华南农业年夜学破解“亚非稻”种间繁殖断绝之谜

By | 2020年7月26日
  “咱们的钻研后果支持亚洲稻以及非洲稻自力来源,平行演变的可能性,同时也支持稻属可能来源于年夜陆漂移先后的古年夜陆期间的假说。”正在诠释6月7日宣布正在《天然﹣通信》上的最新钻研效果时,论文通信作者、华南农业年夜先生命迷信学院传授陈乐天如是说。
 
  “稻属品种多,正在地球的散布广,遍布亚洲、澳洲、非洲以及美洲。”陈乐天引见,晚期的实践假说以为稻属来源于古年夜陆并跟着年夜陆漂移而遍及寰球,考古证据也支持这一学说的可能性。考古证据标明年夜陆漂移发作正在1-1.5亿年前。
 
  稻属的来源工夫今朝正在学术界还存正在较年夜的争议。然而,跟着技巧的倒退,基于家养稻基因组测序后果揣度的稻属来源工夫大略正在1500万年前,两种学说之间存正在较年夜的工夫差。
 
  揭示“亚非稻”遗传互作新机制
 
  稻属由23个种组成,此中栽培水稻分为亚洲栽培稻(Oryza sativa)以及非洲栽培稻(O. glaberrima)两个种(合称“亚非稻”),其他均为家养稻种。亚非稻种间杂种具备弱小的杂种劣势,但种间生殖隔离招致杂种没有育以及牢固率低,无奈表现杂种的产量劣势。
 
  S1坐位是惹起亚非稻种间杂种没有育的最首要遗传坐位,其作用可招致杂种中含亚洲稻型等位基因(S1-s)的雌配子以及雄雄配子抉择性败育,正在后辈群体孕育发生重大的等位基因偏偏态遗传(倾向非洲型等位基因S1-g)。因而,S1-g是一个典型的无私基因座,对种间分化起首要作用,但其份子遗传机制不断没有分明。
 
  2017年终,陈乐天课题组以及刘耀光课题组协作,率先克隆了S1坐位的一个要害基因OgTPR1(后续定名为S1TPR)。随后,日本迷信家于2018年克隆了S1坐位另外一个基因SSP。然而,这两个基因都只是S1杂种没有育的局部须要因子,招致S1杂种没有育性能的充沛前提还没有分明。
 
  陈乐天课题组正在后续钻研中经过一系列基因敲除了以及性能互补试验发现:S1坐位管制的杂种没有育除了了S1TPR还需求另外两个非洲稻等位基因座S1-g的特异基因S1A4 以及S1A6参加能力发作(此中S1A6就是SSP)。
 
  进一步钻研标明:S1-g的三个连锁特异基因S1TPR,S1A4以及S1A6独特构成一个杀手零碎,正在年夜胞子母细胞以及小胞子母细胞中孕育发生没有育旌旗灯号。该没有育旌旗灯号经减数割裂通报到配子孕育发生对S1-s基因型配子的致死效应,但S1-g型配子由于有S1TPR的维护作用而育性失常。因而,陈乐天课题组提出了S1介导杂种没有育的非对称遗传互作新机制。
 
  为稻属来源于古年夜陆学说提供份子证据
 
  为了明白S1A4-S1TPR-S1A6三基因S1复合遗传坐位的来源与分化,陈乐天课题组剖析了这三个基因正在没有同稻种的散布。后果显示,古年夜陆先人型S1TPR经过单碱基渐变孕育发生了变异基因型S1TP(具备提前终止明码),该变体可能正在古年夜陆割裂期间经过某一遗传瓶颈,终极迁徙到亚洲年夜陆板块散布的一般家养稻(O. rufipogon)以及亚洲栽培稻种中固定上去。
 
  而非洲稻型S1A4-S1TPR-S1A6变体的来源则触及先人型S1TPR正在古年夜陆的碱基变异以及新基因S1A4以及S1A6正在S1TP两旁的拔出,和这些两头产品的屡次重组,构成性能性变体进入非洲栽培稻的相干家养先人种(如O. bathii),并终极固定正在非洲栽培稻。
 
  针对古年夜陆来源学说以及基因组份子进化学说的工夫差别,陈乐天以为基因组测序后果揣度的稻属来源工夫多是因为测序样本只限于古代家养稻种(系),而无奈取得及测定正在进化进程中存正在但曾经灭尽的陈旧家养种(便可能是没有齐全系谱的后果),也没有扫除是因为长间隔迁移酿成的结果。
 
  “咱们的钻研为稻属来源于古年夜陆学说提供了份子证据。”陈乐天示意,该钻研效果零碎说明了S1坐位介导的种间杂种没有育份子机制及其进化来源道路,为后续突破亚非稻种间杂种生殖隔离、促成种间杂种劣势行使奠基了实践以及技巧根底。
 
  中科院院士、华南农业年夜学传授刘耀光将该项钻研揭示的亚非杂种没有育份子机理浅显地比喻为:三个坏人联结下毒,而后此中一人担任对三人独特寓居的故里消毒,进行自我维护,体现出“无私基因”的特点。他以为,该钻研无理论上具备首要原创性,对减速我国水稻远缘杂种劣势行使具备严重使用代价。
 
  相干论文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-019-10488-3