中国农科院万建民团队发现揭秘水稻自私基因

中国农科院万建民团队发现揭秘水稻自私基因

2018-06-08 20:55:27 农科院 13

中国农业科学院万建民研究团队的一项最新研究显示,自私基因系统控制水稻杂种不育性状,并影响稻种基因组的分化。这一研究成果有望解决籼粳亚种间杂交稻结实率低的难题。

  自私基因是指双亲杂交后,父本或母本中能控制其自身的脱氧核糖核酸(DNA)片段优先遗传给后代的基因。它使亲本自身的遗传信息能更多、更快地复制,并能更多地传递给子代。

  这项研究由中国工程院院士、中国农科院副院长万建民领衔。据万建民介绍,杂交稻对解决我国粮食安全问题作出了巨大贡献,但如何进一步提高产量,急需寻找新的技术途径。籼粳亚种间杂交稻比目前的杂交稻能进一步提高单产15%至30%,但存在结实率不高的问题,严重制约了其产量的提高。

  万建民带领研究团队以亚洲栽培稻粳稻品种和南方野生稻为研究材料,系统解析了野生稻与栽培稻间杂种不育问题与遗传特性。研究发现,其不育性受水稻自私基因位点qhms7的控制,并发现它包含三个紧密连锁的基因ORF1、ORF2和ORF3。在从祖先野生稻到普通野生稻再到亚洲栽培稻的演化过程中,ORF1一直被保留,ORF2从没有毒性功能逐步演变成有毒性功能,ORF3是在普通野生稻中由ORF1基因复制产生,并获得解毒功能,在随后的稻种驯化过程中被选择传递到亚洲栽培稻品种。

  研究表明,粳稻品种同时携带毒性的ORF2和解毒的ORF3,而南方野生稻只含有无毒性的ORF2,在其杂种F1中,携带南方野生稻基因型的花粉因缺乏ORF3保护而死亡,携带粳稻品种基因型的花粉因有ORF3保护而存活,最终导致后代中没有纯合的南方野生稻基因型个体存在。

  “深入了解水稻杂种不育的分子遗传机理后,可以利用基因编辑技术实现籼粳交杂种优势的有效利用,为籼粳亚种间杂交稻品种的培育提供基础。”万建民说。

  这项研究是由中国农科院与南京农业大学共同合作完成的,同时受到中国农科院科技创新工程的大力支持。研究成果日前刊登在国际知名学术刊物《科学》上。

万建民

男,1960年6月出生,江苏泰兴人,水稻分子遗传与育种专家。现任中国农业科学院副院长、教授、博士生导师。2015年11月当选中国工程院院士。

1982年获南京农业大学农学专业学士学位,1985年获南京农业大学作物遗传育种硕士学位,1995年获日本京都大学农学博士学位。1996年任日本京都大学农学部特别研究员,1997-2001年任日本农林水产省农业研究中心研究员。1999年被教育部聘为首批“长江学者奖励计划”特聘教授。

2000年回国工作,历任南京农业大学农学院院长、中国农业科学院作物科学研究所所长。兼任中国作物学会常务副理事长、中国农业生物技术学会副理事长、国家转基因生物新品种培育科技重大专项技术总师、国家发改委生物技术产业咨询委员会副秘书长、国家“863”计划“作物分子育种”项目负责人。 

万建民长期从事水稻优异基因挖掘和分子育种研究,在国内较早提出和初步实践了作物分子设计育种。先后主持国家863、国家自然科学基金等多项重大课题。在水稻籼粳交杂种优势利用基础研究、品质优异基因挖掘、抗病虫新基因挖掘和优质高产多抗粳稻新品种选育等方面取得重要进展。克隆水稻重要新基因27个,培育新品种10个,获新品种权15项、发明专利28项。在Nature、Nature Biotechnology、Nature Comminucation、Developmental Cell、PNAS、Plant Cell等SCI刊物发表论文150余篇,出版专著3部。

研究成果“抗条纹叶枯病高产优质粳稻新品种选育及应用” 2010年获国家科技进步一等奖(第一完成人),并获教育部2010年度高校十大科技进展。“水稻籼粳杂种优势利用相关基因挖掘与新品种培育”2014年获国家技术发明二等奖(第一完成人)。“水稻矮化多分蘖基因DWARF 53的图位克隆和功能研究”获教育部2014年度高校十大科技进展。“阐明独脚金内酯调控水稻分蘖和株型的信号途径”入选2014年度中国科学十大进展。2006年入选新世纪百千万人才工程国家级人选,2012年入选国家万人计划和科技部创新团队,2012年获得何梁何利基金科学与技术进步奖。

万建民院士作报告

万建民院士作报告