人類首次找到水稻「自私基因」 中國科研成果挑戰孟德爾遺傳規律

2020-11-27 中國網財經

　　本報訊（中國青年報·中青在線記者 邱晨輝）6月8日，農業領域迎來一項重大科技進展：繼老鼠、線蟲之後，又一物種的「自私基因」被找到——水稻！找到它的是中國農業科學院副院長、中國工程院院士萬建民領銜的科研團隊，這也是人類第一次在植物領域找到「自私基因」，這將挑戰孟德爾遺傳規律，有望解決水稻雜種不育難題。

　　該研究成果已於6月8日由國際學術期刊《科學》（Science）雜誌在線發表。成果由中國農業科學院與南京農業大學共同合作完成，研究得到中國農業科學院科技創新工程的支持。

　　孟德爾定律是以遺傳學家格裡哥·孟德爾的名字來命名的著名定律，被認為是催生遺傳學誕生的基礎。該定律認為，後代繼承雙親每個基因兩個拷貝其中一個的概率是相等的，換言之，來自父母的基因，是均勻分配給孩子的，「孩子的某些特徵應該一半像父親，一半像母親」。

　　然而多年來，科學家們不斷發現表明，這一定律在哺乳動物中正在被打破，即「大部分後代，只是更像某一方（父親或母親）」，這種現象叫「自私現象」，而引發這種現象的就是「自私基因」。這種基因使得親本即父親或母親自身的遺傳信息，能更多、更快地複製，並能更多地傳遞給子代。

　　去年，《科學》（Science）雜誌報導了小鼠和線蟲「自私基因」的非孟德爾遺傳現象，這些研究表明在動物中「自私基因」驅動了基因組的進化，並影響了物種自身的穩定性。但直到這次成果面世，植物領域尚未有相關研究的任何報導。

　　萬建民團隊此次研究始於雜交稻。研究表明，相比目前的雜交稻，水稻秈粳亞種間雜交稻能進一步提高單產150%，但後者存在「半不育」的問題，嚴重製約了秈粳雜交稻產量的提高。研究團隊便以亞洲栽培稻粳稻品種和南方野生稻為研究材料，試著找出「控制水稻雜種不育」的因素。

　　歷時十多年之久，萬建民團隊終於找到自私基因系統：水稻雜種不育受「自私基因」位點qHMS7的控制，並發現其包含三個緊密連鎖的基因ORF1、ORF2和ORF3。

　　研究表明，粳稻品種同時攜帶毒性的ORF2和解毒的ORF3，而南方野生稻只含有無毒性的ORF2，在其雜種F1中，攜帶南方野生稻基因型的花粉因缺乏ORF3保護而死亡，攜帶粳稻品種基因型的花粉因有ORF3保護而存活，最終導致後代中沒有純合的南方野生稻基因型個體存在——群體分離不符合經典的孟德爾遺傳模式。

　　萬建民團隊介紹，該研究闡明了「自私基因」在維持植物基因組的穩定性和促進新物種的形成中的分子機制，探討了毒性-解毒分子機制在水稻雜種不育上的普遍性，為揭示水稻秈粳亞種間雜種雌配子選擇性致死的本質提供了理論借鑑，為秈粳亞種間雜交稻品種的培育提供基礎。

(責任編輯：羅伯特)

