7月21日，中国农业科学院水稻研究所王克剑团队成功挖掘出水稻内源“华胥”基因，并据此构建了克隆效率超99%的Fix8无融合生殖体系，由此培育出一系法杂交水稻实证性品种“一系1号”。该品种在保持克隆效率超99%的同时，结实率亦保持正常。这标志着一系法杂交水稻成功实现了关键指标的跨越式突破，向着“固定杂种优势”的终极目标迈出了关键一步。相关研究成果发表在《生命（Vita）》上。
杂交水稻为保障我国乃至全球粮食安全作出了重要贡献，但当前大面积推广应用的三系法和两系法杂交水稻因后代遗传分离，每年须依赖不育系与恢复系进行制种，技术门槛高、生产风险大，制种成本是常规水稻的10倍以上，且遇到极端气候极易产生缺种风险，严重制约了杂交水稻在更大范围内推广应用。目前，中国杂交水稻占水稻种植面积的50%左右，而在国外市场杂交水稻种植面积仅占5%左右，其巨大的增产潜力远未得到释放。
袁隆平院士于1986年提出“从三系法到两系法，最终到一系法”的战略构想，但国内外水稻专家经过30多年的科研探索，均未找到一系法的实现路径。2017年，王克剑团队成功构建首个杂交水稻无融合生殖体系，获得世界首粒杂交稻克隆种子，实现了“从0到1”的突破。其核心是采用无融合生殖策略固定杂种优势，使杂交后代自我繁殖产生基因不变的克隆种子，实现“一次杂交，代代可用”。2019年文章发表后，袁隆平院士第一时间给予高度评价：“这个工作证明了杂交稻进行无融合生殖的可行性，是无融合生殖研究领域的重大突破。”他同时勉励团队：“早日将一系法杂交水稻应用到生产中”。
我国对杂交稻生产纯度的最低要求为97%，常规稻不低于99%。业界普遍认为：一系法杂交稻若像常规稻一样自我繁育，克隆效率必须稳定达到或接近100%，同时保持正常的结实率和产量。此外，前期研究证明，克隆效率与种子育性之间存在着明显的拮抗关系——高克隆效率的株系往往伴随结实率大幅下降。这迫切要求挖掘出适用范围更广、诱导效率更高的水稻内源诱导因子。
又经过9年的持续攻关，该团队取得重大突破，成功挖掘出影响克隆效率的水稻关键节点内源基因，并命名为“华胥”。该基因在精细胞特异表达。“华胥”源自中国古代神话，被尊为中华始祖母的“华胥氏”。据《山海经》郭璞注：“华胥履大迹生伏羲。”《春秋世谱》亦载：“华胥生男名伏羲，生女名女娲。”这一无须父本参与而孕育生命的传说，恰与孤雌生殖的非双亲遗传发育机制相呼应。
研究表明，在杂交水稻卵细胞中异位表达华胥基因，能高效诱导孤雌生殖、产生单倍体后代。进一步与MiMe克隆配子相结合，所创制的Fix8株系均实现超99%的克隆效率。多个杂交稻品种在不同世代、不同种植群体和田间大群体条件下，克隆效率仍稳定维持在99%以上，稳定满足产业化杂交稻种子97%的纯度标准。同时，研究人员通过筛选和优化内源启动子表达量，升级获得了Fix8_Plus2一系杂交稻（实证性品种名：一系1号）。“一系1号”的大部分株系在保持克隆效率超99%的同时，产量与正常水平持平。这意味着一系法杂交水稻的两大核心要求——稳定近100%的克隆效率和正常结实率——现已全部实现。这标志着一系法杂交水稻成功跨越了里程碑指标，向着“固定杂种优势”的终极目标迈出了关键一步，具有重大生产实践意义，是科研创新与产业创新深度融合的结晶。
崖州湾国家实验室主任李家洋院士评价：“这是一系法杂交水稻研究领域具有里程碑意义的突破。一系法最核心的科学障碍已被扫清。袁隆平先生40年前的一系法战略构想终于从蓝图变为现实。”
该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家水稻产业技术体系和中国农业科学院科技创新工程等项目支持。
来源丨水稻所
