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NSFC-云南联合基金联合资助项目“稻属AA基因组种间杂种不育的遗传研究”取得重大突破
发布:杨莺   发布时间:2018-06-12   浏览次数:327    [] [] []

68日,国际顶级学术杂志《科学》【Science3601130–1132 (2018)】在线发表了标题为‘A selfish genetic element confers non-Mendelian inheritance in rice’的研究文章,文章刊出了由云南省农业科学院粮作所陆稻野生稻课题组陶大云研究员团队主持、云南省农业科学院与南京农业大学合作承担的NSFC-云南联合基金项目“稻属AA基因组种间杂种不育的遗传研究(U1502265)”的研究成果。

该研究以亚洲栽培稻云南粳稻品种滇粳优1号和南方野生稻为研究材料,解析了水稻自私基因位点qHMS7S21)的遗传构成。qHMS7包含3个开放阅读框ORF1ORF2、以及ORF3,在“祖先野生稻-普通野生稻-亚洲栽培稻”的演化过程中,ORF1没有功能,但一直被保留;ORF2是从没有毒性功能的单倍型逐步演变成有毒性功能的单倍型,它编码一个毒性蛋白,对全部花粉的发育有毒害作用,作用方式是孢子体的;而ORF3则是在普通野生稻中由ORF1复制而产生,并在随后的稻种驯化过程中传递到亚洲栽培稻。ORF3编码一个解毒蛋白,“选择性”地保护携带它的花粉,确保其可育,作用方式是配子体的,非常“自私”。不携带ORF3的花粉不能发育成正常可育花粉而败育。普通野生稻中,约50%的材料含有ORF3。经长期演化,栽培稻中,90%以上都含有ORF3

该研究首次用自私基因模型揭示了水稻的杂种不育现象,阐明了自私基因在维持植物基因组的稳定性、促进新物种的形成中的分子机制,探讨了“毒性-解毒”分子机制在水稻杂种不育上的普遍性,为揭示水稻籼粳亚种间杂种雌配子选择性致死的本质提供了理论借鉴。在实践上,有助于克服杂种不育障碍,以利用杂种优势和野生种质资源,提高水稻单产,也对杂草稻等入侵物种的控制提供了控制思路。

这一研究起源于2004年,云南省农业科学院粮食作物研究所陆稻野生稻课题组(陶大云团队)以89份稻属AA基因组野生稻为供体,以云南粳稻品种滇粳优1号为轮回亲本,进行了5年杂交、选择回交以及基因定位工作,定位并培育了一批带有不同杂种不育基因的野生稻渗入系。

陶大云团队在野生稻渗入系培育、基因发掘与定位方面特色突出;万建民团队在水稻籼粳亚种间杂种不育研究积累深厚,并具有国内较好的研究平台。双方在水稻杂种不育的研究中有良好的交流与合作基础。通过讨论、交流,决定发挥双方各自优势,共同开展对这批杂种不育基因的克隆与功能研究。这一研究工作受到了云南省科技厅的高度重视,推荐陶大云研究员申报了NSFC-云南联合基金项目“栽培稻种间杂种不育基因克隆研究”并获得资助(U10366052011.01-2014.12)。该项目共启动了4个种间杂种不育基因的克隆,其中,S21(qHMS7)精细定位于第7染色体长臂30.5kb区域内,包含3个开放阅读框。通过转基因互补实验,将ORF3确定为目的基因,顺利完成了项目研究任务。期间,为便于双方合作研究与交流,周家武研究员就这批基因的克隆研究工作赴南京农业大学与万建民团队的赵志刚老师、边晓峰、汪勇、张云辉、余晓文等博士生进行合作研究,并于201111月获得博士学位。

鉴于“栽培稻种间杂种不育基因克隆研究”取得的进展,由陶大云研究员主持、云南省农业科学院与南京农业大学共同承担的“稻属AA基因组种间杂种不育的遗传研究”继续获得NSFC-云南联合基金的资助(U15022652016.1-2019.12),开展对种间杂种不育基因S21S39等基因的功能研究,并取得了上述研究成果。

中国农业科学院作物所(万建民团队)、中国科学院植物所等单位参与了该项研究工作。(编辑:黄格;审核:袁平荣)

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