中国科学家已识别出一种基因屏障，这种屏障使得非洲水稻与亚洲水稻品种难以杂交——这一发现可能为培育高产杂交品种奠定基础。

虽然亚洲和非洲栽培水稻品种各有优势，但杂交后代往往出现花粉不育和产量低的问题。

一个研究团队现已识别出三个充当繁殖屏障的基因，同时也找到了一条可能绕过该问题的途径。

官方媒体《中国科学报》上周五报道称：“这一发现为打破水稻种间生殖隔离、培育新型超高产杂交水稻品种提供了重要的理论基础和宝贵的基因资源。”

该研究的一位作者告诉该报，这种亚洲-非洲杂交“与现有亚洲杂交水稻品种相比，产量可能提高10%以上”。

这项研究由南京农业大学作物遗传与种质创新利用全国重点实验室万建民教授团队完成，于8月28日发表在同行评审期刊《科学》上。

在稻属的24个物种中，非洲水稻和亚洲水稻是仅有的两种被驯化为人类食物的物种。亚洲水稻产量高、食味品质优良，是全球主粮。

而非洲水稻产量普遍较低，但具有其他宝贵特性，包括耐高温、耐干旱、耐贫瘠土壤，以及对多种病虫害的天然抗性。

科学家希望将两者杂交，从而培育出兼具高产和更强抗逆性的新品种。

经过多年研究，中国团队发现了一个位于水稻某条染色体上的种间杂交生殖屏障。

当两个物种杂交时，一个名为RHS3的基因组区域会使约一半的第一代花粉粒败育，而其余花粉粒则正常发育。

他们鉴定出这一过程背后的三个基因，并将其命名为“矛”“盾”“甲”（即spear、shield和armour）。

非洲栽培水稻拥有完整的“矛-盾-甲”系统，而亚洲栽培水稻只有“甲”基因。

团队发现，在杂交后代中，花粉粒获得不同的基因组合。大约一半花粉粒继承了完整的三基因系统并正常发育，另一半只继承了“甲”基因，发生败育而死亡。

该论文共同第一作者、南京农业大学博士生何晓东表示，“矛”编码的蛋白质（正式名称为ORF10）会损伤为水稻细胞供能的线粒体，导致花粉死亡。

然而，“盾”蛋白（ORF16）能与“矛”结合，中和其毒性，而“甲”基因（ORF4）则与“盾”协同作用，将中和后的“矛”送至细胞“回收中心”。

关键在于，研究团队发现了一种与两个品种都广泛兼容的种质资源，能有效阻止“矛”的活性。

当与亚洲水稻和非洲水稻杂交时，这足以在很大程度上克服育性下降的问题。

不过，团队也承认，他们的研究仅为培育新杂交种提供了理论基础，还需要进一步工作来创制合适的农业材料，并解决籽粒品质和抗病虫害等问题。

中国的水稻产量已位居世界前列——约为每公顷7.2吨（每亩约960斤）——但仍在大力投资旨在提高作物产量的研究，以加强粮食安全。

近期进展包括《Vita》期刊上的一项研究，该研究介绍了一种新型杂交水稻品种，其克隆效率接近99%，农民可以重新种植收获的种子，而不会丧失该品种的高产和其他优良性状。

与此同时，一种名为“京麦189”的杂交小麦品种在塔克拉玛干沙漠的试验中，产量据称达到全国平均产量的近两倍。