前沿  

继小鼠、线虫之后，南京农业大学万建民院士团队在水稻中发现了“自私基因”，这也是人类首次在植物领域找到挑战孟德尔遗传定律的例证，国际顶级学术期刊《科学》8日发表了这一成果。

《自私的基因》是英国演化理论学者道金斯的经典著作，讲的是基因会尽可能保存并复制自己。而根据孟德尔第一定律，双亲的基因会等概率分配给下一代，“自私基因”会打破这种均衡。

在长达七千多年的驯化过程中，水稻家族演化出籼稻和粳稻两大亚种。近几十年来，杂交水稻技术为我国粮食增产作出了巨大贡献。但是目前的杂交水稻都是集中在单一亚种之间的，比如袁隆平院士的杂交水稻、绿色超级稻等，都是籼稻亚种之间的杂交。

科学界普遍认为，水稻籼粳杂交可比其他杂交稻进一步提高单产15%至30%。然而，籼稻和粳稻在杂交中最大的问题是会出现花粉不育、小穗结实率低、子粒不饱满等杂种不育现象，通常有50%左右不能结实，为什么？

随着研究的深入，万建民及团队发现了其中的奥秘，因为粳稻具有一项神秘“武器” ——自私基因。粳稻拥有的自私基因位点包含三个相邻的基因ORF1、ORF2和ORF3，第一个基因没有什么作用，第二个基因是毒蛋白，起到杀死配子的作用，第三个基因是解毒蛋白，起到保护配子的作用。而南方野生稻只含有ORF1、ORF2两个基因，在杂交后，粳稻中的毒基因产物将南方野生稻的配子杀死了，这就是自私现象。

论文第一作者、南京农业大学余晓文博士打了个比方，解毒蛋白类似花粉发育过程中的“护花使者”，若早期的花粉细胞中不含有解毒蛋白，其发育过程中会因为没有受到保护，不可避免地受到毒蛋白的“毒害”，最终导致死亡；而含有解毒蛋白的花粉细胞，其发育过程犹如多了一层保护，“自私”地维持了物种自身的稳定性。

论文第一作者、南京农业大学农学院赵志刚教授介绍说，这种类似于“矛”与“盾”关系的毒蛋白和解毒蛋白，其实就是水稻中紧密连锁的基因ORF2和ORF3的产物，团队以亚洲栽培稻品种滇粳优1号和南方野生稻为研究材料，发现ORF2基因编码一个毒性蛋白，对全部花粉的发育有毒害作用，而ORF3基因则编码一个解毒蛋白，“选择性（配子体效应）”地保护携带它的花粉，确保其可育，非常“自私”。研究发现，普通野生稻中，约50%的材料含有ORF3，在经过长期的演化之后，90%以上都含有ORF3。

有意思的是，科研团队还探寻出了水稻自私基因演化的“古战场”。“大反派”毒蛋白ORF2原本只是个“跑龙套”的，而能够将其“绳之以法”的解毒蛋白ORF3其实是由一个看似微不足道的ORF1基因进化而来的。在漫长的“祖先野生稻-普通野生稻-亚洲栽培稻”的演化过程中， ORF1没有功能，但一直被保留，ORF2是从没有毒性功能的单倍型逐步演变成有毒性功能的单倍型，而ORF3则是在普通野生稻中由ORF1基因的复制而产生，并在稻种驯化过程中传递到亚洲栽培稻中。

余晓文认为，今后如果能找到一种具有“广泛亲和力”的品种，让ORF3更加“博爱”，保护其他花粉，也许可以克服杂种不育的障碍，充分发挥野生稻种资源的杂交优势，提高水稻单产。

本报记者 王 拓