破解生殖隔离之谜 培育高产水稻品种

1个月前 来源:科技日报 观看:13

编者按 日前,中国农业科学院发布了《2024中国农业科学重大进展》,遴选出10项具有重大突破的基础科学研究成果,涵盖水稻、玉米、马铃薯、白菜等重要农作物,涉及杂交育种、基因编辑等生物技术。本版即日起推出“农业生物技术新突破”系列报道,展现我国生物技术前沿亮点。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

我国南方多籼稻,北方多粳稻,那么能否破解籼稻和粳稻生殖隔离之谜,培育出兼具南北特色、融合两者优势的杂交品种?P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

多年来,科研人员一直在探求这一问题的答案。为破解水稻生殖隔离之谜,由中国工程院院士万建民领衔,中国农业科学院作物科学研究所研究人员和南京农业大学研究人员组成的科研团队,阐明了籼稻、粳稻杂种不育分子机理,为利用亚种间杂种优势培育高产水稻品种提供了重要理论和技术支撑。相关研究成果发表在国际期刊《细胞》上。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

亚种间杂交存在生殖隔离P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

“杂种优势利用是重要育种手段之一,是大幅提高粮食产量的重要途径。”万建民介绍,水稻分为籼稻和粳稻两个亚种,我国北方多种植粳稻,南方多种植籼稻。上世纪70年代以来,袁隆平院士研发创新的杂交水稻技术,实现了水稻的大幅增产。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

迄今为止,我国水稻杂交技术已经高度成熟且世界领先,我国水稻平均单产达到全球平均单产的1.7倍。然而,鲜有人知的是,成熟的杂交技术,更多在亚种内部进行杂交,很难在不同亚种之间实现稳定的杂交。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

“籼稻和粳稻之间存在严重的生殖隔离,其杂交种常表现出杂种不育现象,这是阻碍杂种优势利用的最大障碍之一。”万建民说。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

一般来说,品种间亲缘关系越远,杂交优势越明显。据预测,若能成功培育出籼稻与粳稻亚种间的超级杂交稻,其产量有望比现有杂交水稻提高15%以上。但要实现这一点并不容易,中国科学院院士刘耀光进一步解释说,在进化过程中,物种会出现分化现象,而这种分化会产生生殖隔离,导致杂种不育或育性下降。当前的育种工作中,杂种优势利用主要集中在亚种内部,但进一步挖掘空间有限,而要实现亚种间的杂交,进一步提高对杂种优势的利用,则必须解决杂种不育这个“拦路虎”。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

发现“破坏者”和“守卫者”基因P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

10多年前,万建民团队就开始探索并解决亚种间杂交出现的不育问题。团队成员、南京农业大学博士后、论文第一作者王超龙介绍,团队首先在全基因组层面分析鉴定了引起籼稻和粳稻杂种花粉不育的主效位点,并对位于第12号染色体上的一个效应最大的位点进行了深入研究。他们通过遗传分析,发现该位点由紧密连锁的两个基因组成,这两个基因一个是“破坏者”,另一个是“守卫者”。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

研究发现,“破坏者”对所有花粉产生伤害作用,引起花粉的败育;而“守卫者”能阻止“破坏者”的伤害作用,因此只有那些遗传了“守卫者”基因的花粉才能受到保护并正常发育。在世代繁衍过程中,当携带这对基因和不携带这对基因的水稻植株进行杂交,得到的杂交植株中,凡是不携带这对基因的花粉都不能正常发育。换言之,凡是发育正常的花粉都携带这对基因。因此,随着世代的增加,含有这对基因的后代个体会迅速增加,最终占主导地位,这种遗传效应被称为“基因驱动”。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

“进一步的生化研究发现,‘破坏者’通过与细胞中能量工厂线粒体中的一个核心功能蛋白互作,干扰线粒体的产能功能,导致花粉因缺能而最终败育;而‘守卫者’能与‘破坏者’直接互作,阻止其进入产能工厂,并进一步将‘破坏者’押送到一种名为自噬体的细胞器中进行降解,从而彻底消灭‘破坏者’,使花粉的发育不再受影响。”王超龙说,该研究首次从分子层面阐明了水稻杂种不育的机理,实现了该领域里程碑式的突破。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

