中国科学院遗传与发育生物学研究所研究人员对玉米杂交不亲合性进行了合作研究，克隆并解析了控制单向杂交不亲和的雄性因子ZmGa1P。相关研究成果于9月10日在线发表于英国《自然》杂志子刊《自然通讯》（Nature Communications）。中国科学院遗传与发育生物学研究所副研究员赵丽（青促会会员）和副研究员张保才（青促会会员）分别为论文的共同通讯作者和共同第一作者。

亲和性是物种进化和形成的生物学基础，决定和平衡着地球上植物种群的多样性和稳定性。解析控制植物种间和种内亲和性的分子机制一直是植物学研究的热点方向。玉米是典型的异花授粉作物，通常其自交和杂交均能正常结实。然而自然界中一些玉米材料不能接受外来花粉而授精结实，这种现象被称为单向杂交不亲和性 (UnilateralCross-Incompatibility, UCI)。由于UCI影响了配子的传递方向，人们将控制这一现象的基因称为GametophyteFactor (Ga)。第一个玉米单向杂交不亲和位点（Ga1）最早由Correns于1902年发现，是玉米单向杂交不亲和性最彻底的位点之一，随后陆续发现了多个控制玉米杂交不亲和现象的位点，但尚未有任何基因被克隆，更遑论机理研究。

中国科学院遗传与发育生物学研究所陈化榜研究组与周奕华研究组和薛勇彪研究组合作研究，探明并提出了以Ga1位点malefactor和femalefactor的遗传规律为基础的双因子遗传模型，成功克隆了控制玉米单向杂交不亲和现象的基因ZmGa1P，并对其进行了机理探究。该研究应用玉米同质群体22000个单株对Ga1位点male factor进行遗传定位，结合近千份玉米自交系的表型和基因型数据的关联分析结果，以及对Ga1-S型自交系BAC文库的筛选测序，最终克隆了Ga1位点的male基因ZmGa1P，并通过了转基因功能验证。该基因在Ga1-S和Ga1-M型玉米自交系的花药中表达，编码果胶甲酯酶（Pectin methylesterase, PME）。通过大量的生化和细胞学研究，发现ZmGa1P位于花粉管顶端，与另一个花粉管特异表达的PME蛋白互作，共同维持花粉管正常的甲酯化修饰程度，以保障花粉管在Ga1-S型花丝中的正常伸长，并最终受精结实。

在应用方面，通过多年的育种实践，此研究利用Ga1位点育成了我国首个杂交不亲和糯玉米，实现了玉米不亲和现象的无隔离生产。该位点也为实现玉米无隔离杂交种制种、特用玉米与普通玉米以及转基因和非转基因玉米的生殖隔离创造了条件。在理论方面，不同于之前发现的植物种间和种内不亲和性由核酸酶介导的降解途径决定，该研究首次发现玉米中的不亲和性是由调控花粉管生长的PME复合体控制，该机制也可能普遍存在于单子叶植物中。因此，这项成果具有重要的理论创新和应用前景。该研究工作得到了农业部、科技部、国家自然科学基金委和中科院青促会等项目资助。

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DOI:10.1038/s41467-018-06139-8.