Question

水稻雄性不育系的水稻杂交不育的原因

Answer 1

亚洲栽培稻分为籼稻和粳稻两个亚种，籼粳亚种间的杂种优势要远大于籼粳亚种内的优势。但由于自然界普遍存在的亚种之间生殖隔离法则，籼粳稻亚种间杂种育性下降，结实率很低。受此制约，长期以来，杂交水稻的育种工作基本限制在亚种内进行，亚种之间更加强大的杂种优势难以得到利用。后来，科学家发现存在着能突破生殖隔离的水稻资源，被称为广亲和品种。水稻科研工作者在上世纪80年代就发现，S5可能是控制水稻籼粳杂种不育性状，导致广亲和现象的主效基因位点。鉴于广亲合基因的重大价值，1987年国家启动“863”计划时，就将分离克隆该基因列入研究计划。从1990年开始，张启发课题组经过18年不懈的努力，并与多家研究单位合作，于2008年成功克隆了S5位点的5号基因，该成果2008年在《美国国家科学院院刊》发表。然而，仍然使他们困惑的是，仅5号基因的作用无法解释该位点引起杂种不育的机理。又历经4年，此次发表的最新成果表明，两个与之紧密连锁的基因（3号和4号基因）与5号基因协同作用控制杂种不育及广亲和现象。在籼稻中，3号和5号基因有功能（3+，5+），4号基因没有功能（4-）；粳稻则相反，4号基因有功能（4+），3号、5号没有功能（3-，5-）。有功能的5号与4号基因一起（4+，5+），构成杀手，而3号基因（3+）则行使保护者作用。在雌配子（又称卵子）形成过程中，4号和5号基因（4+，5+）共同作用杀死配子，籼型配子由于3+的保护，正常存活，粳型配子（3-）无3+的保护而死亡。其结果，籼粳杂种表现为半不育。广亲和品种没有杀配子的功能，故能与籼、粳稻均能产生正常可育杂种。