亚洲稻与非洲稻种间杂种不育的非对称遗传互作基础

【作者】 谢勇尧； 汤金涛； 杨博文； 李小娟； 陶大云； 刘耀光； 陈乐天；

【机构】 华南农业大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室； 云南省农业科学院粮食作物研究所；

【摘要】 亚洲栽培稻(亚洲稻)和非洲栽培稻(非洲稻)之间存在很强的种间杂种优势,但由于生殖隔离导致杂种不育,亚非稻种间杂种不能结实,产量优势无法体现。S1座位是控制亚非稻杂种不育的重要遗传座位,其分子机理目前仍知之甚少。本研究利用图位克隆的方法,精细定位了S1座位。并通过基因敲除和功能互补实验,揭示在非洲稻S1等位基因(S1-g)中存在3个紧密连锁的基因S1A4, S1TPR和S1A6共同组成了一个杀手-保护系统,而亚洲稻S1等位基因(S1-s)中只存在一个功能丧失突变的S1TP基因。在亚非稻杂种中,S1TPR-S1A4-S1A6复合体在孢子体母细胞中产生一种使雌雄配子败育的信号,而S1TPR独自具有消除不育效应的功能,可挽救非洲稻型配子,而亚洲稻型配子因携带S1TP基因,缺少S1TPR而选择性败育。该杀手-保护系统与已知的依赖双方亲本遗传因子共同作用的模型不同,杀手-保护者均来自于非洲稻基因组,不需要亚洲稻基因组元件参与,从而形成非对称的遗传互作模型。本研究还发现,敲除非洲稻S1座位3个基因中的任何一个均能破坏杀手系统,不能产生不育信号而消除S1介导的杂种不育。S1座位的进化研究表明,S1座位可能从古大陆开始,经历了新基因起源、基因重组和核苷酸变异等多个演化事件进化而来。本研究将有助于克服种间生殖隔离、实现种间远缘杂种优势利用,以提高杂交稻产量。更多还原