南京农业大学发表最新Science论文

发布时间：2026-08-29来源：生物世界

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

水稻是全球超过一半人口的主粮，也是我国最重要的粮食作物之一。稻属共有 24 个种，其中仅有亚洲栽培稻和非洲栽培稻两个栽培种。其中，亚洲栽培稻具有产量高、品质好等优良特性，而非洲栽培稻虽然产量低，但具有耐高温、耐旱、耐瘠薄及抗病虫等优异抗逆特性。

亚洲栽培稻与非洲栽培稻的种间杂交，可以聚合双方有利基因，实现优势互补与相互改良。此外，它们的种间杂交具有强大的杂种优势，有望显著提高产量。然而，这一潜力受到严重杂交不育的限制。

2026 年 8 月 28 日，南京农业大学万建民院士、王超龙教授，中国农业科学院作科所吴传银研究员、王海洋研究员，华南农业大学陈乐天教授作为共同通讯作者（何晓栋、赵志刚、邵坤、余晓文、朱莹、汤金涛为论文共同第一作者），在国际顶尖学术期刊 Science 上发表了题为：A tripartite genetic conflict system controls hybrid sterility in rice 的研究论文。

该研究揭示了亚洲栽培稻与非洲栽培稻的种间生殖隔离机制，为超高产亚非杂交稻的培育提供了重要理论基础。

亚洲栽培稻与非洲栽培稻的种间杂交可显著提高产量，但受到严重杂交不育的限制。在这项最新研究中，研究团队在水稻第 3 号染色体上鉴定到一个控制亚洲栽培稻-非洲栽培稻种间杂种花粉不育的主效位点——RHS3。该位点能够选择性地引起携带亚洲栽培稻等位基因的花粉败育，从而导致杂种 F1 花粉呈现半不育表型。

基因不分析显示，RHS3 位点是由 ORF10、ORF16 和 ORF4 三个基因组成，其中，ORF10 编码线粒体定位的“破坏者”蛋白，研究团队将其命名为“矛”（MAO）；ORF16 编码线粒体和叶绿体双定位的“保护者”蛋白，研究团队将其命名为“盾”（DUN）；ORF4 编码叶绿体和自噬体双定位的“保护者”蛋白，研究团队将其命名为“甲”（JIA）。

这三个基因协同组成一套精密的杂种不育控制系统，具体来说，“矛-盾-甲”组成了一个三组分毒素-解毒系统，“矛”作为毒素，通过破坏线粒体功能导致配子败育；在花粉中，“盾”作为解毒因子，竞争性抑制“矛”的毒性；在雌性配子中，“甲”和“盾”协同作用，通过自噬机制靶向清除“矛”。这些发现也首次揭示了选择性自噬参与植物种间生殖隔离的分子机制。

非洲栽培稻携带了完整的“矛-盾-甲”三组分毒素-解毒系统，而亚洲栽培稻仅携带“甲”，因此，亚洲栽培稻-非洲栽培稻种间杂种 F1 会产生两种类型的配子：一种同时携带“矛-盾-甲”，另一种仅携带“甲”，前者正常发育，而后者败育，最终导致 F1 花粉的半不育。

研究团队进一步发现，“甲”为禾本科特有基因，“矛”起源于展颖野生稻，而“盾”起源于南方野生稻，“矛”和“盾”可能通过渐渗杂交进入非洲栽培稻的祖先野生稻种——巴蒂野生稻，并在其中逐步形成具有完整功能的遗传系统。

该研究还鉴定到了“盾”具有功能、“矛”失活的广亲和种质，这一种质分别与亚洲栽培稻和非洲栽培稻杂交，均可克服由RHS3位点引起的育性下降的问题。这一发现有望突破亚洲栽培稻-非洲栽培稻种间生殖隔离，为利用亚洲栽培稻-非洲栽培稻远缘杂种优势提供技术支撑和种质资源。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aec5252

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