文章信息
文章题目：A natural gene drive system confers reproductive isolation in rice
期刊：Cell
发表时间：2023年7月26日
主要内容：万建民院士领衔的中国农业科学院和南京农业大学的科研团队，在Cell杂志上发表了文章A natural gene drive system confers reproductive isolation in rice，该研究系统鉴定了引起籼稻和粳稻杂种花粉不育的位点，并对其中一个最主效的位点进行了基因克隆和遗传、分子机制的深入解析，解开了水稻生殖隔离之谜，同时揭示了基因的演化规律以及其在不同水稻种质资源之间的分布，为利用亚种间杂种优势培育高产品种提供了理论和技术支撑。
原文链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00730-4
使用TransGen产品：
Trans1-T1 Phage Resistant Chemically Competent Cell (CD501)
Transetta(DE3) Chemically Competent Cell (CD801)
研究背景
作物杂种优势利用是大幅提高粮食产量的重要途径。水稻分为籼稻和粳稻两个亚种，我国北方多种植粳稻，南方多种植籼稻。上世纪七十年代以来，袁隆平先生研发的杂交水稻主要是利用籼稻亚种内的杂种优势，实现了水稻大幅增产，带来第二次“绿色革命”，为我国乃至世界粮食安全做出了突出贡献。一般来说，品种间亲缘关系越远，杂交优势越明显。如果籼稻和粳稻亚种间能育成超级杂交稻，据预测，可以比现有杂交水稻增产15%以上，因此如何利用亚种间的超强优势一直受到育种家的关注。然而，籼稻和粳稻之间存在严重的生殖隔离，其杂交种常表现出杂种不育现象，是阻碍杂种优势利用的最大障碍之一。
文章概述
首先，研究团队在全基因组层面分析鉴定了引起籼稻和粳稻杂种花粉不育的主效位点，然后对位于第12号染色体上的一个效应最大的位点进行了后续研究。遗传分析发现该位点由紧密连锁的两个基因组成，可以分别比喻为“破坏者”和“守卫者”。“破坏者”对所有花粉产生伤害作用，引起花粉的败育；而“守卫者”阻止“破坏者”的伤害作用，因此那些遗传了该基因的花粉，因受到保护能正常发育。在世代繁衍过程中，当携带和不携带这对基因的水稻植株进行杂交时，在得到的杂交植株中，凡是不携带这对基因的花粉都不能正常发育，反之，凡是发育正常的花粉都携带这对基因，随着世代的增加，含有该对基因的后代个体会逐渐增加，最终占主导地位，这种遗传效应被称之为“基因驱动”。
进一步的生化研究发现，“破坏者”是通过与细胞中能量工厂线粒体的一个核心功能蛋白互作，干扰线粒体的产能功能，花粉因缺能而最终败育；而“守卫者”能与“破坏者”直接互作，阻止其进入产能工厂，从而解除破坏作用。“守卫者”还进一步将“破坏者”押送到一种叫做自噬体的细胞器中进行降解，从而彻底消灭“破坏者”，使花粉的发育不受任何影响。可以这样说，该研究从分子层面阐明了水稻杂种不育的机理，实现了该领域的突破。
随后，研究人员分析了这对基因在水稻中的起源及其分布。研究表明这对基因在最开始的祖先野生稻中并不存在，随后产生无功能的类型，最后在亚洲栽培稻的祖先-普通野生稻中分别进化出“破坏者”和“守卫者”功能。在野生稻中形成之后，经过人类的驯化，这种有功能的类型仅被一部分籼稻农家种继承，而粳稻农家种可能因为地缘不同没有继承这一功能类型。由于这对基因在水稻种间或亚种间的分布不均一，因此它们相互杂交产生花粉不育是一普遍现象。利用该研究的发现，可以通过分子标记辅助选择等手段规避花粉败育问题，从而推进水稻亚种间超强优势利用和高产品种的培育。
综上，现代水稻育种无意中将这对基因从籼稻引入粳稻后，其在粳稻种群中快速扩散，进一步说明了这对基因的“基因驱动”特性。利用这一特性，可以将优良基因（如优质、高抗、耐逆）与这对基因串联，“驱动”这些优良基因在后代群体中快速传播和纯合，从而大大缩短育种时间，提高育种效率。
全式金产品支撑
优质的试剂是科学研究的利器。全式金的克隆感受态细胞Trans1-T1 Phage Resistant Chemically Competent Cell (CD501)和表达感受态细胞Transetta(DE3) Chemically Competent Cell (CD801)助力本研究。
Trans1-T1 Phage Resistant Chemically Competent Cell (CD501)
本产品经特殊工艺制作，可用于DNA的化学转化。使用pUC19质粒DNA检测，转化效率高达109 cfu/μg DNA以上。自上市以来多次荣登Cell、Nature等知名期刊，助力科学研究。
产品特点：
● 生长速度最快，氨苄青霉素平板上，8-9 小时可见克隆。
● 用于蓝、白斑筛选，12 小时可见蓝斑。
● 将过夜培养的单克隆在2 ml的LB培养基中培养4-5小时即可进行小量质粒提取。
● 适用于高效的DNA 克隆和质粒扩增，减少克隆DNA同源重组的发生，提高质粒DNA的产量和质量。
● 具有T1，T5噬菌体抗性。