相關焦點

  • 植物自私基因首次被我科學家發現:打破經典遺傳規律
    據《科技日報》11日報導，由中國農業科學院副院長萬建民院士領銜的科研團隊，在世界上率先發現了水稻自私基因，並由此破解水稻雜種不育的機理。這是科學史上植物自私基因首次被發現，證實了植物界同樣存在不符合孟德爾遺傳規律的非經典遺傳現象。相關研究成果近日在線發表於國際權威學術期刊《科學》上。
  • 複製錯誤和自私基因,什麼是生命的本質?
    而人類，以及所有通過性行為誕生的複雜生命形式中，父母中的某一位傳給後代的基因大約只有 50% 。基因傳遞從 100% 到 50% 的減少可能是一個艱難的進化步驟。當每一個基因的遺傳機會被削弱到一半時，自然選擇會偏愛「自私的基因」，從某種意義上說，可以用理察·道金斯（Richard Dakwins）的著名表達表明：這些基因能擾亂系統，同時讓自己被傳遞的概率超過 50% 。
  • 新研究首次揭秘中國人群基因遺傳特徵—新聞...
    新研究首次揭秘中國人群基因遺傳特徵 中國在國家級人群基因數據研究上暫時處於落後的狀態，主要原因在於大型研究項目的完成需要較長周期，項目設計、樣本採集及基因測序需要花費大量的時間與資金，合理利用已有的數據將大大加速這一進程。華大的科學家們發現，無創產前基因檢測的基因組測序數據，可以為大規模的人群隊列研究提供一個全新的思路。
  • 中國農科院構築人才高地,優化創新生態
    工人日報客戶端11月25日電 中國農科院第四次人才工作會議今天在北京召開。中科院遺傳與發育生物學研究所，中國農科院作物科學研究所、蔬菜花卉研究所等三個研究所，吳文斌、王克劍等2名科研人才代表進行了典型經驗交流。
  • 2020年中國農業科研「亮點」論文成果
    傅向東供圖主要作者：中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員傅向東團隊與三個實驗室聯合攻關進展亮點：以封面文章的形式報導了赤黴素信號傳導新機制提高水稻產量和氮肥利用效率的研究成果。從攜帶「綠色革命」基因sd1的水稻品種93-11中，篩選到一個產量性狀（分櫱）對氮素響應不敏感的突變體，並克隆了控制水稻氮肥高效利用的關鍵基因NGR5。
  • 我國科學家揭開水稻雜種優勢的遺傳之謎
    9月8日，《自然》雜誌以長文形式（Article）在線刊發了中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所國家基因研究中心韓斌研究組、黃學輝研究組聯合中國水稻研究所楊仕華研究組取得的一項成果，題為《水稻產量性狀雜種優勢的全基因組解析》(Genomic architecture of heterosis for yield traits in rice
  • 饒毅:中國的人類基因研究為什麼弱?
    1866年孟德爾提出遺傳規律，1944年艾弗裡等提出DNA是遺傳的物質基礎，1953年沃森和克裡克提出DNA雙螺旋結構和鹼基配對使遺傳與生物化學相結合，分子生物學誕生。1950年代初，中國緊跟蘇聯，而蘇聯曾經流行「李森科主義」，這一學說將科學政治化，批判孟德爾為唯心主義。結果是，中國取消孟德爾-摩爾根遺傳學教學。北京農業大學禁止北京大學轉任該校的李景鈞進行遺傳學教學，迫使後者出逃美國。李景鈞在北大任教期間出版過英文版《群體遺傳學》，這本書後在美國再度出版，成為全世界通用的群體遺傳學教科書，而這本書本來可以很好地奠定中國的人類遺傳學訓練的基礎。
  • 專家們用紮實的科研結果為家驢找到了祖先
    這也意味著，專家們用紮實的科研結果為家驢找到了祖先。每個國家都有自己的遺傳保護條例，需要提前打通關係，且那裡的驢多是散養，需要僱傭當地工人協助，再加上語言不通、水土不服，這對團隊成員來說更是雙重挑戰。那麼這項重大科研成果的突破有著什麼重大意義呢？
  • 145秒|家驢祖先找到了!我國科研團隊成功破譯德州驢基因組
    這也意味著，專家們用紮實的科研結果為家驢找到了祖先。有助於優選優育、鑑別阿膠真假用王長法的話說，做科學研究就是摸著石頭過河，他們曾花了兩年的時間去研究馬和驢的傳染性貧血病，也花了不少工夫去研究過驢肉的品質，但都因為種種原因中途擱置，但好在破譯驢基因組這條方向給他們帶來了光明。那麼這項重大科研成果的突破有著什麼重大意義呢？
