8月28日，中国工程院院士万建民团队在国际权威期刊《Science》在线发表最新研究成果，首次揭示了亚洲栽培稻与非洲栽培稻种间生殖隔离的分子机制——一套由“矛”“盾”“甲”三个基因组成的精密遗传冲突系统。这一发现为打破水稻种间生殖屏障、培育超高产亚非杂交稻新品种提供了重要的理论基础和种质资源。
万建民院士在田间开展科研工作
亚非稻“联姻”受阻 种间杂种优势长期搁置
亚洲栽培稻产量高、品质好；非洲栽培稻虽产量略逊，却具有耐高温、耐干旱、耐贫瘠及抗病虫等优良特性。若能实现两种水稻的种间杂交，有望将双方优势聚合，培育出更高产、更稳产的水稻新品种。
然而，两种栽培稻之间存在严重的生殖隔离。杂交后代花粉活力极低，结实率大幅下降，优良基因的交流重组和种间杂种优势的利用因此受阻。南京农业大学教授赵志刚打了个比方：“马和驴杂交生出的骡子，集合了马和驴的优点，吃得少、干活多，但它不能生育后代。亚洲栽培稻和非洲栽培稻杂交后也是如此，完全不育。”
万建民院士团队围绕“水稻杂种不育克服与杂种优势利用”这一关键命题持续深耕。早在2008年，团队就鉴定出导致亚非稻杂交不育的主效位点RHS3，但机制解析历时18年。论文第一作者、南京农业大学博士研究生何晓栋表示：“当时技术不成熟，基因组测序、基因敲除等手段还未充分应用，我们只能停留在基因挖掘和定位。随着这些技术的突破，才得以进行深入的基因功能解析。”
此前，团队已在2018年克隆了种间杂种不育基因qHMS7，揭示了自私基因操纵杂种育性的机制，成果发表于《Science》；2023年又克隆了籼粳亚种间杂种不育基因RHS12，揭示了“毒药—解药”杂种不育系统，成果发表于《Cell》。
“矛—盾—甲”三基因互作 揭示种间生殖隔离新机制
RHS3位于水稻第3号染色体，能选择性地引起携带亚洲栽培稻等位基因的花粉败育，导致杂种F1花粉呈现半不育表型。团队通过遗传分析表明，该位点由ORF4、ORF10和ORF16三个基因组成，分别命名为“矛”“盾”“甲”：
“矛”（ORF10）编码的蛋白定位在线粒体中，破坏线粒体功能，导致花粉和胚囊败育；“盾”（ORF16）编码的蛋白能与“矛”相互作用，化解其杀伤力，保护配子正常发育；“甲”（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”三元复合体，将“矛”送入自噬体降解，从而特异性地保护雌配子。
“我们通过基因编辑技术敲除目标基因，先找到了‘矛’是哪个基因，最后再挖掘出‘甲’。”赵志刚教授介绍，“有了‘矛、盾、甲’三元件，我们才把这个故事完整地解释出来。”
研究揭示，非洲栽培稻拥有完整的“矛—盾—甲”三件套，而亚洲栽培稻只有“甲”。杂交后代中，一类花粉继承了完整的
“矛—盾—甲”，发育正常；另一类只继承“甲”而缺少“盾”，便被“矛”攻击而败育，最终导致花粉半不育。
“矛-盾-甲”三元复合体调控亚非栽培稻种间杂种不育的分子机制
该发现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。演化分析表明，“甲”为禾本科植物特有基因，“矛”起源于展颖野生稻，“盾”起源于南方野生稻，三者通过渐渗杂交在非洲栽培稻的祖先巴蒂野生稻中逐步组装成完整系统。
广亲和种质提供技术路径 超高产杂交稻可期
研究团队鉴定到一种“盾”有功能而“矛”失活的广亲和种质。该材料分别与亚洲栽培稻和非洲栽培稻杂交，均能有效克服RHS3位点导致的育性下降。这为打破种间生殖隔离提供了切实可行的技术路径和种质资源。
“矛-盾-甲”遗传系统调控水稻亚非种间杂种不育的遗传与分子模型
何晓栋表示：“我们的工作主要是为培育超级水稻提供技术方案，帮助解决亚非水稻杂种优势利用最关键的问题——杂种不育。”他进一步指出，籼粳亚种间杂种较亚种内杂种预期可增产20%以上，而种间杂种优势有望在此基础上再提升10%以上。
业内专家认为，这项研究不仅揭示了选择性自噬参与植物种间生殖隔离的新机制，具有重要基础科学价值，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，对保障国家粮食安全具有深远意义。接下来，团队将围绕多个杂种不育位点继续攻关，目标是为培育可投入生产应用的远缘杂交超高产水稻新品种提供系统解决方案。
【学习强国】万建民院士团队揭示亚非稻种间生殖隔离机制 历时18年破解“矛—盾—甲”三基因攻防系统
原文链接：
https://article.xuexi.cn/articles/index.html?art_id=97837619752261410&source=share&cdn=https%3A%2F%2Fregion-jiangsu-resource&study_style_id=feeds_opaque&reco_id=103b1a442757c0a88442000o&share_to=wx_single&study_share_enable=1&study_comment_disable=1&ptype=0&item_id=9783761975
阅读次数：17
【 转载本网文章请注明出处 】
