北京时间7月26日23时，国际期刊《细胞》在线发表九三学社中央农林专门委员会主任、中国工程院院士万建民领衔，中国农业科学院和南京农业大学的科研团队合作完成的重大成果——“阐明水稻杂种不育分子机理，破解水稻生殖隔离之谜”。该成果为利用亚种间杂种优势培育高产品种提供了理论和技术支撑，使我国超级杂交稻有望育成，比现有杂交水稻增产15%以上。

万建民长期从事水稻优异基因挖掘和分子育种研究，在国内较早提出和初步实践了作物分子设计育种。这项破解水稻生殖隔离之谜的研究历时13年，万建民团队曾于2018年运用自私基因模型揭示了水稻的杂种不育现象。本次研究成果是继自私基因之后，该团队在水稻“杂种不育”领域取得的又一突破性进展。

作物杂种优势利用是大幅提高粮食产量的重要途径。我国北方多种植粳稻，南方多种植籼稻。上世纪七十年代以来，袁隆平先生研发的杂交水稻主要就是通过利用籼稻亚种内的杂种优势培育杂交稻，实现了水稻大幅增产，带来第二次“绿色革命”，为我国乃至世界粮食安全作出了突出贡献。

万建民介绍，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增产15%以上。

如何利用亚种间的超强优势一直受到育种家的关注。然而籼稻和粳稻之间存在严重的生殖隔离，其杂交种常表现出花粉不育、小穗结实率低、子粒不饱满等“杂种不育”现象，严重阻碍了这一杂种优势的利用。

粳稻（台中65）和籼稻（广陆矮4号）具有很强的杂种优势，但花粉严重不育，其中RHS12位点是引起杂种花粉不育的最主效位点

万建民研究团队首先在全基因组层面系统鉴定了引起籼稻和粳稻杂种花粉不育的位点，并对其中一个位于第12号染色体上最主效的位点进行了遗传分析，发现该位点由紧密连锁的两个基因组成。这两个基因可以分别比喻为“破坏者”和“守卫者”，“破坏者”对所有花粉产生伤害作用、引起花粉的败育，“守护者”具有阻止“破坏者”伤害的作用，因此那些遗传了该基因的花粉，因受到保护能正常发育。

研究团队同时还分析了这对基因在水稻中的起源及其分布。万建民透露，“破坏者”和“守护者”这对基因在最开始的祖先野生稻中并不存在，最后在亚洲栽培稻的祖先——普通野生稻中进化出，后在经人类驯化过程中仅被一部分籼稻农家种继承，而粳稻农家种可能因为地缘不同没有继承这一功能类型。

由于这对基因在水稻种间或亚种间的分布不均一，因此它们相互杂交产生花粉不育是一个普遍现象。利用该研究的发现，可以通过分子标记辅助选择等手段规避花粉败育问题，从而推进水稻亚种间超强优势利用和高产品种的培育。

该研究还发现，现代水稻育种无意中将这对基因从籼稻引入粳稻后，其在粳稻种群中快速扩散，进一步说明了这对基因的“基因驱动”特性。利用这一特性，可以将优良基因（如优质、高抗、耐逆）与这对基因串联，“驱动”这些优良基因在后代群体中快速传播和纯合，从而大大缩短育种时间，提高育种效率。这一发现也为分子设计育种提供了新思路。