  • 為原創性科研「點讚」:導致嚴重弱畸形精子症的新基因已找到
    近日，中信湘雅生殖與遺傳專科醫院林戈教授團隊成員譚躍球教授課題組，在人類配子發生研究領域再次取得重要成果，發現導致人類嚴重弱畸形精子症的新基因CFAP65，
  • 和嫦娥五號一起「上天」的水稻種子發!芽!了!
    華南農業大學（下稱「華農」）國家植物航天育種工程技術研究中心成為此次空間搭載試驗的重要科研單位。歷經22天21時29分的飛行後，一批共重40克的「航聚香絲苗」水稻種子於12月17日1時59分隨同返回器順利著陸，標誌著我國水稻航天育種首次完成深空空間誘變試驗的搭載，具有裡程碑式的意義。
  • 中國學者利用基因編輯技術首次獲得遺傳增強的「超級」幹細胞
    但在現實生活中，通過基因編輯技術改造生殖細胞，打造出這些遺傳增強的「超級人類」被倫理所禁止。而在倫理許可的幹細胞中，中國科學家通過基因編輯技術，首次人工改造出遺傳增強的「超級」幹細胞。這類幹細胞或將在治療人類疾病中展現身手。
  • 中國醫療團隊發現導致人類嚴重弱畸形精子症的新基因
    中新社長沙9月6日電 (付敬懿)中信湘雅生殖與遺傳專科醫院6日對外發布稱，該院林戈教授團隊成員譚躍球教授課題組，在人類配子發生研究領域再次取得重要成果，發現導致人類嚴重弱畸形精子症的新基因CFAP65，並在國際知名遺傳學雜誌《J Med Genet》發表原創論著。
  • 中國雜交水稻的成功經驗
    兩系法雜交水稻是中國獨創的農業科技成果，於1995年研究成功，當前年種植面積佔雜交水稻品種的50%以上。「兩系法雜交水稻技術研究與應用」獲2013年中國國家科學技術進步獎特等獎。第三代雜交水稻，從某種意義上講也可認為是兩系法，它是通過遺傳工程技術自交繁殖普通隱性核雄性不育系而實現雜種優勢利用的方法，目前育成的品種已進入生產試驗示範階段。
  • 都知雜交水稻好究竟哪個基因好?我國科學家破解雜種優勢之謎
    說起雜交水稻，大家都不陌生。上世紀70年代，我國育種學家就率先開展了雜交水稻研究。其產量表現出比親本材料增加10-20%。不過一直以來，人們對雜種優勢背後的遺傳機理不完全清楚，無法實現雜種優勢的高效利用。
  • 人類為什麼讓動物的父母和後代繁衍後代,沒有倫理道德嗎?
    後來又對這些高莖豌豆，進行了第二次種植，讓其進行自交，結果有2/3的豌豆都是高莖，由此孟德爾提出了分離定律（在生物的體細胞內，控制同一個性狀的遺傳因子都是成對存在，不會相互融合，但在繁衍後代時，成對的遺傳因此會發生分離，分別進入不同的配子當中從而遺傳給下一代）。
  • 水稻怎樣紮根?我國科學家繪製世界上首個水稻根組織單細胞圖譜
    記者從中國農科院獲悉，我國科學家近日成功繪製了世界上首個根組織單細胞解析度轉錄組圖譜，研究由生物技術研究所作物耐性調控與改良創新團隊和其合作者共同完成，研究成果在線發表於《分子植物（Molecular Plant）》上。在植物整個生命過程中，根尖在不斷地分化發育，形成的根系從土壤中吸收水分和礦質元素，參與植物與生物或非生物信號的互作，並起到固定植株的作用。
  • 「實驗小白鼠」百年百變史:從近親繁殖到基因編輯
    20世紀初，退休教授艾比 拉斯洛浦（Abbie Lathrop）從中國、日本和歐洲的養鼠愛好者中收購不同品種的小鼠，並培育出了一些「新奇」的毛色，風靡一時。 哈佛大學生物學家威廉 卡斯爾（William Castle）也被這些「時髦」的齧齒動物吸引，他想到了孟德爾的遺傳理論。
  • 從數學角度看人類血型分布的遺傳規律
    人類社會經過不斷的繁衍，其血型結構始終保持著O、A、B、AB四大類型。是什麼原因使然呢？ 從生物學的角度看：子代的血型完全由親代血型的基因組合所決定。
  • 全球最大遺傳基因研究中心美國傑克森實驗室落戶武漢
    這種小鼠需從國外引進的歷史即將改變，昨日，全球最大的遺傳基因工程研究中心——美國傑克森實驗室聯合武漢菲沙基因落戶武漢光谷生物城，共建基因組醫學研究中心。     這是美國傑克森實驗室首次在美國以外設立研究中心。