驴马杂交生下骡子，而骡子无生育能力。这种生殖隔离现象使得亲缘关系接近的类群之间不杂交或杂交不育。近日，华中农业大学张启发院士课题组成功揭示了水稻籼粳亚种间生殖隔离的机理，相关论文在美国《科学》杂志发表。

一直以来，水稻杂交都是在籼稻之间或粳稻之间进行。虽然籼粳亚种间的杂种优势要远大于籼粳亚种内的优势，但由于生殖隔离法则，籼粳稻亚种间杂种育性下降，结实率很低。

上世纪80年代初，日本提出S5基因（广亲和基因）可能是控制水稻籼粳杂种不育性状、导致广亲和现象的主效基因位点。张启发课题组与多家单位合作，于2008年成功克隆了S5位点的5号基因。然而令人困惑的是，仅5号基因的作用无法解释该位点引起杂种不育的机理。

而此次新研究表明，在S5位点还存在与5号基因紧密连锁的两个基因，分别是3号和4号基因，它们与5号基因协同作用控制杂种不育及广亲和现象。

论文第一作者之一、博士生杨江义介绍，在籼稻中，3号和5号基因有功能，4号基因没有功能；而粳稻则相反，4号基因有功能，3号和5号没有功能。

“它们之间相互组合并分别发挥‘矛—盾’的作用。”杨江义形象地比喻说，有功能的5号与4号基因一起，构成“矛”；而有功能的3号基因则行使“盾”的作用，在水稻的“卵子”形成过程中，“矛”可以杀死卵子，“盾”则起到保护的作用。籼型卵子由于“盾”的保护，正常存活，粳型卵子由于没有“盾”的保护而死亡。最终，籼粳杂种表现为半不育。广亲和品种因为没有杀卵子的功能，所以与籼粳稻均能产生正常可育杂种。

由于4号基因和5号基因组合产生了生殖隔离，使籼粳稻分化，而广亲和品种的存在则给籼粳亚种间基因交流提供了桥梁，保障了稻种的整体性，由此形成了多样性与整体性的统一。

“现在我们才发现S5是多基因控制的结果。”张启发认为，该进展不仅从分子水平对S5的作用机理进行了较完善的阐述，“更重要的是，发现了生殖隔离中的‘矛—盾’体系广泛存在于自然界中，是一个非常重要的自然法则。”