粳稻和籼稻是水稻的两个亚种，二者之间存在生殖隔离现象——杂交后得到的植株，其花粉常常严重不育，影响正常结籽。这一问题长期困扰着水稻育种家。近日，由中国工程院院士万建民领衔、中国农业科学院作物科学研究所和南京农业大学合作的科研团队，鉴定并深入解析了引起杂种花粉不育的最主效基因位点，破解了水稻生殖隔离之谜，为培育更高产量的杂交水稻品种提供了理论和技术支撑。

水稻是我国的主粮作物，粳稻多种植在北方，而籼稻多种植在南方。二十世纪七十年代以来，袁隆平院士研发的杂交水稻主要利用的就是籼稻亚种内的杂交，实现了水稻大幅增产，为我国乃至世界粮食安全做出了突出贡献。

万建民介绍，在育种上，利用作物的杂种优势正是大幅提高粮食产量的重要途径。一般来说，品种间亲缘关系越远，杂交优势越明显。如果籼稻和粳稻亚种间能育成超级杂交稻，据预测，可以比现有杂交水稻的产量提高15%以上，育种潜力巨大。但籼稻和粳稻之间存在生殖隔离现象，其杂交种上的花粉常表现出不育现象，不能结籽，严重影响产量，成为阻碍培育籼稻和粳稻亚种间超级杂交稻的最大障碍之一。

由此，该研究团队在全基因组层面寻找引起这种杂种不育的“罪魁祸首”，最终“锁定”了其中一个效应最大的基因位点。分析发现，该位点由一对独特的基因组成，它们成对出现，其作用仿佛就如“破坏者”和“守卫者”。

“破坏者”基因能对所有花粉产生伤害作用，引起花粉的败育；而“守卫者”基因能阻止“破坏者”基因的伤害作用，使花粉正常发育。研究团队进一步详细解析了“破坏者”基因和“守护者”基因在细胞内部具体作用的分子机制。可以说，该研究首次从分子层面阐明了水稻杂种不育的机理，实现了该领域里程碑式的突破。

研究团队就此解开了粳稻和籼稻杂种花粉的不育之谜：这对基因是在亚洲栽培稻的祖先——普通野生稻中进化出来的。后来，经过人类的驯化，这对基因被一部分籼稻继承，而粳稻却没有继承。因此，这对基因在水稻种间或亚种间的分布不均匀，它们相互杂交时，后代杂交种的部分花粉中不携带这对基因，由此引发了杂种不育现象。

万建民表示，利用本次研究的发现，可以通过分子标记辅助选择等手段，规避花粉败育而引发的不育问题，从而推进水稻亚种间杂交稻高产品种的培育。相关研究成果于2023年7月26日发表在《细胞》上。

图为籼稻（广陆矮4号）和粳稻（台中65）杂交F1表现出严重的杂种不育现象。