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人类首次找到水稻的“自私基因”

2019-5-24 09:44 | 发布者:橘子的老相好 | 来源:

农业领域迎来一项重大科技进展:继老鼠、线虫之后,又一物种的“自私基因”被找到——水稻!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,这也是人类第一次在植物领域找到“自私基因”,这将挑战孟德尔遗传规律,有望解决水稻杂种不育难题。

该研究成果已于6月8日由国际学术期刊《科学》(Science)杂志在线发表。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”。

然而多年来,科学家们不断发现表明,这一定律在哺乳动物中正在被打破,即“大部分后代,只是更像某一方(父亲或母亲)”,这种现象叫“自私现象”,而引发这种现象的就是“自私基因”。这种基因使得亲本即父亲或母亲自身的遗传信息,能更多、更快地复制,并能更多地传递给子代。

去年,《科学》(Science)杂志报道了小鼠和线虫“自私基因”的非孟德尔遗传现象,这些研究表明在动物中“自私基因”驱动了基因组的进化,并影响了物种自身的稳定性。但直到这次成果面世,植物领域尚未有相关研究的任何报道。

万建民团队此次研究始于杂交稻。研究表明,相比目前的杂交稻,水稻籼粳亚种间杂交稻能进一步提高单产15%30%,但后者存在“半不育”的问题,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。

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——群体分离不符合经典的孟德尔遗传模式。

万建民团队介绍,该研究阐明了“自私基因”在维持植物基因组的稳定性和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,为籼粳亚种间杂交稻品种的培育提供基础。

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