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中国科学家在作物中首次发现“自私基因”
字体大小: 发布日期: 2018-06-11 08:48 来源:中国农业新闻网 责编: 李敬钊

农业领域迎来一项重大科技进展:中国科学家在水稻中发现了“自私基因”!这是人类第一次在植物领域找到“自私基因”,将挑战孟德尔遗传规律,有望解决水稻杂种不育难题。找到它的是中国农业科学院副院长、中国工程院院士万建民领衔的科研团队。6月8日,该研究成果由国际学术期刊《科学》杂志(Science)在线发表。成果由中国农业科学院与南京农业大学共同合作完成,研究得到中国农业科学院科技创新工程的支持。

孟德尔定律是以遗传学家格里哥·孟德尔的名字来命名的著名定律,被认为是催生遗传学诞生的基础。该定律认为,后代继承双亲每个基因两个拷贝其中一个的概率是相等的,换言之,来自父母的基因,是均匀分配给孩子的,“孩子的某些特征应该一半像父亲,一半像母亲”。

而自私基因是指双亲杂交后,父本或母本中能控制其自身的DNA片段优先遗传给后代的基因。它使亲本自身的遗传信息能更多、更快地复制,并能更多地传递给子代,其遗传不符合孟德尔遗传规律。2017年,《科学》报道了小鼠和线虫自私基因的非孟德尔遗传现象。而此次是首次在植物中发现自私基因。

研究表明,水稻籼粳亚种间杂交稻比目前的杂交稻能进一步提高单产15%-30%,但籼粳杂种存在50%的后代不育,严重制约了籼粳杂交稻产量的提高。研究团队便以亚洲栽培稻粳稻品种和南方野生稻为研究材料,试着找出“控制水稻杂种不育”的因素。

历时十多年之久,万建民团队终于找到自私基因系统:水稻杂种不育受“自私基因”位点qHMS7的控制,并发现其包含三个紧密连锁的基因ORF1、ORF2和ORF3。在从祖先野生稻到普通野生稻再到亚洲栽培稻的演化过程中,ORF1一直被保留,ORF2从没有毒性功能逐步演变成有毒性功能,ORF3是在普通野生稻中由ORF1基因复制产生,并获得解毒功能,在随后的稻种驯化过程中被选择传递到亚洲栽培稻品种。

研究表明,粳稻品种同时携带毒性的ORF2和解毒的ORF3,而南方野生稻只含有无毒性的ORF2,在其杂种F1中,携带南方野生稻基因型的花粉因缺乏ORF3保护而死亡,携带粳稻品种基因型的花粉因有ORF3保护而存活,最终导致后代中没有纯合的南方野生稻基因型个体存在。

“深入了解水稻杂种不育的分子遗传机理后,可以利用基因编辑技术实现籼粳交杂种优势的有效利用,为籼粳亚种间杂交稻品种的培育提供基础。”万建民院士说。

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