生物學(xué)中經(jīng)典的孟德爾遺傳規(guī)律認(rèn)為,兩個(gè)親本雜交的遺傳信息應(yīng)當(dāng)是隨機(jī)地分配到子代,即來自父母的基因應(yīng)當(dāng)均勻分配給孩子。然而,生活中人們常常發(fā)現(xiàn)孩子在外貌等方面會(huì)偏向于父母一方。這一現(xiàn)象正是由物種體內(nèi)的自私基因引起的。此前,科學(xué)家們僅在小鼠和線蟲中發(fā)現(xiàn)了自私基因的存在。近日,中國工程院院士、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院副院長萬建民帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)合作,首次在水稻中發(fā)現(xiàn)了自私基因,這也是自私基因首次在植物中被找到,這一發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步提高雜交水稻產(chǎn)量提供了新的技術(shù)途徑。該成果于北京時(shí)間6月8日被在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。
據(jù)萬建民介紹,自私基因的發(fā)現(xiàn)始于雜交水稻研究。雜交水稻對(duì)解決我國糧食安全問題作出了巨大貢獻(xiàn)。研究表明,水稻秈粳亞種間雜交稻比目前的雜交稻能進(jìn)一步提高單產(chǎn)15%~30%,但秈粳雜種存在50%水稻籽粒不結(jié)實(shí)的問題,嚴(yán)重制約了秈粳雜交稻產(chǎn)量的提高。針對(duì)這一問題,在中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程的支持下,萬建民院士領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)以亞洲栽培稻粳稻品種和南方野生稻為研究材料,系統(tǒng)解析了野生稻與栽培稻間雜種不結(jié)實(shí)的遺傳特性。研究發(fā)現(xiàn),其籽粒不結(jié)實(shí)受水稻基因位點(diǎn)qHMS7的控制,并發(fā)現(xiàn)其包含三個(gè)緊密連鎖的基因ORF1、ORF2和ORF3。在這些基因的共同作用下,粳稻品種得以在雜交過程中減少南方野生稻的遺傳影響,把更多的遺傳信息傳遞給予代,由此引起了水稻雜種籽粒部分不結(jié)實(shí)的現(xiàn)象。研究組認(rèn)為,這一系列基因正是水稻中的自私基因。
該研究闡明了自私基因在維持植物基因組的穩(wěn)定性和促進(jìn)新物種的形成中的驅(qū)動(dòng)作用,解釋了生物界的這一遺傳現(xiàn)象。同時(shí),研究組發(fā)現(xiàn),在深入了解水稻雜種不結(jié)實(shí)的遺傳機(jī)理基礎(chǔ)上,可利用基因編輯技術(shù)對(duì)關(guān)鍵的自私基因進(jìn)行編輯刪除,創(chuàng)制更具適應(yīng)性的水稻新種質(zhì),實(shí)現(xiàn)秈粳交雜種優(yōu)勢(shì)的有效利用,為秈粳亞種間雜交稻品種的培育和提高產(chǎn)量提供基礎(chǔ)。