作者:朱汉斌 来源:中国科学报 发布时间:2023/11/16 14:28:51
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研究揭示杂交稻育种50年人工选择的分子基础

 

近日,华南农业大学生命科学学院教授陈乐天/谢勇尧团队阐明了细胞质雄性不育恢复基因Rf4座位在稻属起源、进化和拷贝数变异的规律,揭示了杂交稻育种50年人工选择的分子基础。相关成果在线发表于《自然-通讯》。

水稻细胞质雄性不育(CMS-WA)系和恢复系是实现三系杂交稻的重要遗传资源。Rf4是由刘耀光院士和陈乐天教授于2014年率先克隆的野败型CMS-WA主效恢复基因,但Rf4在稻属中的演化规律以及CMS-WA及恢复系统系统的选育基础仍不清楚。

陈乐天/谢勇尧团队在后续研究中,发现Rf4座位存在拷贝数和序列变异。于是,进一步系统分析了720份水稻材料,其中栽培稻311份,农家种168份,野生稻241份,共鉴定出69种Rf4单倍型,从而总结出Rf4座位序列变异和拷贝数变异的规律。

研究人员揭示了Rf4座位在稻属进化过程中,在自然选择和人工选择作用下,Rf4座位新形成的单倍型逐渐迁移到O. rufipogonO. nivaraO. sativa谱系,其中8种单倍型(H1-H8)最终被富集在现代栽培稻中。通过比较恢复基因Rf4与不育基因WA352c的进化关系,发现在野生稻中Rf4座位起源早于WA352c;并还原了杂交稻育种50年来,CMS-WA/Rf4系统人工选择的分子基础和选择路径。

该研究还通过构建不同拷贝数的敲除和互补材料,证实随着Rf4的拷贝数增加,不育基因WA352c的表达量随之降低,花粉育性和小穗结实率逐渐升高,表明Rf4拷贝数对CMS-WA的育性恢复具有剂量效应。通过调查发现,携带双拷贝功能性Rf4的单倍型三系品种在农业生产上的种植面积占主导地位,远高于携带单拷贝Rf4单倍型品种的种植面积,表明育性强恢复能力是育种家选择优良恢复系的重要标准。

该研究揭示了三系杂交稻应用过程中,CMS-WA/Rf4系统人工选育的分子基础,为培育强恢复系提供了新思路,为我国杂交稻的可持续发展提供了理论基础。

相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41467-023-43009-4

 
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