水稻是全球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。前者高产优质，后者抗逆特性优异。亚非栽培稻种间杂交可以实现优势互补与相互改良。但二者存在严重的生殖隔离，严重制约了双方优良基因的交流重组以及种间杂种优势的利用。

研究团队鉴定到调控亚非栽培稻种间杂种花粉不育的主效位点。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，从而导致杂种第一代花粉呈现半不育表型。团队研究发现，该位点是由三个基因组成，并分别根据其功能将其命名为“矛”“盾”“甲”，三者协同组成一套精密的杂种不育控制系统。在基因组构成上，非洲栽培稻携带完整的“矛-盾-甲”三元件，而亚洲栽培稻仅携带“甲”一个元件。因此，亚-非栽培稻杂种第一代会产生两种类型的配子：一类同时携带“矛-盾-甲”，另一类仅携带“甲”。其中，仅携带甲的雄配子由于缺少“盾”的保护而发生败育，最终导致第一代花粉半不育。

研究表明，“矛”通过破坏线粒体的功能，引起配子败育；“盾”通过与“矛”互作，消除其破坏作用，保护配子正常发育；而“甲”通过与“盾”互作后形成“矛-盾-甲”三元蛋白复合体，将“矛”转运到自噬体降解，从而特异性地保护雌配子。研究发现，“甲”是植物特有的选择性自噬受体，可直接介导“矛”进入自噬降解途径，进而调控种间生殖隔离。进一步研究发现，“甲”为禾本科特有基因，“矛”起源于展颖野生稻，“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。

研究还鉴定到了“盾”具有功能、“矛”失活的广亲和种质，该种质可克服种间杂交育性下降的问题。研究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，为利用亚非栽培稻远缘杂种优势提供技术支撑和种质资源。

该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aec5252

责任编辑：苏芮 单榕