我國科學家成功分離出控制水稻廣親和性狀的主效基因S5

本報武漢8月19日訊(記者余平凡 通訊員范敬群) 由中科院院士、華中農業大學教授張啟發領導的科研團隊，經過18年的不懈奮斗，成功分離克隆出一個控制水稻秈稻、粳稻雜交不育和廣親和性狀的主效基因，命名為S5。這一具有自主知識產權的重要成果，于8月13日在美國《國家科學院院刊》(PNAS)上正式發表。

目前，水稻栽培品種分為秈稻和粳稻兩個亞種，亞種之間雜種具有很強的優勢。幾十年來，水稻育種專家們一直試圖通過亞種間雜種優勢提高水稻的產量，但進展有限。其主要困難是秈粳稻亞種間雜種育性下降，結實率很低。早在1984年，日本的水稻育種家發現了這個現象，只是猜測有基因在控制，但他們并沒有作深入研究。科學家們還發現，在水稻中存在一類特殊的種質資源稱之為廣親和品種，它與秈稻和粳稻雜交的后代都表現正常的可育性。

據論文并列第一作者博士研究生陳烔烔、歐陽亦聃和丁寄花介紹，廣親和基因因其重大的應用價值，在國內外水稻界被認為是一個非常重要的基因。在1987年我國啟動“863”計劃時，就列入了該基因分離克隆的研究內容。張啟發領導的課題組從1990年開始進行該基因的研究，從遺傳分析、基因定位到最終克隆出S5基因，歷時18年，共有7家研究機構的20多位研究人員參與了項目研究。可以說，該基因的成功克隆，是我國科學家團結合作的結晶。

研究結果表明，S5基因編碼的一個天冬氨酰蛋白酶，通過控制雌配子的育性而影響水稻結實率。秈粳稻的S5等位基因間僅有兩個堿基的差別，引起相應蛋白質兩個氨基酸的替換，造成其雜種的不育。廣親和品種的S5基因(廣親和基因)則因其大片段缺失，導致功能喪失，無論與秈稻還是粳稻雜交，都不影響雜種的育性。研究人員通過對16個不同品種(包括秈稻、粳稻和廣親和品種)的測序，進一步證實了以上結果。

關于該研究成果的理論與實際意義，張啟發介紹說，水稻秈粳稻亞種間雜種的不育性是一種生殖隔離現象，生殖隔離在物種進化和新物種的形成中起著十分重要的作用，一直是生物進化研究中的重要課題。國外的生物隔離基因的研究主要集中在果蠅，在植物中研究很少。秈粳稻不育和廣親和性的并存在生物進化中是一種很奇特的現象，即秈粳分化造就了豐富多彩的稻種資源，而廣親和基因的存在則給秈粳亞種間基因交流提供橋梁，對稻種的整體性有促進作用。該基因的研究成果在水稻品種改良中有重大應用前景，其有關信息可被直接用于發掘其他廣親和基因，基因變異可作為分子標記直接應用于廣親和品種的培育，有效地應用廣親和基因能夠克服水稻秈粳亞種間雜種的不育性，從而利用秈粳亞種間強大的雜種優勢提高水稻產量。