经过10年攻关，华南农业大学科研人员成功克隆了在三系杂交稻中广泛应用的野败型细胞质雄性不育基因，并阐明了其不育发生的分子机制。相关论文《水稻线粒体与细胞核有害互作产生细胞质雄性不育》已于近日在线发表于国际顶级遗传学杂志《自然·遗传学》。

该研究由亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室副主任刘耀光研究员领导，其指导的博士研究生罗荡平为第一作者。研究成果有助于更有针对性地控制作物育性，进一步利用杂种优势提高产量。

细胞质雄性不育（cytoplasmic male sterility, CMS）及其恢复性是植物中广泛存在的遗传现象，反映了物种进化过程中细胞质和细胞核基因组的协同进化与相互作用。CMS系是作物杂种优势利用最重要的遗传材料。我国杂交水稻育种由袁隆平院士于1964年启动。1970年代初，袁隆平及其助手李必湖等在海南三亚发现花粉败育的野生稻及其不育细胞质（称为野败型CMS-WA），为杂交稻雄性不育系的选育打开了突破口。随后，在袁隆平团队和全国多个育种单位的共同努力下，利用该野败型CMS材料和其它种质资源育成了一批不育系、保持系和恢复系杂交稻组合，宣告我国三系杂交水稻培育成功，为全球粮食安全作出了重要贡献。

“尽管野败型CMS在杂交稻育种中如此重要，但其分子遗传基础此前并不清楚。”刘耀光介绍，杂交水稻育种是应用研究，其成功依赖于特定的遗传资源，即不育基因和育性恢复基因。袁隆平课题组发现的雄性不育野生稻遗传资源含有CMS基因，但此前只知道利用该材料育成不育系，却不清楚其不育的成因。

“我们的研究成果，就是发现CMS基因，并阐明不育产生的分子机制。”刘耀光说，在科技部重大基础研究计划（973）和国家自然科学基金的支持下，华农课题组从2002年开始这项工作，历时十年磨一剑。

该成果首次阐明了植物CMS系统通过线粒体不育基因和核基因的互作控制核质不亲和性（雄性不育）的分子机理，有别于前人提出的能量代谢缺陷导致CMS的假说。研究首次证明，除了CMS育性恢复涉及核质基因互作，CMS发生本身也是核质基因互作的结果，是名副其实的“核质互作不育”，其他植物CMS系统也可能具有类似的分子机制。

刘耀光指出，该成果对研究生物种核质基因协调进化与相互作用、生殖隔离形成以及物种分化的分子机理具有重大科学意义。同时，对植物分子遗传学、育种学、细胞发育生物学等学科的发展有促进作用，对水稻杂交育种和杂种优势的深入利用具有重要的理论指导价值。例如，可使杂交稻育种更有针对性和预见性，提高育种效率，并使不育系和恢复系在杂交稻育种中的相互利用更具预见性。