利用杂种优势提高水稻产量，是保障粮食安全的关键路径。杂交稻的成功充分展现了杂种优势利用的育种价值，但当前种内杂种增产潜力已接近上限。为突破产量瓶颈，挖掘利用亚洲稻与非洲稻的种间杂种优势成为杂交稻育种的必然选择。然而，亚非稻种间存在严重的杂种不育障碍，导致杂种育性显著下降，产量优势无法体现。因此，破解亚非稻杂种不育的分子机制，是实现种间杂种优势利用的关键。2017年，华南农业大学陈乐天/刘耀光教授团队率先克隆了首个亚非稻种间杂种不育位点S1（Xie et al, 2017），并系统阐明了其分子机理（Xie et al, 2019）。
近日，华南农业大学农学院、广东省高等学校未来作物精准育种基础研究卓越中心、广东省岭南现代农业重点实验室的陈乐天/谢勇尧/刘耀光研究团队又在国际权威期刊Nature Communications（影响因子18.1）在线发表了题为“Alternatively spliced killer–protector system confers S19-mediated hybrid male sterility in rice”，揭示了一种由可变剪切调节杀手–保护者系统、控制S19座位介导杂种不育的分子机理 (Tang et al, 2026)，这是该领域分子克隆的第2个控制种间杂种不育的遗传位点。
S19是导致亚洲栽培稻（Oryza sativa）与非洲栽培稻（Oryza glaberrima）种间杂种不育的一个主效位点。研究团队通过图位克隆方法，在非洲稻成功分离出S19位点的两个紧密连锁的基因——S19A1和S19A7，它们共同构成一个杀手–保护者模块。其中，杀手基因S19A1经可变剪接产生两个转录本（S19A1.1和S19A1.2），分别编码靶向线粒体的细胞毒性蛋白，二者对体细胞和/或配子细胞的毒性存在差异。然而，S19A7能分别与S19A1.1和S19A1.2相互作用，有效阻断其细胞毒性效应，而发挥保护者功能。由于亚洲稻的S19等位基因缺失S19A1和S19A7，在亚非稻杂种F1中，携带亚洲稻等位基因的雄配子被选择性地败育。单倍型分析表明，功能性S19等位基因在非AA基因组的水稻物种中不存在，而是在O. barthii–O. glaberrima谱系中通过多步进化逐步形成的。该研究揭示了亚洲稻与非洲稻杂交不育的遗传机制，并为水稻种间杂种优势的应用提供了重要的遗传学理论指导和生物技术策略。
S19座位介导亚非稻杂种雄性不育的杀手–保护模型
农学院博士后汤金涛和已毕业博士王慧娜为该论文的共同第一作者，陈乐天教授、谢勇尧研究员和刘耀光院士为共同通讯作者，中国农业大学朱作峰教授参与合作。该研究获得国家自然科学基金、广东省种业振兴项目和广东省基础与应用基础研究基金等资助。
相关论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-74581-0
相关文献：
1. Xie Y, Xu P, Huang J, Ma S, Xie X, Tao D, Chen L*, Liu Y-G*. (2017) Interspecific hybrid sterility in rice is mediated by OgTPR1 at the S1 locus encoding a peptidase-like protein. Molecular Plant. 10, 1137-1140.
2. Xie Y#, Tang J#, Xie X, Li X, Huang J, Fei Y, Han J, Chen S, Tang H, Zhao X, Tao D, Xu P, Liu Y-G, Chen L*, 2019, An asymmetric allelic interaction drives allele transmission bias in interspecific rice hybrids, Nature Communications, 10, 2501.
3. Tang J#, Wang H #, Feng Y, Li SM, Liu R, Zhang Z, Chen S, Li SC, Xie X, Li H, Zhu Z, Liu Y-G*, Xie Y*, Chen L* (2026) Alternatively spliced killer–protector system confers S19-mediated hybrid male sterility in rice. Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-026-74581-0.
文图/农学院