万建民介绍,研究还发现,“破坏者”和“守护者”这对基因在最开始的祖先野生稻中并不存在,随后演化出无功能的类型,最后在亚洲栽培稻的祖先——普通野生稻中进化出“破坏者”和“守卫者”功能。在普通野生稻中形成之后,经过人类的驯化,这对基因仅被部分籼稻农家种继承,而粳稻农家种可能因为地缘不同没有继承。由于这对基因在水稻种间或亚种间的分布不均,因此水稻种间或亚种间相互杂交产生花粉不育就成为了一个普遍现象。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

朝着水稻单产飞跃再迈进一步P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

在探明籼稻与粳稻生殖隔离、杂种不育的机制后,科研人员发现,可以通过分子标记辅助选择等手段规避花粉败育问题,从而推进水稻亚种间超强优势利用和高产品种的培育。“这一研究扩大了水稻杂交的范围,为不同亚种之间的杂交提供了理论支持。”万建民说,利用本次研究成果,可以推进水稻亚种间杂交稻高产品种的培育。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

研究还发现,现代水稻育种无意中将这对基因从籼稻引入粳稻后,其在粳稻种群中快速扩散,进一步说明了这对基因的“基因驱动”特性。利用这一特性,研究人员可以将优良基因,如优质、高抗、耐逆等基因与这对基因串联,驱动这些优良基因在后代群体中快速传播和纯合,从而大大缩短育种时间,提高育种效率,精准获得具有多种优良特性的水稻新品种。“也就是说,在未来,我们可以通过分子设计的方式,精准地设计和培育我们需要的品种。”王超龙说。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

“破解籼稻和粳稻亚种间的生殖隔离,实现籼、粳杂种优势利用,是水稻育种中一次里程碑式的进步,这使得我们朝着水稻单产的再次飞跃又前进了一大步。”中国农业科学院院长、中国工程院院士吴孔明说。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

中国科学院院士种康也表示:“这一研究在分子设计育种中,有着重要的意义,为未来分子设计育种奠定了理论基础。”P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

编者按 日前,中国农业科学院发布了《2024中国农业科学重大进展》,遴选出10项具有重大突破的基础科学研究成果,涵盖水稻、玉米、马铃薯、白菜等重要农作物,涉及杂交育种、基因编辑等生物技术。本版即日起推出“农业生物技术新突破”系列报道,展现我国生物技术前沿亮点。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

我国南方多籼稻,北方多粳稻,那么能否破解籼稻和粳稻生殖隔离之谜,培育出兼具南北特色、融合两者优势的杂交品种?P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

多年来,科研人员一直在探求这一问题的答案。为破解水稻生殖隔离之谜,由中国工程院院士万建民领衔,中国农业科学院作物科学研究所研究人员和南京农业大学研究人员组成的科研团队,阐明了籼稻、粳稻杂种不育分子机理,为利用亚种间杂种优势培育高产水稻品种提供了重要理论和技术支撑。相关研究成果发表在国际期刊《细胞》上。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

亚种间杂交存在生殖隔离P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

“杂种优势利用是重要育种手段之一,是大幅提高粮食产量的重要途径。”万建民介绍,水稻分为籼稻和粳稻两个亚种,我国北方多种植粳稻,南方多种植籼稻。上世纪70年代以来,袁隆平院士研发创新的杂交水稻技术,实现了水稻的大幅增产。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

迄今为止,我国水稻杂交技术已经高度成熟且世界领先,我国水稻平均单产达到全球平均单产的1.7倍。然而,鲜有人知的是,成熟的杂交技术,更多在亚种内部进行杂交,很难在不同亚种之间实现稳定的杂交。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

