秈稻（廣陸矮4號）和粳稻（臺中65）雜交F1表現出嚴重的雜種不育現象，嚴重限制了秈稻和粳稻雜種優勢的利用
作物雜種優勢利用是大幅提高糧食產量的重要途徑。20世紀70年代以來，袁隆平先生研發的雜交水稻，主要就是利用秈稻亞種內的雜種優勢實現水稻大幅增產，從而帶來第二次“綠色革命”，為我國乃至世界糧食安全做出了突出貢獻。
一般來說，品種間親緣關系越遠，雜交優勢越明顯。水稻分為秈稻和粳稻兩個亞種，我國北方多種植粳稻，南方多種植秈稻。秈稻和粳稻亞種間雜交稻具有更大的增產潛力，據預測可比現有雜交水稻增產15%以上，但目前它們之間存在嚴重的生殖隔離，帶來的花粉不育、小穗結實率低、籽粒不飽滿等“雜種不育”現象，嚴重阻礙了這一雜種優勢的利用。
萬建民院士領銜，中國農科院作物科學研究所和南京農業大學的科研團隊合作，歷時13年，系統鑒定了引起秈稻和粳稻雜種花粉不育的位點，解開水稻生殖隔離之謎，同時揭示了基因的演化規律以及其在不同水稻種質資源之間的分布。
該研究首次從分子層面闡明水稻雜種不育的機理，實現了該領域里程碑式的突破，為利用亞種間雜種優勢培育高產品種提供了理論和技術支撐。7月26日，相關研究成果發表在國際著名期刊《細胞（Cell）》上。
該研究團隊先是在全基因組層面分析鑒定了引起秈稻和粳稻雜種花粉不育的主效位點，然后對位于第12號染色體上的一個效應最大的位點進行后續研究。遺傳分析發現該位點由緊密連鎖的兩個基因組成，可以分別比喻為“破壞者”和“守衛者”。
“破壞者”對所有花粉產生傷害作用，引起花粉的敗育；而“守衛者”阻止“破壞者”的傷害作用，讓那些遺傳了該基因的花粉因受到保護能正常發育。在世代繁衍過程中，當攜帶和不攜帶這對基因的水稻植株進行雜交時，在得到的雜交植株中，凡是不攜帶這對基因的花粉都不能正常發育，反之，凡是發育正常的花粉都攜帶這對基因，隨著世代的增加，含有該對基因的后代個體會逐漸增加，最終占主導地位，這種遺傳效應被稱為“基因驅動”。
進一步的生化研究發現，“破壞者”是通過與細胞中能量工廠線粒體的一個核心功能蛋白互作，干擾線粒體的產能功能，花粉因缺能而最終敗育；而“守衛者”能與“破壞者”直接互作，阻止其進入產能工廠，從而解除破壞作用。“守衛者”還進一步將“破壞者”押送到一種叫做自噬體的細胞器中進行降解，從而徹底消滅“破壞者”，使花粉的發育不受任何影響。
據介紹，“破壞者”和“守衛者”這對基因在最開始的祖先野生稻中并不存在，隨后產生無功能的類型，最后在亞洲栽培稻的祖先——普通野生稻中進化出“破壞者”和“守衛者”功能。
在野生稻中形成之后，經過人類的馴化，這種有功能的類型僅被一部分秈稻農家種繼承，而粳稻農家種可能因為地緣不同沒有繼承這一功能類型。由于這對基因在水稻種間或亞種間的分布不均一，因此它們相互雜交產生花粉不育是一個普遍現象。利用該研究的發現，可以通過分子標記輔助選擇等手段規避花粉敗育問題，從而推進水稻亞種間超強優勢利用和高產品種的培育。
該研究還發現，現代水稻育種無意中將這對基因從秈稻引入粳稻后，其在粳稻種群中快速擴散，進一步說明了這對基因的“基因驅動”特性。利用這一特性，可以將優良基因（如優質、高抗、耐逆）與這對基因串聯，“驅動”這些優良基因在后代群體中快速傳播和純合，從而大大縮短育種時間，提高育種效率。
