近日，中国水稻研究所研究员王克剑在水稻遗传重组研究领域取得重要进展，研究成果首次实现了在农作物中提高遗传重组频率的目标，对于打破水稻不良遗传连锁、提高育种效率具有重要的理论意义和应用价值。这也是水稻所承担的浙江省自然科学基金重点项目“水稻重组与联会基因的分离及功能研究”取得的重要成果。
水稻是世界上最重要的农作物之一，全球大约有一半的人口以稻米作为主食，同时也是世界上种植面积最大的作物，其种植面积曾达1.54亿公顷，占耕地面积的11%。随着全球人口的日益增长，预计2050年全球人口将达到89亿，这就意味着到2050年粮食产量要提高50%，才能适应世界人口的增长速度。
在中国，水稻的种植面积约占粮食总播种面积和总产的24%和40%，稻米则是我国65%以上人口的主食。在当前人口急剧增长，耕地面积逐年减少的情况下，培育更加优质高产多抗的新品种是维持粮食安全的重要保障。
“回顾水稻育种历史，水稻育种经历了两次大幅度的飞跃。”王克剑介绍说，第一次是上世纪60年代以矮秆品种“IR8”为代表的矮化育种，克服了传统高秆品种易倒伏的缺点，极大地提高了水稻的产量，掀起了第一次“绿色革命”；水稻的第二次飞跃则是上世纪70年代以杂种优势利用为代表的三系杂交水稻的研究成功和大面积推广，使水稻单产在矮化育种的基础上又提高了20%。
但在这两次飞跃以后，水稻育种整体处于一种徘徊不前的局面，从本世纪开始，科学家一直在想方设法突破育种瓶颈，让水稻育种实现第三次飞跃。
传统作物育种主要依赖于育种家对不同品种间的广泛杂交以及对后代分离群体的大规模的筛选。而后代分离群体的变异程度主要取决于亲本遗传信息间发生遗传重组的频率(次数)。遗传重组频率越高，产生的后代群体变异程度就越高，这意味着可供育种家选择的变异群体就越丰富、品种选育的时间也越短。但是在水稻等作物内部，遗传重组发生的频率非常有限，而且很多位置很少甚至从未发生过遗传重组。所以，虽然育种家们每年都进行着大量的杂交，但是最终得到的变异群体非常有限，育成一个优秀的品种通常需要十几年甚至几十年的时间。因此，提高遗传重组频率，进而打破育种瓶颈一直是育种家们追求的目标。
联会复合体是在真核生物减数分裂期在同源染色体之间形成的复杂蛋白结构。在多个模式生物中的研究表明，该结构蛋白的完全突变会导致遗传重组频率的降低。
王克剑研究团队通过对水稻联会复合体的弱等位突变体研究表明，联会复合体蛋白的部分突变可以将遗传重组频率平均提高至野生型中的1.8倍左右，其中在重组频率较低位置的提高幅度甚至可达4倍以上。与此同时，在突变体中遗传干涉的强度与野生型相比也显著降低。
“这表明水稻联会复合体这一组分在突变后可显著提高重组频率。”王克剑解释说，通过研究联会复合体在遗传重组过程中的作用，明确遗传重组与联会复合体间的相互关系，同时将筛选遗传重组频率显著提高的植株并探索其在育种应用中的潜力。“这项研究结果将大大加速水稻育种的进程。另外，由于联会复合体蛋白在不同农作物中高度保守，所以该研究成果对其他作物的育种研究同样具有重要的借鉴意义。”
通讯员 张吉 俞振伟 本报记者 金乐平
