突破！打破野生稻與亞洲栽培稻種間雜種不育的屏障

水稻養育著全球半數以上人口，而野生稻中蘊藏的“基因寶庫”，卻因一道天然的生殖屏障，長期難以被有效利用。

在漫長的演化歷程中，栽培稻與野生稻雖同出一源，卻在不同的選擇壓力下走上了不同的適應之路：栽培稻在人工馴化的推動下，定向特化出了適應農田生境的特性；而以長雄野生稻為代表的野生稻類群，則在野外嚴苛生境的反復篩選中，“打磨”并保留了發達地下莖（多年生）、卓越抗逆性及高生物量等栽培稻所稀缺的生存策略。這些由環境適應性演化所塑造的遺傳變異是應對未來氣候挑戰的戰略儲備。然而，天然的生殖隔離屏障使得這些優異基因難以通過常規雜交導入栽培稻，成為制約水稻種質創新的關鍵“卡脖子”瓶頸。

近日，中國農業科學院深圳農業基因組研究所（嶺南現代農業科學與技術廣東省實驗室深圳分中心）（以下簡稱基因組所）商連光團隊聯合云南省農業科學院/云南種子種業聯合實驗室等國內多家科研團隊在《自然·植物（Nature Plants）》雜志上發表了題為"A Distorter-Restorer System Drives Quantitative Reproductive Isolation in Rice"的研究論文。該研究首次克隆和解析了一個全新的四元件遺傳系統調控長雄野生稻與亞洲栽培稻種間雜種不育的分子機制，成功解鎖多種野生稻“跨界繁殖密碼”。豐富了我們對物種生殖隔離的理論認知，為利用野生稻資源培育具有多年生、耐鹽堿、高產優質的水稻新品種開辟了全新路徑。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41477-026-02223-w

聯合團隊歷經數年利用長雄野生稻與亞洲栽培稻為遺傳材料，首次克隆并解析了關鍵調控長雄野生稻與亞洲栽培稻種間雜種不育的新位點 S44 的分子機制。研究發現，S44 位點是一個由 RID（生殖隔離破壞子）、RIR（生殖隔離恢復子）、RIA（生殖隔離激活子）和 RIS（生殖隔離抑制子）組成的四元件遺傳系統，它們如同精密協作的 “基因團隊”，共同調控雜種雄性不育和配子偏分離現象。其中，RID 會主動觸發栽培稻花粉敗育，RIR 則選擇性保護野生稻配子，RIA 與 RIS 則通過激活與抑制的平衡，精細調控這一過程的強度。

圖1 | S44分子機制模式圖

通過CRISPR精準敲除RID，在不影響植株正常生長發育的前提下，系統性突破了S44位點介導的長雄野生稻與短舌野生稻、非洲栽培稻、普通野生稻、尼瓦拉野生稻等不同的AA基因組稻種間雜種不育障礙，使花粉育性和配子偏分離全面恢復。

圖2 | S44位點四元件系統調控長雄野生稻與亞洲栽培稻種間雜種不育模式圖

值得關注的是，該研究揭示了物種可通過單一基因座內的等位基因相互作用，定量調控生殖隔離強度，為理解稻屬物種分化與多樣性形成提供了全新視角。其中，RIA/RIS 作為首個被鑒定的配子偏分離精細調控因子，進一步豐富了生殖隔離的理論認知。

該發現成功構建起野生稻優異基因跨物種轉移的高效“分子紐帶”，讓優良遺傳資源的跨界利用成為可能。長雄野生稻等野生稻資源的耐鹽堿、多年生等優良性狀，有望通過該技術快速導入栽培稻品種，為培育多年生、耐鹽堿、高產優質的水稻新品種提供核心支撐。

該研究不僅破解了困擾育種界利用野生稻資源多年的“卡脖子”難題，更建立了普適性的種間雜交技術體系，為水稻育種注入全新活力。團隊將繼續深挖野生稻中的優異遺傳資源，推動更多野生稻寶藏基因資源轉化為育種成果。

該研究由基因組所、云南省農業科學院/云南種子種業聯合實驗室等單位聯合完成，云南省農業科學院張玉研究員、云南省農業科學院楊鶯助理研究員、基因組所施傳琳副研究員（現江西農業大學研究員）為論文共同第一作者，云南省農業科學院陶大云研究員、基因組所商連光研究員、云南省農業科學院張玉研究員為論文共同通訊作者。中國科學院西雙版納植物園徐鵬研究員、云南大學胡鳳益研究員參與了研究工作。崖州灣國家實驗室陳凡研究員為本研究提供了重要支持與建設性意見。

該研究得到了國家自然科學基金委重大項目、青年科學基金項目（B類）、云南省科技廳等項目資助。

來源 | 青島海關

編輯 | 農財君

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