中国科学家克隆首个水稻显性雄性核不育基因

长江日报讯(记者周劼 通讯员蒋朝常)首个水稻显性雄性核不育基因被我国两个院士团队同时成功克隆，这一基因有望使水稻杂交育种步入快速、简易的新路径。2023年8月7日，华中农业大学水稻团队张启发院士课题组与福建省三明市农业科学院合作发表了他们首次克隆水稻显性雄性核不育基因SDGMS的研究成果；8月8日，南京农大万建民院士团队也发表对显性雄性核不育基因OsRIP1的研究。巧合的是，该基因与张启发院士团队报道的SDGMS实为同一基因。同一基因引来两个院士团队不约而同的关注，也说明该基因的特殊性和重要性。

水稻杂交育种的关键之一在于发掘与应用雄性不育材料。据该成果通讯作者之一、华中农业大学水稻团队欧阳亦聃教授介绍，水稻是自花授粉作物，在杂交过程中需要耗费大量时间和人力进行人工去雄。借助不能形成正常花粉的雄性不育材料，就能够省去人工去雄过程，节省劳动成本的同时大大加速育种和制种进程。袁隆平院士正是在海南野生稻中发现了不育系，通过连续回交选育而形成了著名的“野败型”杂交稻；朱英国院士也是利用海南红芒野生稻与常规稻杂交选育的籼稻配子体雄性不育系而培育出来“红莲型”杂交稻。

红莲型不育与野败型不育都属于细胞质雄性不育。雄性不育是植物界广泛存在的现象，根据导致不育的基因所处位置可以分为细胞质雄性不育与细胞核雄性不育。目前，细胞质雄性不育已被广泛应用于自花授粉作物的杂交育种，极大地推动了作物杂种优势利用和全球作物产量的提升。但自然突变导致的细胞核显性雄性不育材料非常少见，被克隆的调控基因更是屈指可数，迄今只在玉米、油菜、小麦等主要作物中各克隆一例。2001年，福建省三明市农科院发现了三明显性核不育自然突变株，“显性核不育突变对于作物本身来说无异于自杀，由于不能产生后代，基因会很快被淘汰掉，因此显性核不育自然突变株出现的概率极低，能够将突变材料及时发现并保存下来更如同大海捞针”。

三明显性核不育自然突变株的发现对水稻杂交育种来说却如同找到了一条捷径，该突变株不育性稳定彻底，柱头外露好，雌性育性不受影响，任何可育品种与其杂交的后代都可以分离出等比例的不育单株和可育单株，其中不育株可以继续作为不育系用于杂交，而可育株可以正常结实用于下一步研究或育种。“隐性不育系的杂交后代通常可育株和不育株的比例是3:1，并且杂交后还要自交一代才能最终出现育性分离。因此借助显性核不育材料杂交，不但后代不育株数目更多，并且每次杂交都可以减少一个世代，真正实现杂交水稻的快速、简易育种。”

虽然三明显性核不育水稻已经发现了20多年，但是调控三明显性核不育的基因一直未被克隆。华中农大水稻团队早在2011年前后就拿到这个材料，并开始了基因寻找、克隆工作，由于基因所在区段变异复杂，这是另一场大海捞针。“将基因组区段分成不同的片段，一段一段测试其功能，找这个基因就像从中国找到湖北省，再找到武汉市某街道某门牌号。”4年前，他们成功克隆了这个基因，但为了让整个故事更完整，他们又进一步研究并阐述了基因的起源与调控显性核不育的机制。“第一作者是博士生徐聪昊，为了这项研究，与团队成员一同努力了十多年时间，终于取得了阶段性的成果，他也将迈向人生新的阶段。”

华中农大团队在论文的投稿过程中得知，南京农大万建民院士团队也在做相同的研究，两个团队进行了积极的交流。“同时做相同的工作并发表，在科学界叫背靠背，不谋而合的‘背靠背’，不但凸显了工作的重要性和结论的可靠性，也将是水稻研究中的一段佳话。”

据悉，华中农大水稻团队的研究克隆了水稻第一例显性雄性核不育基因，也首次发现核糖体失活蛋白参与调控水稻发育和抗性的平衡机制。利用这个基因，他们已经于几年前就开展了杂交水稻新路径的育种工作，“一批新的杂交稻品种会陆续出来”。

该校博士研究生徐聪昊为成果论文第一作者，福建省三明市农业科学研究院黄显波研究员、华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室和湖北洪山实验室欧阳亦聃教授和张启发院士为论文共同通讯作者。