今天，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域迎來一項(xiàng)重大科技進(jìn)展：繼老鼠、線蟲之后，又一物種的“自私基因”被找到——水稻!找到它的是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院副院長、中國工程院院士萬建民領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，這也是人類第一次在植物領(lǐng)域找到“自私基因”，將挑戰(zhàn)孟德爾遺傳規(guī)律，有望解決水稻雜種不育難題。

6月8日，該研究成果由國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志(Science)在線發(fā)表。成果由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)共同合作完成，研究得到中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程的支持。

孟德爾定律是以遺傳學(xué)家格里哥·孟德爾的名字來命名的著名定律，被認(rèn)為是催生遺傳學(xué)誕生的基礎(chǔ)。該定律認(rèn)為，后代繼承雙親每個(gè)基因兩個(gè)拷貝其中一個(gè)的概率是相等的，換言之，來自父母的基因，是均勻分配給孩子的，“孩子的某些特征應(yīng)該一半像父親，一半像母親”。

然而多年來，科學(xué)家們的不斷發(fā)現(xiàn)表明，這一定律在哺乳動(dòng)物中正在被打破，即“大部分后代，只是更像某一方(父親或母親)”，這種現(xiàn)象叫“自私現(xiàn)象”，而引發(fā)這種現(xiàn)象的就是“自私基因”。這種基因使得親本即父親或母親自身的遺傳信息，能更多、更快地復(fù)制，并能更多地傳遞給子代。

去年，《科學(xué)》雜志(Science)報(bào)道了小鼠和線蟲“自私基因”的非孟德爾遺傳現(xiàn)象，這些研究表明在動(dòng)物中“自私基因”驅(qū)動(dòng)了基因組的進(jìn)化，并影響了物種自身的穩(wěn)定性。但直到這次成果面世，植物領(lǐng)域尚未有相關(guān)研究的任何報(bào)道。

萬建民團(tuán)隊(duì)此次研究始于雜交稻。研究表明，相比目前的雜交稻，水稻秈粳亞種間雜交稻能進(jìn)一步提高單產(chǎn)15%-30%，但后者存在“半不育”的問題，嚴(yán)重制約了秈粳雜交稻產(chǎn)量的提高。研究團(tuán)隊(duì)便以亞洲栽培稻粳稻品種和南方野生稻為研究材料，試著找出“控制水稻雜種不育”的因素。

歷時(shí)十多年之久，萬建民團(tuán)隊(duì)終于找到自私基因系統(tǒng)：水稻雜種不育受“自私基因”位點(diǎn)qHMS7的控制，并發(fā)現(xiàn)其包含三個(gè)緊密連鎖的基因ORF1、ORF2和ORF3。

研究表明，粳稻品種同時(shí)攜帶毒性的ORF2和解毒的ORF3，而南方野生稻只含有無毒性的ORF2，在其雜種F1中，攜帶南方野生稻基因型的花粉因缺乏ORF3保護(hù)而死亡，攜帶粳稻品種基因型的花粉因有ORF3保護(hù)而存活，最終導(dǎo)致后代中沒有純合的南方野生稻基因型個(gè)體存在——群體分離不符合經(jīng)典的孟德爾遺傳模式。

萬建民團(tuán)隊(duì)介紹，該研究闡明了“自私基因”在維持植物基因組的穩(wěn)定性和促進(jìn)新物種的形成中的分子機(jī)制，探討了毒性-解毒分子機(jī)制在水稻雜種不育上的普遍性，為揭示水稻秈粳亞種間雜種雌配子選擇性致死的本質(zhì)提供了理論借鑒，為秈粳亞種間雜交稻品種的培育提供基礎(chǔ)。

責(zé)編：宋清影