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            人類首次找到水稻的“自私基因”

            2018-06-22 來源:金福騰

                6月8日,農業領域迎來一項重大科技進展:繼老鼠、線蟲之后,又一物種的“自私基因”被找到——水稻!找到它的是中國農業科學院副院長、中國工程院院士萬建民領銜的科研團隊,這也是人類第一次在植物領域找到“自私基因”,這將挑戰孟德爾遺傳規律,有望解決水稻雜種不育難題。

                該研究成果已于6月8日由國際學術期刊《科學》(Science)雜志在線發表。成果由中國農業科學院與南京農業大學共同合作完成,研究得到中國農業科學院科技創新工程的支持。

                孟德爾定律是以遺傳學家格里哥·孟德爾的名字來命名的著名定律,被認為是催生遺傳學誕生的基礎。該定律認為,后代繼承雙親每個基因兩個拷貝其中一個的概率是相等的,換言之,來自父母的基因,是均勻分配給孩子的,“孩子的某些特征應該一半像父親,一半像母親”。

                然而多年來,科學家們不斷發現表明,這一定律在哺乳動物中正在被打破,即“大部分后代,只是更像某一方(父親或母親)”,這種現象叫“自私現象”,而引發這種現象的就是“自私基因”。這種基因使得親本即父親或母親自身的遺傳信息,能更多、更快地復制,并能更多地傳遞給子代。

                去年,《科學》(Science)雜志報道了小鼠和線蟲“自私基因”的非孟德爾遺傳現象,這些研究表明在動物中“自私基因”驅動了基因組的進化,并影響了物種自身的穩定性。但直到這次成果面世,植物領域尚未有相關研究的任何報道。

                萬建民團隊此次研究始于雜交稻。研究表明,相比目前的雜交稻,水稻秈粳亞種間雜交稻能進一步提高單產15%30%,但后者存在“半不育”的問題,嚴重制約了秈粳雜交稻產量的提高。研究團隊便以亞洲栽培稻粳稻品種和南方野生稻為研究材料,試著找出“控制水稻雜種不育”的因素。

                歷時十多年之久,萬建民團隊終于找到自私基因系統:水稻雜種不育受“自私基因”位點qHMS7的控制,并發現其包含三個緊密連鎖的基因ORF1、ORF2和ORF3。

                研究表明,粳稻品種同時攜帶毒性的ORF2和解毒的ORF3,而南方野生稻只含有無毒性的ORF2,在其雜種F1中,攜帶南方野生稻基因型的花粉因缺乏ORF3保護而死亡,攜帶粳稻品種基因型的花粉因有ORF3保護而存活,最終導致后代中沒有純合的南方野生稻基因型個體存在——群體分離不符合經典的孟德爾遺傳模式。

                萬建民團隊介紹,該研究闡明了“自私基因”在維持植物基因組的穩定性和促進新物種的形成中的分子機制,探討了毒性-解毒分子機制在水稻雜種不育上的普遍性,為揭示水稻秈粳亞種間雜種雌配子選擇性致死的本質提供了理論借鑒,為秈粳亞種間雜交稻品種的培育提供基礎。

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