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10年攻坚，华南农业大学科研人员成功克隆了在三系杂交稻广泛利用的野败型细胞质雄性不育基因，并阐明了不育发生的分子机理。记者昨日从华农获悉，国际顶级遗传学杂志《Nature Genetics》（自然遗传学）前日在线发表了其相关论文——“水稻线粒体与细胞核有害互作产生细胞质雄性不育”。
该研究成果有助于更有针对性地控制作物育性，进一步利用杂种优势提高产量。该论文通讯作者为亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室副主任刘耀光研究员，第一作者为他指导的博士研究生罗荡平。
细胞质雄性不育（cytoplasmic male sterility， CMS）及其恢复性是植物中广泛存在的遗传现象，反映了物种进化过程中细胞质和细胞核基因组的协同进化和相互作用的对立和统一。细胞质雄性不育系是作物杂种优势利用最重要的遗传材料。我国的杂交水稻育种研究由袁隆平始于1964年。上世纪70年代初，袁隆平和他的助手李必湖等人在海南岛三亚发现花粉败育的野生稻及其不育细胞质（称为野败型细胞质雄性不育，CMS-WA），为杂交稻雄性不育系的选育打开了突破口。随后，在袁隆平团队和全国多个育种单位的共同努力下，利用该野败型细胞质雄性不育材料和其它种质资源等育成了一批不育系、保持系和恢复系杂交稻组合，宣告我国的三系杂交水稻培育成功，为我国乃至全世界粮食安全发挥了重要的作用。
“虽然野败型细胞质雄性不育在杂交稻育种如此重要，但其分子遗传基础并不清楚。”刘耀光介绍，杂交水稻育种是应用研究，它的成功是因为利用了特定的遗传资源，也就是说它的根基就是不育基因和育性恢复基因遗传资源。袁隆平课题组发现的雄性不育野生稻遗传资源实际上含有细胞质雄性不育基因，但只知道用这种雄性不育材料育成水稻不育系，不知道它为什么产生不育，是什么促使它产生不育。
“我们的研究成果，就是发现细胞质雄性不育基因，并阐明不育产生的分子机制。”刘耀光说，在科技部重大基础研究计划（973）和国家自然科学基金的支持下，华农课题组从2002年开始这项工作到出成果，可谓十年磨一剑。
这个成果首次阐明了植物CMS系统通过线粒体不育基因和核基因的互作控制核质不亲和性（雄性不育）的分子机理，有别于前人提出的能量代谢缺陷导致细胞质雄性不育（CMS）的假说。该研究首次证明，除了CMS育性恢复涉及核质基因互作，CMS发生也是核质基因互作的结果，是名符其实的“核质互作不育”，其它植物CMS系统也可能具有类似的分子机制。
刘耀光介绍，该成果对研究生物种核质基因协调进化和相互作用、生殖隔离形成以及物种分化的分子机理，有重大的科学意义。另一方面，该成果对植物分子遗传学、育种学，细胞发育生物学等学科的发展有促进作用，对水稻杂交育种和杂种优势的深入利用有重要的理论指导价值。比如，可使杂交稻育种更有针对性和预见性，提高育种效率。而且，不育系和恢复系在杂交稻育种中的相互利用就更有预见性了。