“籼稻和粳稻之间存在严重的生殖隔离,其杂交种常表现出杂种不育现象,这是阻碍杂种优势利用的最大障碍之一。”万建民说。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

一般来说,品种间亲缘关系越远,杂交优势越明显。据预测,若能成功培育出籼稻与粳稻亚种间的超级杂交稻,其产量有望比现有杂交水稻提高15%以上。但要实现这一点并不容易,中国科学院院士刘耀光进一步解释说,在进化过程中,物种会出现分化现象,而这种分化会产生生殖隔离,导致杂种不育或育性下降。当前的育种工作中,杂种优势利用主要集中在亚种内部,但进一步挖掘空间有限,而要实现亚种间的杂交,进一步提高对杂种优势的利用,则必须解决杂种不育这个“拦路虎”。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

发现“破坏者”和“守卫者”基因P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

10多年前,万建民团队就开始探索并解决亚种间杂交出现的不育问题。团队成员、南京农业大学博士后、论文第一作者王超龙介绍,团队首先在全基因组层面分析鉴定了引起籼稻和粳稻杂种花粉不育的主效位点,并对位于第12号染色体上的一个效应最大的位点进行了深入研究。他们通过遗传分析,发现该位点由紧密连锁的两个基因组成,这两个基因一个是“破坏者”,另一个是“守卫者”。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

研究发现,“破坏者”对所有花粉产生伤害作用,引起花粉的败育;而“守卫者”能阻止“破坏者”的伤害作用,因此只有那些遗传了“守卫者”基因的花粉才能受到保护并正常发育。在世代繁衍过程中,当携带这对基因和不携带这对基因的水稻植株进行杂交,得到的杂交植株中,凡是不携带这对基因的花粉都不能正常发育。换言之,凡是发育正常的花粉都携带这对基因。因此,随着世代的增加,含有这对基因的后代个体会迅速增加,最终占主导地位,这种遗传效应被称为“基因驱动”。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

“进一步的生化研究发现,‘破坏者’通过与细胞中能量工厂线粒体中的一个核心功能蛋白互作,干扰线粒体的产能功能,导致花粉因缺能而最终败育;而‘守卫者’能与‘破坏者’直接互作,阻止其进入产能工厂,并进一步将‘破坏者’押送到一种名为自噬体的细胞器中进行降解,从而彻底消灭‘破坏者’,使花粉的发育不再受影响。”王超龙说,该研究首次从分子层面阐明了水稻杂种不育的机理,实现了该领域里程碑式的突破。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

万建民介绍,研究还发现,“破坏者”和“守护者”这对基因在最开始的祖先野生稻中并不存在,随后演化出无功能的类型,最后在亚洲栽培稻的祖先——普通野生稻中进化出“破坏者”和“守卫者”功能。在普通野生稻中形成之后,经过人类的驯化,这对基因仅被部分籼稻农家种继承,而粳稻农家种可能因为地缘不同没有继承。由于这对基因在水稻种间或亚种间的分布不均,因此水稻种间或亚种间相互杂交产生花粉不育就成为了一个普遍现象。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

朝着水稻单产飞跃再迈进一步P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

在探明籼稻与粳稻生殖隔离、杂种不育的机制后,科研人员发现,可以通过分子标记辅助选择等手段规避花粉败育问题,从而推进水稻亚种间超强优势利用和高产品种的培育。“这一研究扩大了水稻杂交的范围,为不同亚种之间的杂交提供了理论支持。”万建民说,利用本次研究成果,可以推进水稻亚种间杂交稻高产品种的培育。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

研究还发现,现代水稻育种无意中将这对基因从籼稻引入粳稻后,其在粳稻种群中快速扩散,进一步说明了这对基因的“基因驱动”特性。利用这一特性,研究人员可以将优良基因,如优质、高抗、耐逆等基因与这对基因串联,驱动这些优良基因在后代群体中快速传播和纯合,从而大大缩短育种时间,提高育种效率,精准获得具有多种优良特性的水稻新品种。“也就是说,在未来,我们可以通过分子设计的方式,精准地设计和培育我们需要的品种。”王超龙说。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

