水稻雄性不育系的水稻杂交不育的原因
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。