我国科学家成功分离出控制水稻广亲和性状的主效基因S5

本报武汉8月19日讯(记者余平凡 通讯员范敬群) 由中科院院士、华中农业大学教授张启发领导的科研团队，经过18年的不懈奋斗，成功分离克隆出一个控制水稻籼稻、粳稻杂交不育和广亲和性状的主效基因，命名为S5。这一具有自主知识产权的重要成果，于8月13日在美国《国家科学院院刊》(PNAS)上正式发表。

目前，水稻栽培品种分为籼稻和粳稻两个亚种，亚种之间杂种具有很强的优势。几十年来，水稻育种专家们一直试图通过亚种间杂种优势提高水稻的产量，但进展有限。其主要困难是籼粳稻亚种间杂种育性下降，结实率很低。早在1984年，日本的水稻育种家发现了这个现象，只是猜测有基因在控制，但他们并没有作深入研究。科学家们还发现，在水稻中存在一类特殊的种质资源称之为广亲和品种，它与籼稻和粳稻杂交的后代都表现正常的可育性。

据论文并列第一作者博士研究生陈烔烔、欧阳亦聃和丁寄花介绍，广亲和基因因其重大的应用价值，在国内外水稻界被认为是一个非常重要的基因。在1987年我国启动“863”计划时，就列入了该基因分离克隆的研究内容。张启发领导的课题组从1990年开始进行该基因的研究，从遗传分析、基因定位到最终克隆出S5基因，历时18年，共有7家研究机构的20多位研究人员参与了项目研究。可以说，该基因的成功克隆，是我国科学家团结合作的结晶。

研究结果表明，S5基因编码的一个天冬氨酰蛋白酶，通过控制雌配子的育性而影响水稻结实率。籼粳稻的S5等位基因间仅有两个碱基的差别，引起相应蛋白质两个氨基酸的替换，造成其杂种的不育。广亲和品种的S5基因(广亲和基因)则因其大片段缺失，导致功能丧失，无论与籼稻还是粳稻杂交，都不影响杂种的育性。研究人员通过对16个不同品种(包括籼稻、粳稻和广亲和品种)的测序，进一步证实了以上结果。

关于该研究成果的理论与实际意义，张启发介绍说，水稻籼粳稻亚种间杂种的不育性是一种生殖隔离现象，生殖隔离在物种进化和新物种的形成中起着十分重要的作用，一直是生物进化研究中的重要课题。国外的生物隔离基因的研究主要集中在果蝇，在植物中研究很少。籼粳稻不育和广亲和性的并存在生物进化中是一种很奇特的现象，即籼粳分化造就了丰富多彩的稻种资源，而广亲和基因的存在则给籼粳亚种间基因交流提供桥梁，对稻种的整体性有促进作用。该基因的研究成果在水稻品种改良中有重大应用前景，其有关信息可被直接用于发掘其他广亲和基因，基因变异可作为分子标记直接应用于广亲和品种的培育，有效地应用广亲和基因能够克服水稻籼粳亚种间杂种的不育性，从而利用籼粳亚种间强大的杂种优势提高水稻产量。