“破解籼稻和粳稻亚种间的生殖隔离,实现籼、粳杂种优势利用,是水稻育种中一次里程碑式的进步,这使得我们朝着水稻单产的再次飞跃又前进了一大步。”中国农业科学院院长、中国工程院院士吴孔明说。P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

中国科学院院士种康也表示:“这一研究在分子设计育种中,有着重要的意义,为未来分子设计育种奠定了理论基础。”P4B即热新闻——关注每天科技社会生活新变化gihot.com

本文链接:http://www.gihot.com/news-2-367-0.html破解生殖隔离之谜 培育高产水稻品种

声明:本网页内容由互联网博主自发贡献,不代表本站观点,本站不承担任何法律责任。天上不会到馅饼,请大家谨防诈骗!若有侵权等问题请及时与本网联系,我们将在第一时间删除处理。

上一篇:新方法可同时鉴定配体结合蛋白和位点

下一篇:邹宏新:把世界首台光钟送上天

为你推荐
1月14日,记者从中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所(以下简称“等离子体所”)获悉,由该所建设运行的国家重大科技基础设施“聚变堆主机关...
01-21
海军054B护卫舰首舰漯河舰1月22日上午在山东青岛某军港交接入列。10时许,入列授旗仪式开始,全场高唱中华人民共和国国歌,五星红旗冉冉升起。仪仗礼兵...
01-23
  海南航空控股股份有限公司18日晚发表声明称,1月18日,海南航空HU7370(九江—海口)航班于11:31...
01-21
   1月18日拍摄的横道河子镇保护建筑街区(无人机照片)。  时下正值冰雪旅游旺季,有着百年历史...
01-21
  海报新闻记者 田阳 报道  “驳回上诉,维持原判。”1月21日,王浩文拐卖儿童案二审宣判。该案中被人熟知的“雷公”雷武泽通过朋友拿到了法院的判决结果。“雷公”告诉...
01-22
  春运第5日铁路客流开始呈现大幅上升趋势  中新网广州1月18日电(郭军 任永霜 李格格)1月18日,2025年春运进入第五日。据广铁集团数据显示,从当日开始,铁路整体客流开始呈...
01-21
[本站 资讯] 日前,我们从官方获悉,捷达VA7将会在明日(1月12日)正式上市,车辆定位国民家轿,是一款紧凑型车,使用1.4T动力,此前预售价为11.8777万元起。在上个月,捷达VA7就完成...
01-21
1 月 31 日消息,YouTube 频道 HealerTV 在最新一期视频中,分享了起亚 EV4 的最新路测图片,这款电动轿车有望今年推出,拥有独特的运动风格和轿跑车般的比例,价格预计将低...
02-01
  1、《掌心》采莲最后的结局被礼宗旭的人杀死了,礼宗旭不仅害死了采莲,还差点活埋了叶平安。  2、在计划败露后,采莲为了不让证物落入礼宗旭的手中,不顾危险想要夺回证物...
02-15
最近热门电视剧《夜魔侠:重生》吸引了大量观众,不仅在剧情和演员表现方面取得了成功,也引发了关于其与网飞版《夜魔侠》之间区别的讨论。超级英雄题材一直是影...
02-21
1月22日,国家卫健委、国家中医药局联合发布《流行性感冒诊疗方案(2025年版)》,新增玛巴洛沙韦、法维拉韦两种抗流感病毒药物,并明确不建议联合...
01-23
21世纪经济报道 记者季媛媛 广州 上海报道岁末年初,多家疫苗企业纷纷发布了2024年度业绩预告,从数据来看,“承压”成为一众国产疫苗巨头面临...
01-25