Transetta(DE3) Chemically Competent Cell (CD801)
本产品采用进口菌株，特殊工艺制作，可用于DNA的化学转化。细胞具有氯霉素(Camr )抗性。使用pUC19质粒DNA检测，转化效率可达107 cfu/µg DNA。因其表达效率高、产品性能稳定特点多次荣登Nature、Cell、Science期刊。
产品特点：
● 该菌株是携带氯霉素抗性质粒BL21的衍生菌，补充大肠杆菌缺乏的6种稀有密码子（AUA， AGG， AGA，CUA， CCC， GGA）对应的tRNA，提高外源基因，尤其是真核基因在原核系统中的表达水平。
● 表达效率高、产品性能稳定。
全式金产品再一次登上Cell期刊，证明了大家对全式金产品品质和实力的认可，也完美诠释了全式金一直以来秉承的“品质高于一切，精品服务客户”的理念。全式金始终在助力科研的道路上砥砺前行，希望未来能与更多的科研工作者并肩奋斗，用更多更好的产品持续助力科研。
使用Transetta(DE3) Chemically Competent Cell (CD801)产品发表的部分文章：
• Qi Y, Ding Li, Zhang S W, et al. A plant immune protein enables broad antitumor response by rescuing microRNA deficiency[J]. Cell, 2022.
• Wu M, Xu G, Han C, et al. lncRNA SLERT controls phase separation of FC/DFCs to facilitate Pol I transcription[J]. Science, 2021.
• Yao H P, Song Y T, Chen Y, et al. Molecular architecture of the SARS-CoV-2 virus[J]. Cell, 2020.
• Wang L, Wang B, Yu H, et al. Transcriptional regulation of strigolactone signalling in Arabidopsis[J]. Nature, 2020.
• Guo C J, Ma X K, Xing Y H, et al. Distinct processing of lncRNAs contributes to non-conserved functions in stem cells[J]. Cell, 2020.
• Liu C X, Li X, Nan F, et al. Structure and degradation of circular RNAs regulate PKR activation in innate immunity[J]. Cell, 2019.
• Xue J H, Chen G D, Hao F H, et al. A vitamin-C-derived DNA modification catalysed by an algal TET homologue[J]. Nature, 2019.
使用Trans1-T1 Phage Resistant Chemically Competent Cell (CD501)产品发表的部分文章：
• Shan L, Xu G, Yao R W, et al. Nucleolar URB1 ensures 3' ETS rRNA removal to prevent exosome surveillance[J]. Nature, 2023.
• Lei Z, Meng H, Liu L, et al. Mitochondrial base editor induces substantial nuclear off-target mutations[J]. Nature, 2022.
• Zhang Q, Zhang X, Zhu Y, et al. Recognition of cyclic dinucleotides and folates by human SLC19A1[J]. Nature, 2022.
• Zhang Q X, Zhang X Y, Zhu Y L, et al. Recognition of cyclic dinucleotides and folates by human SLC19A1[J]. Nature, 2022.
• Xia J X, Guo Z J, Yang Z Z, et al. Whitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plant toxins[J]. Cell, 2021.
• Guo C J, Ma X K, Xing Y H, et al. Distinct Processing of lncRNAs Contributes to Non-conserved Functions in Stem Cells[J]. Cell, 2020.
