单个水稻基因的突变消除了种间杂种不育

科学家成功地利用诱变技术鉴定了导致水稻杂种不育的基因，水稻是物种之间的主要生殖屏障。他们的成功有望有助于阐明种间杂种不育的遗传基础，这不仅对于了解物种形成的进化生物学，而且对于改善作物的粮食生产也很重要。

只有两种养殖稻种：亚洲种(Oryza sativa)和非洲种(O. glaberrima)。非洲物种能够耐受各种非生物和生物胁迫，如高温，为水稻生产提供了宝贵的基因来源。然而，种间生殖障碍阻碍了非洲物种在与亚洲物种的育种计划中的使用。通过杂交两种物种获得的植物在栽培时几乎不产生种子。这被称为混合不育。

为了确定这种不孕症的原因，北海道大学助理教授Yohei Koide和副教授Akira Kanazawa及其合作者来自JIRCAS的高级研究员Yoshimichi Fukuta和来自京都大学的Yutaka Okumoto教授专注于S1基因位点，已知其涉及混合不育。该团队为S1基因座创造了许多杂合的杂交种子，然后对其进行重离子束照射以诱导突变。照射实验在RIKEN进行。

在筛选突变体时，他们发现植物产生种子，因此可育，尽管S1基因座是杂合的。随后对S1基因座的基因分析发现称为SSP的肽酶编码基因缺失。当团队通过转化实验将完整的SSP带入亚洲物种并与突变体杂交后，它重新获得了杂种不育，表明SSP是致病的。有趣的是，单独的转化并没有表现出不育性，这表明SSP是必不可少的，但不足以产生杂种不育。

该小组随后研究了SSP的进化途径，发现该基因仅存在于非洲物种和其他一些野生物种中，而非亚洲物种。这表明基因在某些进化途径中被获得或丢失并维持了种间界限。

“我们的研究表明，单个基因的破坏可以克服种间生殖障碍。进一步的研究可以帮助改善育种计划，提高水稻产量，解决种植面积日益严重的粮食短缺问题，”Yohei Koide说。