学院简介  西安海棠职业学院是在1996年创办的“陕西海棠中医美容培训学院”基础上发展而来,2004年经陕西省人民政府批准,国家教育部备案,纳入国家统一招生计划,并具有独立颁...
01-21
作者:南开大学 相羽 王寅 王嫒 周文钰 崔丽月 郑锡然2019年,习近平总书记在南开大学考察时指出“爱国...
01-22
  摘要  苹果市场走势主要由“预期”和“预期差”这两个关键词主导。收购初期,受弱现实影响,...
01-21
  中国网财经1月21日讯 2024年12月权益市场震荡上行,资产管理标品信托市场的产品发行数量环比...
01-23
双鱼座的男生通常都是浪漫、敏感且善良的人,他们渴望被爱和关心。如果你想让双鱼男爱死...
01-22
水瓶座男生通常聪明、理性、独立,他们喜欢追求自由和创新。他们对于社交活动非常感兴趣...
01-22
中国服饰品牌历史? 中国国产的服饰品牌有那些?中国服饰品牌历史?中国服饰文化源远流长、独具特色,古时也一直以“衣冠上国”和“礼仪之邦”著称于世。服饰是文化的一部分,在中华...
02-07
穿貂怎么搭配围巾图片欣赏?一、穿貂怎么搭配围巾图片欣赏?个人觉得貂皮本身就有厚重感,搭配围巾不是很适合,可以搭配轻质的丝巾。搭配如果艳丽一点可以选择正红色;肤色白的话可以...
02-17
网约车市场正在悄然发生变化,如同暴风雨来临前的宁静,让人恐惧。1、抖音上线打车服务抖音不仅能刷短视频,现在还能直接打车了。据Tech星球独家消息,抖音在近日上线了打车服务,入...
02-07
直播带货行业,杀出一匹黑马。1.B站直播带货让人刮目相看自从 B站2021年12月正式入局直播带货以来,面对的质疑声此起彼伏。不少人表示,B站向来以独特的二次元文化和多元化的内容...
02-09
新年伊始,知名少儿编程教育机构——童程童美因财务危机爆雷,全国各地多校区陷入经营困境。此前,《消费者报道》曾在1月17日刊发的《...
02-11
3月7日消息,妇女节来临,同程旅行联合唯品会共同发布《2025年中国女性出行及品牌消费趋势报告》,基于双方过去一年的消费数据,揭示发生在“购物车”与“旅行箱”之间的隐秘关联。...
03-09
近日,朴烯晶新能源材料(上海)有限公司(以下简称“朴烯晶”)完成数亿元B轮融资。本轮融资由国科东方领投,大零号湾策源基金、尚研莘工基金、民银国际跟投...
02-07
在当下的都市生活中,宠物已成为许多年轻人心灵的港湾,它们不仅填充了孤独的时光,更成为了一种新兴的生活方式符号。这股由宠物引发的“它经济”浪潮,正以不可阻挡之势席卷而来,重...
02-09
四川资中一小孩因燃放鞭炮引起的沼气燃爆,致使8辆汽车受损一事,引起网友热议。 因为受损车辆包括林肯、雷克萨斯、奥迪、保时捷等豪华品牌,事件发生后,网上出现多...
02-03
近日据外媒报道称,RTX 5090、5080虽然上市还没有半个月,但已有不少用户反映显卡出现崩溃黑屏问题。 报道中提到,全球多地用户近日集中报告称(故障报告已超千例),这...
02-10
2月4日,据报道,《封神2》太原路演现场观众情绪失控,导演乌尔善被观众贴脸质问: “为什么封神的口碑两极分化,你想过没有? 我们作为路人一直在给你说好话,你有没有想过自己去解决这...
02-05
中央气象台今早6点继续发布大风黄色预警和寒潮蓝色预警。大风黄色预警:预计今天8点到明天8点,华北、内蒙古中部、宁夏、陕西北部、黄淮等地的部分地区有5~6级、阵风7~8级的偏...
02-06
返回

点击右上角微信好友

朋友圈

点击浏览器下方“”分享微信好友Safari浏览器请点击“”按钮

点击右上角QQ

点击浏览器下方“”分享QQ好友Safari浏览器请点击“”按钮