水稻是我國第一大口糧作物，提高水稻產量對確保國家糧食安全和滿足人民需求具有重要戰略意義。水稻有兩個栽培種，即亞洲栽培稻和非洲栽培稻；其中亞洲栽培稻有秈稻和粳稻兩個亞種，兩者雜交F1代具有強大的雜種優勢，據預測其產量有望比常規雜交稻再增產15%以上。然而，秈稻和粳稻之間存在嚴重生殖隔離，其雜交F1代常表現出雜種不育現象，嚴重限制了雜種優勢的直接利用。近年來，隨著多個水稻雜種不育基因的、遺傳模式的建立和分子機制的解析，人們對水稻生殖隔離的理解和認識逐步加深，極大促進了水稻雜種優勢的利用。
近日，南京農業大學/中國農業科學院作物科學研究所萬建民院士與南京農業大學趙志剛教授團隊在Journal of Genetics and Genomics線上發表題為“Genetic and molecular mechanisms of reproductive isolation in the utilization of heterosis for breeding hybrid rice”的綜述論文。該綜述系統梳理了已定位和克隆的水稻雜種不育位點，闡述雜種不育的遺傳模式和分子機制，探討水稻生殖隔離產生的進化動力，並展望了育種過程中透過克服雜種不育來促進雜種優勢利用的方向和技術手段。
該綜述首先介紹了我國在秈稻亞種內雜種優勢利用方面取得的成績和在秈粳亞種間雜種優勢利用過程中遇到的問題，指出雜種不育問題是限制秈粳雜種優勢利用的最主要因素之一。其次，透過對已鑑定和克隆雜種不育基因的梳理，歸納總結了水稻雜種不育的“單位點孢子體-配子體互作”和“重複隱性”遺傳模型。同時，詳細介紹了“質核”互作、“線粒體–自噬體”互作以及“免疫自啟用”引起水稻生殖隔離的分子機制，提出線粒體在生殖隔離形成過程中發揮重要作用的觀點。此外，探討了生殖隔離產生的進化驅動力。最後，該綜述展望了秈粳交育種過程中克服雜種不育的多種技術手段，以及進一步利用全基因組選擇等方法提高秈粳交制種產量，最終推進水稻雜種優勢利用，保障國家糧食安全。
水稻雜交不親和的分子機理
A–C: 細胞質雄性不育(A)、雜種不育(B)和雜種弱勢(C)的分子機制模式圖;D–E: “毒藥‒解藥”(D)和“殺手‒靶標”(E)作用模式引起花粉敗育的示意圖。
作者簡介
南京農業大學王超龍教授、餘曉文教授和中國農業科學院作物科學研究所王建博士後為該綜述共同第一作者，南京農業大學趙志剛教授和南京農業大學/中國農業科學院作物科學研究所萬建民院士為共同通訊作者。相關工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、江蘇省重點研發計劃等專案資助。
論文連結：
https://doi.org/10.1016/j.jgg.2024.01.007
