林鸿宣院士Nature子刊发表水稻遗传研究新成果

　　

生物通报道  来自中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所的研究人员在新研究中证实，两个基因座的相互作用引起了水稻种间杂种劣势。这些研究结果增进了我们对于生殖隔离机制的认识，有可能对水稻育种产生重要的影响。相关论文发表在1月21日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所林鸿宣（Hong-Xuan Lin）研究员以及高继平（Ji-Ping Gao）副研究员是这篇论文的共同通讯作者。林鸿宣于2009年当选为中科院院士，其主要从事作物重要性状的遗传与功能基因研究。

物种是如何形成的是最令人着迷的自然界谜题之一。生殖隔离有可能是由受精后的遗传不相容引起，人们认为在物种的形成过程中生殖隔离起着至关重要的作用。Dobzhansky–Muller (DM)模型推测，来自进化趋异物种不同等位基因之间有害的相互作用导致了遗传不相容。

尽管已在一些动物和植物中鉴别出几个物种形成基因，证实它们构成了基因流动的障碍。但其中大部分的研究都是将焦点放在杂种不育性上，而忽视了其他类型的杂交不相容，例如杂种劣势。杂种劣势是指相比于亲代杂种的生长及发育缓慢的一种常见现象，是自然界广泛存在的重要生殖隔离形式。

一些研究报道了种间或种内水平上的作物杂种劣势案例，阻碍了充分利用杂种优势。因此，阐明杂种劣势的分子基础将有助于我们了解进化论学说，提高作物育种。由于其具有的生物学及进化意义，杂种劣势正在逐渐引起人们的关注，并在双子叶植物中有一些杂种劣势基因被克隆出来。但到目前为止还没有在单子叶植物中分裂出任何导致杂种劣势的基因。

在这篇文章中，研究人员证实两个不相容显性基因座Hwi1和Hwi2上的3个基因，有可能决定了水稻种间杂种中高温依赖性的杂种劣势表达。Hwi1基因座上包含有两个富含亮氨酸重复序列类受体激酶(LRR–RLK)基因：25L1和25L2，它们为海南普通野生稻（Oryza rufipogon）所特有，诱导了杂种劣势。Hwi2是一种主要分布在亚洲栽培稻品种特青（Oryza sativa）上罕见等位基因，编码了一种分泌型的类subtilisin（枯草杆菌蛋白酶）的蛋白酶。功能分析结果表明同时携带Hwi1和Hwi2可触发自身免疫反应，阻碍根形成以及随后破坏茎干生长。从而使绝大多数植株在进入生殖生长前发生死亡，阻碍了物种间正常的遗传交流，形成生殖隔离。

这些研究结果拓宽了我们对于进化过程中生殖隔离潜在机制的认识，对于植物育种最大化对利用来自野生种质的宝贵基因具有实践意义。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

A two-locus interaction causes interspecific hybrid weakness in rice

Reproductive barriers perform a vital role during speciation. Hybrid weakness, the poorer development of hybrids compared with their parents, hinders gene exchange between different species at the postzygotic stage. Here we show that two incompatible dominant loci (Hwi1 and Hwi2) involving three genes are likely to determine the high temperature-dependent expression of hybrid weakness in interspecific hybrids of rice. Hwi1 comprises two leucine-rich repeat receptor-like kinase (LRR–RLK) genes, 25L1 and 25L2, which are specific to wild rice (Oryza rufipogon) and induce hybrid weakness……

作者简介：

林鸿宣

男，中国科学院院士、研究员、博士生导师。中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所研究组长。主要从事作物重要性状的遗传与功能基因研究。

研究内容介绍：
以模式作物水稻作为研究材料，利用基因组研究所取得的大量遗传信息和创建遗传材料，开展作物重要性状包括逆境抗性、产量与品质性状的遗传及其功能基因的研究，以期阐明这些性状的分子机制与发展分子育种技术。目前主要研究内容如下：
1.利用图位克隆方法定位与克隆水稻逆境抗性基因/QTL并开展深入的功能分析，阐明作物对逆境胁迫的分子机制并为作物新品种改良提供重要有利基因。 2.通过基因芯片等技术研究水稻对逆境胁迫响应的信号传导途径与调控网络。 3.对水稻品质性状的遗传机理开展研究，为优质品种改良提供理论依据。