鉴定和SSR标记分析，在3条染色体上定位到6个新位点。

主要技术方法包括：1）以DJY1为受体构建6个近等基因系群体；2）利用碘化钾(I₂-KI)染色法评估花粉育性；3）采用Rice 6k芯片进行全基因组扫描；4）基于SSR标记的图位克隆精细定位；5）通过正反交实验分析配子传递规律。所有材料均种植于西双版纳育种基地(100°E,20°N)。

研究结果部分：

遗传分析显示所有BC₇F₁杂合体均表现花粉半不育（46.46-52.83%），而亲本和NILs的花粉育性均>94%。BC₇F₂群体呈现1:1的育性分离，证实这些位点符合单基因控制模式。

分子定位发现：

• S59（O. rufipogon来源）定位于5号染色体短臂RM17804-RM1024区间（87.8 kb）
• S60（O. glumaepatula）位于同染色体RM1024-RM17812间（1.4 cM）
• S62（O. barthii）映射到5号染色体RM1024-RM17834区（2.5 cM）
  这三个位点与已报道的S24/Sb/f5-Du等位点存在共线性。

配子传递分析揭示：

• S59/S60导致携带栽培稻等位的雄配子选择性败育（S-DJY1型）
• S62呈现相反模式，野生种等位(S-barthii)被淘汰
• S61/S63（12号染色体RM27460-RM27478区）中S61引起雌雄配子同时异常
• S64（3号染色体60.27 kb区）与O. glaberrima的S19共定位

讨论部分指出，这些共线性位点在稻属AA基因组物种分化前就已存在，但不同等位经历了功能分化。特别值得注意的是，5号染色体上的"热点区域"在不同杂交组合中表现出相反的配子选择方向，暗示该区域可能存在复杂的等位互作网络。研究首次系统比较了同一位点在相同遗传背景下对不同野生种的遗传效应差异，为理解"同源位点-不同表型"现象提供了实证。

该研究的创新价值在于：1）建立了种间杂交不育位点的共线性图谱；2）揭示了保守位点的等位功能分化规律；3）为设计广谱兼容性桥梁亲本提供了分子靶点。未来通过CRISPR等技术编辑这些位点，或可突破远缘杂交障碍，实现野生资源的高效利用。论文最后强调，解析更多AA基因组物种的杂交不育位点，将有助于重建稻属生殖隔离的演化历程。