JGG｜万建民/赵志刚团队综述水稻杂种优势利用过程中生殖隔离的遗传和分子机制

水稻是我国第一大口粮作物，提高水稻产量对确保国家粮食安全和满足人民需求具有重要战略意义。水稻有两个栽培种，即亚洲栽培稻和非洲栽培稻；其中亚洲栽培稻有籼稻和粳稻两个亚种，两者杂交F1代具有强大的杂种优势，据预测其产量有望比常规杂交稻再增产15%以上。然而，籼稻和粳稻之间存在严重生殖隔离，其杂交F1代常表现出杂种不育现象，严重限制了杂种优势的直接利用。近年来，随着多个水稻杂种不育基因的克隆、遗传模式的建立和分子机制的解析，人们对水稻生殖隔离的理解和认识逐步加深，极大促进了水稻杂种优势的利用。

近日，南京农业大学/中国农业科学院作物科学研究所万建民院士与南京农业大学赵志刚教授团队在Journal of Genetics and Genomics在线发表题为“Genetic and molecular mechanisms of reproductive isolation in the utilization of heterosis for breeding hybrid rice”的综述论文。该综述系统梳理了已定位和克隆的水稻杂种不育位点，阐述杂种不育的遗传模式和分子机制，探讨水稻生殖隔离产生的进化动力，并展望了育种过程中通过克服杂种不育来促进杂种优势利用的方向和技术手段。

该综述首先介绍了我国在籼稻亚种内杂种优势利用方面取得的成绩和在籼粳亚种间杂种优势利用过程中遇到的问题，指出杂种不育问题是限制籼粳杂种优势利用的最主要因素之一。其次，通过对已鉴定和克隆杂种不育基因的梳理，归纳总结了水稻杂种不育的“单位点孢子体-配子体互作”和“重复隐性”遗传模型。同时，详细介绍了“质核”互作、“线粒体–自噬体”互作以及“免疫自激活”引起水稻生殖隔离的分子机制，提出线粒体在生殖隔离形成过程中发挥重要作用的观点。此外，探讨了生殖隔离产生的进化驱动力。最后，该综述展望了籼粳交育种过程中克服杂种不育的多种技术手段，以及进一步利用全基因组选择等方法提高籼粳交制种产量，最终推进水稻杂种优势利用，保障国家粮食安全。

水稻杂交不亲和的分子机理

A–C: 细胞质雄性不育(A)、杂种不育(B)和杂种弱势(C)的分子机制模式图;D–E: “毒药‒解药”(D)和“杀手‒靶标”(E)作用模式引起花粉败育的示意图。

作者简介

南京农业大学王超龙教授、余晓文教授和中国农业科学院作物科学研究所王建博士后为该综述共同第一作者，南京农业大学赵志刚教授和南京农业大学/中国农业科学院作物科学研究所万建民院士为共同通讯作者。相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省重点研发计划等项目资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jgg.2024.01.007