我校在水稻籼粳杂种不育分子机理及应用中取得重大突破

撰写时间:2017-11-06来源:生命科学学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室

  11月3日,我校生命科学学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室在国际著名学术期刊Nature Communications(IF2017=13.0)在线发表了题为“Genomic structural variation-mediated allelic suppression causes hybrid male sterility in rice”(基因组结构变异介导的基因等位抑制导致水稻籼粳杂种不育的分子机理)的论文(在线网址:https://www.nature.com/articles/s41467-017-01400-y)。论文第一作者是我校博士后沈荣鑫博士,通讯作者是刘耀光研究员。该论文是我校在阐明控制水稻杂种不育Sa和S1座位分子机理后的又一重大研究成果。

 

  杂种不育是物种分化产生的一种生殖隔离机制。亚洲栽培稻(Oryza sativa L.)分为籼稻和粳稻2个亚种。籼稻和粳稻亚种间杂种具有强大的杂种优势,是水稻杂交育种的未来主攻方向。但籼粳杂种存在严重的杂种不育现象,导致结实率下降,极大限制了籼粳杂种优势利用。因此,克隆控制籼粳杂种不育的基因并阐明其分子机理,在理论和生产实践上均有重要的意义。Sc座位是控制籼粳杂种不育的一个主要遗传座位,但其分子基础尚不明确。针对这一科学问题,我校刘耀光研究员领衔的科研团队经过10多年的艰苦探索,最终克隆了Sc座位的目标基因。序列分析发现,籼稻和粳稻Sc等位基因结构发生了很大变异。其中,粳型等位基因座Sc-j仅包含一个花粉发育必需基因,而籼型基因座Sc-i存在序列重组和大片段基因拷贝数重复;重复拷贝的数目越多,籼粳杂种不育程度越严重。进一步研究还发现籼粳杂种F1中Sc等位基因的遗传互作会导致粳型Sc-j基因表达水平的大幅度下降,造成携带Sc-j的花粉选择性败育。该研究揭示了一种基于等位基因剂量效应驱动的选择性基因沉默即称为等位抑制(allelic suppression)的新型杂种不育分子机制。该研究同时建立了一种高效的基于CRISPR/Cas9基因编辑技术定点删除部分基因拷贝,以打破杂种不亲和性的技术方法。这一研究成果深化了人们对杂种不育分子遗传机制的认识,为进一步利用水稻植物杂种优势奠定了理论和技术基础。

  本研究得到了国家973课题、国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省自然科学基金及国家博士后基金的支持。(文图/生命科学学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室 赵秀彩)

  (责任编辑:蒙丽)

 

 

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