水稻養(yǎng)育著全球半數(shù)以上人口，而野生稻中蘊(yùn)藏的“基因?qū)殠?kù)”，卻因一道天然的生殖屏障，長(zhǎng)期難以被有效利用。

在漫長(zhǎng)的演化歷程中，栽培稻與野生稻雖同出一源，卻在不同的選擇壓力下走上了不同的適應(yīng)之路：栽培稻在人工馴化的推動(dòng)下，定向特化出了適應(yīng)農(nóng)田生境的特性；而以長(zhǎng)雄野生稻為代表的野生稻類群，則在野外嚴(yán)苛生境的反復(fù)篩選中，“打磨”并保留了發(fā)達(dá)地下莖（多年生）、卓越抗逆性及高生物量等栽培稻所稀缺的生存策略。這些由環(huán)境適應(yīng)性演化所塑造的遺傳變異是應(yīng)對(duì)未來(lái)氣候挑戰(zhàn)的戰(zhàn)略儲(chǔ)備。然而，天然的生殖隔離屏障使得這些優(yōu)異基因難以通過(guò)常規(guī)雜交導(dǎo)入栽培稻，成為制約水稻種質(zhì)創(chuàng)新的關(guān)鍵“卡脖子”瓶頸。

近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）（以下簡(jiǎn)稱基因組所）商連光團(tuán)隊(duì)聯(lián)合云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院/云南種子種業(yè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室等國(guó)內(nèi)多家科研團(tuán)隊(duì)在《自然·植物（Nature Plants）》雜志上發(fā)表了題為"A Distorter-Restorer System Drives Quantitative Reproductive Isolation in Rice"的研究論文。該研究首次克隆和解析了一個(gè)全新的四元件遺傳系統(tǒng)調(diào)控長(zhǎng)雄野生稻與亞洲栽培稻種間雜種不育的分子機(jī)制，成功解鎖多種野生稻“跨界繁殖密碼”。豐富了我們對(duì)物種生殖隔離的理論認(rèn)知，為利用野生稻資源培育具有多年生、耐鹽堿、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水稻新品種開(kāi)辟了全新路徑。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41477-026-02223-w

聯(lián)合團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)數(shù)年利用長(zhǎng)雄野生稻與亞洲栽培稻為遺傳材料，首次克隆并解析了關(guān)鍵調(diào)控長(zhǎng)雄野生稻與亞洲栽培稻種間雜種不育的新位點(diǎn) S44 的分子機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，S44 位點(diǎn)是一個(gè)由 RID（生殖隔離破壞子）、RIR（生殖隔離恢復(fù)子）、RIA（生殖隔離激活子）和 RIS（生殖隔離抑制子）組成的四元件遺傳系統(tǒng)，它們?nèi)缤軈f(xié)作的 “基因團(tuán)隊(duì)”，共同調(diào)控雜種雄性不育和配子偏分離現(xiàn)象。其中，RID 會(huì)主動(dòng)觸發(fā)栽培稻花粉敗育，RIR 則選擇性保護(hù)野生稻配子，RIA 與 RIS 則通過(guò)激活與抑制的平衡，精細(xì)調(diào)控這一過(guò)程的強(qiáng)度。

圖1 | S44分子機(jī)制模式圖

通過(guò)CRISPR精準(zhǔn)敲除RID，在不影響植株正常生長(zhǎng)發(fā)育的前提下，系統(tǒng)性突破了S44位點(diǎn)介導(dǎo)的長(zhǎng)雄野生稻與短舌野生稻、非洲栽培稻、普通野生稻、尼瓦拉野生稻等不同的AA基因組稻種間雜種不育障礙，使花粉育性和配子偏分離全面恢復(fù)。

圖2 | S44位點(diǎn)四元件系統(tǒng)調(diào)控長(zhǎng)雄野生稻與亞洲栽培稻種間雜種不育模式圖

值得關(guān)注的是，該研究揭示了物種可通過(guò)單一基因座內(nèi)的等位基因相互作用，定量調(diào)控生殖隔離強(qiáng)度，為理解稻屬物種分化與多樣性形成提供了全新視角。其中，RIA/RIS 作為首個(gè)被鑒定的配子偏分離精細(xì)調(diào)控因子，進(jìn)一步豐富了生殖隔離的理論認(rèn)知。

該發(fā)現(xiàn)成功構(gòu)建起野生稻優(yōu)異基因跨物種轉(zhuǎn)移的高效“分子紐帶”，讓優(yōu)良遺傳資源的跨界利用成為可能。長(zhǎng)雄野生稻等野生稻資源的耐鹽堿、多年生等優(yōu)良性狀，有望通過(guò)該技術(shù)快速導(dǎo)入栽培稻品種，為培育多年生、耐鹽堿、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水稻新品種提供核心支撐。

該研究不僅破解了困擾育種界利用野生稻資源多年的“卡脖子”難題，更建立了普適性的種間雜交技術(shù)體系，為水稻育種注入全新活力。團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)深挖野生稻中的優(yōu)異遺傳資源，推動(dòng)更多野生稻寶藏基因資源轉(zhuǎn)化為育種成果。

該研究由基因組所、云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院/云南種子種業(yè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室等單位聯(lián)合完成，云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院張玉研究員、云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院楊鶯助理研究員、基因組所施傳琳副研究員（現(xiàn)江西農(nóng)業(yè)大學(xué)研究員）為論文共同第一作者，云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院陶大云研究員、基因組所商連光研究員、云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院張玉研究員為論文共同通訊作者。中國(guó)科學(xué)院西雙版納植物園徐鵬研究員、云南大學(xué)胡鳳益研究員參與了研究工作。崖州灣國(guó)家實(shí)驗(yàn)室陳凡研究員為本研究提供了重要支持與建設(shè)性意見(jiàn)。

該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委重大項(xiàng)目、青年科學(xué)基金項(xiàng)目（B類）、云南省科技廳等項(xiàng)目資助。

來(lái)源 | 青島海關(guān)

編輯 | 農(nóng)財(cái)君

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