近日，我校农学院刘自强课题组在国际知名学术期刊Nature Communications在线发表题为“Two complementary genes in a presence-absence variation contribute to indica-japonica reproductive isolation in rice”的研究论文（论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-40189-x）。该研究报道了一个存在缺失变异（Presence-absence variation, PAV）中所包含的籼粳杂种不育基因座Se促进水稻籼粳亚种间生殖隔离的新机制。
亚洲栽培稻包含籼稻和粳稻两个亚种，二者在形态、生理以及基因水平上存在显著差异，籼粳亚种间的遗传差异会产生强大的杂种优势，具有进一步提高水稻产量的潜力。然而，籼粳亚种间的生殖隔离会导致籼粳亚种间杂种的育性下降，结实率低，严重限制了其强大杂种优势的利用。该研究以粳稻品种T65和以籼稻品种GLA4为供体、T65为受体的近等基因系E9为研究材料，在水稻第12染色体的一个PAV中成功克隆了籼粳杂种不育基因座Se。该基因座包含两个相邻且具有互补效应的基因ORF3和ORF4，ORF3编码一个孢子体花粉杀手，而ORF4以配子体方式保护花粉。在籼粳杂交的F1中，粳型单倍型的花粉由于缺乏ORF4的保护作用，会受籼型单倍型花粉ORF3的毒性作用而发生选择性败育。进化分析结果表明ORF3是一个与亚洲栽培稻种复合体相关的新基因，Se基因座的PAV促进了亚洲栽培稻籼粳亚种之间生殖隔离的形成，同时也支持了籼稻和粳稻是由不同的普通野生稻独立驯化而来的理论。这项工作为水稻亚种间合子后生殖隔离的形成提供了新的视角，并为克服籼粳杂交育种中的生殖障碍奠定了基础。
Se基因座的进化和分子作用模型
我校农学院毕业硕士研究生王戴琪为论文第一作者，刘自强老师为通讯作者。我校农学院张桂权教授，中国农业科学院深圳农业基因组研究所汪鸿儒研究员，湖南农业大学农学院刘春林教授，湖南农业大学生物科学技术学院阮颖教授，广东省农业科学院水稻研究所刘斌研究员、赵均良研究员、杨梯丰副研究员和范芝兰研究员参与了论文的指导和研究工作。
该研究得到国家自然科学基金（31571483）、广东省自然科学基金（2019A1515012077，2021A1515010446和2015A030313415）和广东省水稻育种新技术重点实验室开放课题（2020B1212060047）的资助。
文图/农学院