水稻杂种生殖隔离的分子遗传学基础

生殖隔离是导致物种形成的关键因素之一，而杂种劣势是一种常见的生殖隔离形式，但目前对作物杂种劣势形成的分子机理这一重要生物学前沿问题的了解知之甚少，而在水稻方面还是空白。我们从以籼稻品种为轮回亲本构建的普通野生稻染色体片段替换系中发现了一个杂种劣势新基因Hwi1，将该基因定位在第11染色体的13.2kb范围内。从粳稻品种构建的分离群体中，我们又发现了另一个杂种劣势新基因Hwi2，其对杂种劣势的发生也是必需的。只有当Hwi1和Hwi2这两个基因同时存在时才会出现杂种劣势。本项目拟在克隆水稻杂种劣势基因Hwi1和Hwi2的基础上，系统深入地研究这两个基因调控杂种劣势发生的分子基础，通过Hwi1与Hwi2间不亲和性的互作分析，建立分子调控途径。此外采用分子进化学方法分析Hwi1和Hwi2在野生稻和栽培稻分化过程中的作用。本项目将深入阐明作物生殖隔离产生的分子遗传调控机理，为稻种分化起源提供新线索。

生殖隔离是导致物种形成的关键因素之一，而杂种劣势是一种常见的生殖隔离形式，但目前对作物杂种劣势形成的分子机理这一重要生物学前沿问题的了解知之甚少，而在水稻方面还是空白。本项目拟采用图位克隆技术分离克隆控制野生稻与栽培稻种间杂种劣势基因Hwi1和Hwi2，分析这两个基因在调控杂种劣势发生过程中的功能与分子基础，研究Hwi1与Hwi2间如何发生不亲和性互作分析，同时建立分子调控途径，揭示作物生殖隔离产生的遗传调控机理。我们从海南普通野生稻（Oryza rufipogon）与亚洲栽培稻品种特青（Oryza sativa）构建的染色体片段替换系中，发现了一种新的水稻种间杂种劣势，其是由来自野生稻的Hwi1基因位点与来自栽培稻籼稻Hwi2位点发生互作而引起的。我们分别成功分离克隆了Hwi1和Hwi2，详细分析了功能，发现Hwi1与Hwi2间通过不亲和性的遗传互作产生野生稻与栽培稻种间杂种劣势与生殖隔离，并且建立相关分子遗传调控途径，阐明了稻种生殖隔离产生的分子遗传调控机制。这是首次揭示水稻种间杂种劣势的遗传调控机理，为深入阐明作物种间生殖隔离的分子遗传机理和稻种分化起源提供了新的线索。相关研究论文发表在著名杂志NatureCommunications和Molecular Plant等上。