11月14日，我校亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、生命科學(xué)學(xué)院陳樂天/謝勇堯課題組在Nature Communications（影響因子16.6）在線發(fā)表了題為Copy number variation of the restorer Rf4 underlies human selection of three-line hybrid rice breeding的研究論文。該論文闡明了Rf4座位在稻屬起源、進(jìn)化和拷貝數(shù)變異的規(guī)律，揭示了三系雜交稻應(yīng)用過程中，CMS-WA/Rf4系統(tǒng)人工選育的分子基礎(chǔ)，為培育強(qiáng)恢復(fù)系提供了新思路，為我國(guó)雜交稻的可持續(xù)發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。

水稻細(xì)胞質(zhì)雄性不育系和恢復(fù)系是實(shí)現(xiàn)三系雜交稻的重要遺傳資源。Rf4是由我校劉耀光院士和陳樂天教授于2014年率先克隆的野敗型細(xì)胞質(zhì)雄性不育（CMS-WA）主效恢復(fù)基因，但Rf4在稻屬中的演化規(guī)律以及CMS-WA/Rf系統(tǒng)的選育基礎(chǔ)仍不清楚。陳樂天/謝勇堯課題組在后續(xù)研究中，發(fā)現(xiàn)Rf4座位存在拷貝數(shù)和序列變異。于是，進(jìn)一步系統(tǒng)分析了720份水稻材料，其中栽培稻311份，農(nóng)家種168份，野生稻241份，共鑒定出69種Rf4單倍型，從而總結(jié)出Rf4座位序列變異和拷貝數(shù)變異的規(guī)律；揭示Rf4座位在稻屬進(jìn)化過程中，在自然選擇和人工選擇作用下，Rf4座位新形成的單倍型逐漸遷移到O. rufipogon、O. nivara和O. sativa譜系，其中8種單倍型（H1-H8）最終被富集在現(xiàn)代栽培稻中。通過比較恢復(fù)基因Rf4與不育基因WA352c的進(jìn)化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在野生稻中Rf4座位起源早于WA352c；并還原了雜交稻育種50年來，CMS-WA/Rf4系統(tǒng)人工選擇的分子基礎(chǔ)和選擇路徑。

研究還通過構(gòu)建了不同拷貝數(shù)的敲除和互補(bǔ)材料，證實(shí)隨著Rf4的拷貝數(shù)增加，不育基因WA352c的表達(dá)量隨之降低，花粉育性和小穗結(jié)實(shí)率逐漸升高，表明Rf4拷貝數(shù)對(duì)CMS-WA的育性恢復(fù)具有劑量效應(yīng)。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，攜帶雙拷貝功能性Rf4的單倍型（Rf4a^M-Rf4b^M，H1）三系品種在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的種植面積占主導(dǎo)地位（64%），遠(yuǎn)高于攜帶單拷貝Rf4（Rf4b^M，H6；Rf4a^I-rf4b，H7和rf4a-Rf4b^M，H8）單倍型品種的種植面積（36%），表明育性強(qiáng)恢復(fù)能力是育種家選擇優(yōu)良恢復(fù)系的重要標(biāo)準(zhǔn)。

博士后趙哲和博士生丁智為該論文的共同第一作者，陳樂天教授和謝勇堯教授為共同通訊作者，劉耀光院士對(duì)該研究給予了指導(dǎo)。該研究得到了廣東省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新十大主攻方向“揭榜掛帥”項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和廣東省杰出青年項(xiàng)目等資助。

文圖/亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、生命科學(xué)學(xué)院 趙秀彩