美国当地时间6月8日，国际顶级学术杂志《Science》（《科学》）发表了杂交水稻家族的遗传故事。杂交水稻家族中，“父”“母”的优秀DNA并不会平均地遗传给每一个“孩子”，于是，在下一代生长中，出现了不孕不育。发现杂交水稻不孕不育基因秘密的，是南京农业大学万建民院士团队。“杂交水稻中有两个紧挨的基因，它们俩是好邻居，也容易出问题；这两个基因如果解决了，未来，杂交水稻的产量将大幅度增加。”论文第一作者、南京农业大学农学院博士后余晓文告诉记者。

△赵志刚（左）和余晓文在实验室研究水稻

　　啥？水稻也会不孕不育

　　6月6日是芒种，也是插秧季。“后天，我们就到试验田去插秧了。”南京农业大学理科楼负一楼的实验室内，杂交水稻秧苗像宝宝一样被精心呵护着，再过一两天，这些秧苗，将被插进水田。然后，南农的“爸爸”们密切关注它们的每一个生长小细节，什么时候长个子、开花、结果……

　　“从上世纪80年代开始，水稻家族中一直有3个难题困扰着农学家们。”论文第一作者、南京农业大学农学院教授赵志刚介绍说，3个难题关乎人们的口粮问题，分别是：晚熟、倒伏、不孕不育。所谓晚熟，就是水稻的生长周期超长。本来江苏一带的水稻9月灌浆，10月底收割，但晚熟的水稻却一直不见动静，错过了最佳时期，造成产量不高。而倒伏则是水稻个头太高，风一大，雨一大，就趴在田里，很多果实掉在田间，也造成收割不易。不孕不育，则是水稻开花结空果。饱满的果实沉甸甸的，整个秆子都弯弯的；而空果则很轻，水稻秆子都直的。

　　“在水稻家族中，有两次革命，一次是水稻矮化，矮化后的水稻，抗倒伏能力变强；另一次是杂交，提高产量，让口感变得更好。”赵志刚说。

　　在农学界，水稻的杂交有多种方式：籼稻与籼稻、粳稻与粳稻、籼稻与粳稻。但同时，籼稻和粳稻杂交最大的问题便是不孕不育：花粉不育、小穗结实率低、子粒不饱满……

△赵志刚在实验室研究水稻

　　9年，把花粉叶子在显微镜下细细观察

　　籼稻和粳稻杂交为何会不孕不育？这是万建民院士团队的研究课题之一。

　　“9年前，我入学的第一件事就是插秧，到收割的时候，原本以为会是大丰收，但到田间一看发现，很多稻穗是空的。当时心里说不出的难过。”余晓文是85后，出生在农村，第一次看到那么多的空壳，难过之余，激发了做杂交不育研究的决心。

　　从2009年开始，余晓文跟着导师一起泡在田间地头和实验室里。江宁土桥的试验田里，余晓文把杂交稻视作宝宝，观察它们的每一个生长小细节。“每年8月，天最热，也是水稻开花的季节。我们会把试验田里含苞待放的花骨朵全部采集回实验室，同时，每株水稻采集一片叶子。”水稻的花是白色的，比芝麻还小，采集的时候要固定一下才行，而且水稻花期一般只有一周左右，时间很紧。

　　采集到实验室后，花粉被放在试管中，放在显微镜下观察。“别小看了花和叶，它们都有DNA密码。”余晓文说，他每天都要观察两三百个样本。天天看下来，有时候眼睛都是花的。

　　9年的时间，也让余晓文从博士变成了博士后。“博士读了8年，都是为了研究这个课题。”可能在别人眼里，不是下田，就是在实验室，枯燥又无聊，但余晓文告诉记者，很值得。

△余晓文在实验室研究水稻

　　破解，不育原因是水稻的“自私基因”

　　“杂交稻不孕不育，是‘自私基因’在作祟。”余晓文说。

　　“我们研究发现，水稻DNA中有两个‘邻居’毒蛋白ORF2和解毒蛋白ORF3。杂交水稻在发育过程中，毒蛋白会产生毒害，让花粉死掉；而解毒蛋白，则会把毒害分解，让花粉正常发育。如果一株花粉中，同时具有毒蛋白和解毒蛋白，那么，就不会出现不孕不育的现象。可惜的是，杂交水稻中，一半花粉正常，一半花粉死亡。”余晓文告诉记者。

　　杂交水稻的这种遗传方式，也挑战了孟德尔遗传定律。孟德尔遗传定律认为，遗传是1.2:1，而杂交水稻则是1:1的概率。在毒蛋白和解毒蛋白两个基因中，解毒蛋白无疑是“自私”的一方，并不是每一个花粉中都有，而选择性地出现在某些花粉中，确保它可育，非常“自私”。

　　对于余晓文他们的这一研究发现，《Science》资深编辑劳拉·赞恩评价，“自私遗传”系统构成了进化策略的基础，促进了生殖隔离的形成。

　　余晓文说，发现了不育症结，找到了导致不育的毒蛋白和解毒蛋白后，就可以通过基因编码，优先培养优质杂交稻。一种方法是把毒蛋白敲掉，让花粉正常发育；另外一种是，在不含解毒蛋白的花粉中导入解毒蛋白，让花粉正常发育。

　　（来源：现代快报 编辑/钱薇）