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记者近日从南京农业大学获悉，该校万建民院士团队首次揭示亚洲栽培稻与非洲栽培稻种间生殖隔离的分子机制，并鉴定出可打破这一屏障的广亲和种质资源，为超高产亚非杂交稻培育奠定重要理论基础。相关成果28日由国际学术期刊《科学》在线发表。
万建民介绍，亚洲栽培稻产量高、品质优，非洲栽培稻虽产量略逊，却天然具备耐高温、耐干旱、耐贫瘠且抗多种病虫害的特点。两者若能“联姻”，有望培育出既高产又稳产的突破性品种。然而，两种水稻之间存在严重的生殖隔离——它们杂交产生的后代花粉活力极低，结实率大幅下降，阻断了优良基因的交流重组和种间杂种优势的利用。
围绕这一难题，万建民团队联合中国农业科学院作物科学研究所、生物育种钟山实验室、华南农业大学、云南省农业科学院和中国科学院华南植物园等，持续多年开展攻关，此次发表的研究成果聚焦引起亚洲栽培稻和非洲栽培稻种间杂种不育的主效位点RHS3，解析了其分子机制。
论文第一作者、南京农业大学博士生何晓栋透露，RHS3位点由三个基因（ORF10、ORF16和ORF4）组成，团队借用中国古兵器将其命名为“矛”“盾”“甲”：ORF10编码的蛋白定位在线粒体中，像一把“矛”，能够破坏线粒体功能、杀死花粉；ORF16编码的蛋白像一面“盾”，能与“矛”相互作用、化解其杀伤力，保护配子正常发育；ORF4编码的蛋白则像一副“铠甲”，作为植物特有的选择性自噬受体，通过与“盾”互作形成“矛-盾-甲”的结合体，将“矛”送入细胞的“回收站”自噬体进行降解，从而特异性地保护雌配子。
团队发现，非洲栽培稻具备完整的“矛-盾-甲”三件套，而亚洲栽培稻只有一副“甲”。杂交后代中，继承整套系统的花粉正常发育，只继承“甲”而无“盾”的花粉则因“矛”的攻击而败育，最终导致杂种花粉半不育。
团队还鉴定到一种“盾”有功能而“矛”失活的广亲和种质。
“这种材料分别与亚洲栽培稻和非洲栽培稻杂交，都能有效克服RHS3位点导致的育性下降问题。”万建民说，这项研究不仅首次揭示了选择性自噬参与植物种间生殖隔离的分子机制，具有重要的基础科学价值，更为突破水稻种间生殖隔离、培育超高产杂交稻新品种提供了理论支撑和种质资源。
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