中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所植物分子遺傳國家重點實驗室林鴻宣研究組，于2月21日在Nature Communications上發(fā)表了水稻雜種劣勢遺傳調(diào)控機(jī)理研究的重要進(jìn)展。該研究成功證明了兩個遺傳座位上的三個基因共同控制水稻種間雜種劣勢的發(fā)生，為闡明水稻種間生殖隔離的分子遺傳機(jī)理研究提供了新的線索。

　　物種是如何形成的被達(dá)爾文稱為“萬謎之謎”。生殖隔離在物種形成過程中發(fā)揮重要作用。雜種劣勢是一種被科學(xué)家長期忽略、但在自然界廣泛存在的重要生殖隔離形式。對雜種劣勢遺傳和分子機(jī)理的研究，將加深我們對生殖隔離和物種形成的理解。此外在雜交育種過程中，育種家在許多作物中都發(fā)現(xiàn)了雜種劣勢現(xiàn)象，從而阻礙了我們對雜種優(yōu)勢的充分利用。因此，對雜種劣勢的遺傳和分子機(jī)理研究具有重要意義。

　　雖然早在半個世紀(jì)前就在水稻中發(fā)現(xiàn)了雜種劣勢現(xiàn)象，但是對雜種劣勢發(fā)生的分子調(diào)控機(jī)理研究目前幾乎還是空白。該研究組從海南普通野生稻（Oryza rufipogon）與亞洲栽培稻品種特青（Oryza sativa）構(gòu)建的染色體片段替換系中，發(fā)現(xiàn)了一種新的水稻種間雜種劣勢。這種雜種劣勢的發(fā)生受高溫誘導(dǎo)，根莖結(jié)合部在感受溫度變化中發(fā)揮重要作用。林鴻宣研究員和高繼平副研究員指導(dǎo)博士生陳忱和陳豪等，通過近七年的工作，揭示了水稻種間雜種劣勢形成的遺傳調(diào)控機(jī)理。他們成功證明了野生稻雜種劣勢顯性座位Hwi1 上的兩個基因?qū)﹄s種劣勢的發(fā)生是不可或缺的。25L1 和25L2 共同組成的Hwi1 座位與來自特青的顯性基因Hwi2 遺傳上不相容。雜種植株由于同時攜帶Hwi1 和Hwi2，其體內(nèi)的自身免疫應(yīng)答被組成性激活，影響了植株的正常生長發(fā)育，從而使絕大多數(shù)植株在進(jìn)入生殖生長前發(fā)生死亡，阻礙了物種間正常的遺傳交流，形成生殖隔離。25L1 和25L2 均編碼膜定位的富含亮氨酸重復(fù)序列的類受體激酶（LRR-RLK），Hwi2 編碼一個分泌至胞外的類subtilisin蛋白酶。推測Hwi2的酶解產(chǎn)物能夠被25L1和25L2組成的復(fù)合體感受，激活下游防衛(wèi)反應(yīng)，進(jìn)而誘發(fā)雜種劣勢表型。Hwi1 位于LRR-RLK 組成的串聯(lián)重復(fù)的基因簇中。普通野生稻可能通過基因倍增獲得了25L1 和25L2，而栽培稻中則缺少這兩個基因。Hwi2 也是一個類subtilisin串聯(lián)重復(fù)基因簇成員。這些結(jié)果表明基因擴(kuò)增是形成生殖隔離的重要分子基礎(chǔ)。該研究是與姜里文研究組和韓斌研究組共同合作完成的。

　　該工作得到國家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院等的資助。