（来源：新华日报）

□ 本报记者 杨频萍 王子杰

8月28日，中国工程院院士万建民带领的研究团队在国际权威学术期刊《科学》（Science）在线发表最新研究成果，首次揭示亚洲栽培稻与非洲栽培稻种间“联姻”失败的秘密——一套由“矛”“盾”“甲”3个基因组成的精密遗传冲突系统。种间生殖隔离是长期阻碍这两个物种优良基因重组的核心屏障。如今，团队已找到能有效打破这一屏障的广亲和种质资源，这把“钥匙”有望为培育超高产水稻新品种扫除关键障碍。

18年追问亚洲稻和非洲稻难以“联姻”秘密

水稻养活了全球超过一半人口，也是我国最重要的粮食作物之一。稻属共有24个种，其中被人类驯化栽培的仅有亚洲栽培稻和非洲栽培稻两个栽培种。亚洲栽培稻产量高、品质好，是我们餐桌上的常客；非洲栽培稻虽然产量略逊一筹，却身怀“绝技”：耐高温、耐干旱、耐贫瘠，还自带多种抗病虫本领。

科学家们很早就注意到，如果能让这两种水稻“联姻”，把各自的优点集于一身，就有望培育出更高产、更稳产的水稻新品种。然而，这两种水稻之间存在严重的生殖隔离——它们杂交产生的后代花粉活力极低，结实率大幅下降，就像一道无形的屏障，阻断了优良基因的交流重组和种间杂种优势的利用。

万建民院士团队围绕“水稻杂种不育克服与杂种优势利用”这一关乎水稻产量、抗性和品质的关键命题持续深耕。团队通过广泛杂交、测交，发掘并报道27个新不育位点及广亲和基因，产生了一系列突破性成果：2018年，团队发现并克隆种间杂种不育基因qHMS7，揭示了自私基因操纵杂种育性的机制，成果发表于《科学》；2023年，团队又发现并克隆籼粳亚种间杂种不育基因RHS12，揭示了“毒药—解药”杂种不育系统选择性引起花粉败育的分子机理，成果发表于《细胞》（Cell)。

这项研究为何如此艰难？从2008年团队首次发现并报道RHS3位点，到2026年最终解析其分子机制，整整走了18年。

27日在南京农业大学举行的重大成果新闻发布会上，万建民院士回顾了这段历程：“RHS3位点，早在2008年就被团队鉴定出来了——那是我们的博士生张云辉博士论文里的工作。我们在多位研究生，包括赵志刚、余晓文、王超龙等的共同努力下，经过18年的研究，终于取得了今天的成果。”

为何耗时如此之久？论文第一作者、南京农业大学农学院水稻遗传育种团队何晓栋博士告诉记者：“早期基因组测序、基因敲除等关键技术还不成熟，我们只能做定位工作。现在这些技术都被大幅突破之后，我们才能做更多的基因功能解析以及演化机制解析。”

分子层面的“矛—盾—甲”攻防战

此次发表的研究聚焦于引起亚洲栽培稻和非洲栽培稻种间杂种不育的主效位点RHS3。该位点于2008年由团队鉴定报道，历经18年持续攻关，研究团队终于解析了其分子机制。RHS3位于水稻第3号染色体上，能够选择性地引起携带亚洲栽培稻等位基因的花粉败育，导致杂种F1花粉呈现半不育的表型。

2008年团队发现它时，只知道它在染色体上的“住址”，18年后，团队终于把这个“团伙”揪了出来——3个基因分工明确、配合精密。

何晓栋博士介绍，团队通过遗传分析表明，RHS3位点由3个基因（ORF4、ORF10和ORF16）组成，团队用中国古兵器“矛”“盾”“甲”生动地为之命名。

“矛”是ORF10编码的蛋白，由非洲栽培稻携带，专门攻击线粒体，让花粉失去活性。“盾”是ORF16编码的蛋白，由非洲栽培稻携带，能与“矛”相互作用、化解其杀伤力，保护花粉正常发育。“甲”是ORF4编码的蛋白，非洲栽培稻和亚洲栽培稻都有，它可与“盾”联手，把“矛”送进细胞的自噬降解途径彻底清除，专门保护雌配子。

非洲栽培稻“矛”“盾”“甲”三样都有，亚洲栽培稻只有“甲”。杂交后，一半的花粉获得完整“三件套”，安然无恙；另一半的花粉只获得“甲”没有“盾”，就遭了“矛”的毒手——花粉半不育的秘密就在这里。

这个发现中，最让人意外的是“甲”。它是一种植物特有的“选择性自噬受体”，能把“矛”精准挑出来送进自噬体降解。这是科学家第一次发现选择性自噬参与了植物种间的生殖隔离，是基础生物学领域的一个重要突破。

团队还追查了这套系统的来龙去脉：“甲”是禾本科植物自古就有的基因，“矛”来自美洲本土的展颖野生稻，“盾”来自大洋洲的南方野生稻。它们在进化中通过自然杂交，一步步组装进了非洲栽培稻的祖先——巴蒂野生稻的基因组里。

更让育种家兴奋的是，团队找到了一种特殊的“广亲和”种质——它携带的“盾”有保护功能，但“矛”处于失活状态。用它做“桥梁品种”，不管与亚洲稻杂交还是非洲稻杂交，都能绕开RHS3这个不育陷阱。

超高产杂交稻还有多远

最新数据显示，我国水稻平均单产已经是世界平均水平的1.5倍，杂交水稻功不可没。但目前的杂交稻全是亚种内或亚种间的“内部联姻”，亚洲稻和非洲稻这种“跨洲联姻”的杂交优势，尚未得到有效利用。

一般而言，物种间遗传分化程度越高，生殖隔离机制越复杂，杂种优势利用的难度越大；但相应的，一旦实现突破，种间杂种优势所蕴藏的产量潜力也更为可观。

何晓栋博士算了一笔账：籼稻和粳稻的亚种间杂交，预期比现有杂交稻增产20%以上；而亚非种间杂交，在此基础上还将进一步提升产量10%以上。

不过，这份增产潜力要兑现，首先得攻克杂种不育这道关。“因为杂交稻最终是要收获的。杂交后代如果结不了种子，前面一切的努力——抗性、品质、耐逆的改良——全部归零，没有产量就等于零。”南京农业大学农学院水稻遗传育种团队王超龙教授介绍，RHS3只是众多杂种不育位点中的一个。“要真正培育出能下田的亚非杂交稻品种，还有很长的路要走。”

王超龙说，育种是“多线程作战”，除了不育问题，抗不抗病、耐不耐高温、米好不好吃，每一项都不能掉链子。团队接下来的任务，就是逐个攻克剩下的不育位点，把基础研究一步步转化成能落地的品种。

发布会上，中国工程院院士沈其荣作为特邀专家对这项成果给予高度评价。他说，这项研究为水稻远缘杂交提供了重要思路和宝贵基因资源，“如果没有长期坚固的基础研究做支撑，应用研究就会变成无源之水。”

从亚种间到种间，从单一基因到完整遗传系统，万建民院士团队的研究轨迹清晰地勾勒出一条解码水稻生殖隔离的系统路径。此次RHS3研究从2008年位点鉴定到2026年机制解析，历时18年，涉及遗传材料获取、基因克隆、亚细胞定位及蛋白互作等多个层面的精细研究，汇聚了国内多家高校和科研单位的协同力量。该研究由南京农业大学、生物育种钟山实验室、中国科学院华南植物园及华南农业大学等单位合作完成。