白色玉米为单向杂交不亲和新品种，未见与邻近黄色玉米“串粉”现象。受访者供图
玉米是很多粗粮爱好者的心头好。细心的“吃货”会发现，市面上的“纯种”玉米单价更高。
和小麦、水稻的自花授粉不同，作为三大主粮之一的玉米，虽然“雌雄同株”，但却是典型的异花授粉作物，这使得大田里的玉米往往因为“串粉”而难以保持其“纯种”特性。为了生产卖相和口感更好的纯种玉米，不得不采取时间或空间等隔离措施，给生产带来了困难，增加了成本。
神奇的是，自然界中也有一些“自私”的玉米类型，其花粉可以外传，但却不接受外来的花粉。这一天然存在的生物学隔离屏障，为纯种玉米生产和制种提供了全新的无隔离解决方案。
科学家早在多年前就发现了玉米间的这种“单向杂交不亲和性”(UCI)。但由于其遗传机制的复杂性，加之不同玉米类型之间基因组结构的差异，控制这一现象的基因克隆、机理研究进展极为缓慢，举步维艰，堪称“世纪难题”。
中国科学院遗传与发育生物学研究所陈化榜研究团队经过十多年不懈努力，在玉米单向杂交不亲和领域再次取得突破，揭开了玉米UCI的神秘面纱，系统阐述了其分子机理，并培育出我国首个单向杂交不亲和的鲜食玉米新组合，相关成果4月15日发表于《自然—通讯》。
“优秀”、“重要”，这是三位审稿人不约而同给出的评价。
破解世纪之谜
年，德国植物学家科伦斯在研究甜玉米突变基因su的后代时，发现了一种非孟德尔遗传现象——单亲遗传的极端形式。当该基因材料跟其它材料杂交后，它的后代会出现本文开头所描述的仅扩大自身基因，而排斥外来花粉的“自私”现象。
“物种亲不亲和，决定和平衡着地球上植物种群的多样性和稳定性。”陈化榜说，不亲和性是玉米、水稻、高粱等各类物种保持自身特性的一个重要机制。但在自然变异和人类驯化过程中，一些物种或其亚种之间的不亲和基因会逐渐丢失，相互交流遗传物质，使得植物拥有种群的多样性和人们所需要的性状。
由于UCI影响了花粉配子的传递方向，人们最早将控制这一现象的基因称之为配子体基因（Ga）。科伦斯发现的第一个UCI位点被命名为Ga1，是单向杂交不亲和性最彻底的位点之一。
长期以来，人们都认为UCI是由雄配子——花粉的行为主导，而忽略了雌配子的角色。直到年，研究人员才逐渐意识到雌配子也参与其中。
尽管如此，关于UCI的遗传规律却一直并未揭开。
通过对大规模群体的遗传分析，年陈化榜团队揭示了Ga1位点后雌雄决定因子共同作用的模式。“实际上有一对决定因子，雌配子体形成一个‘盾’阻止外来的雄配子花粉，但它自己的花粉又产生一个‘矛’可以穿透自己的‘盾’。”他比喻说，现在他们发现另一个基因位点Ga2也通过这种机制控制UCI的现象。
“其实，Ga1和Ga2都是个‘老基因’，它们的雌雄决定因子都编码果胶甲酯酶（PME），在果酱、沙司、果粒等水果制品加入它能够提高硬度、改善黏度和口感，并影响细胞壁的组成和结构。”陈化榜表示，但此前从未报道过它与作物的不亲和性有关。
新研究发现了老基因的新功能，表明PME可调控花粉管细胞壁中果胶的甲酯化水平，不亲和花粉管顶端的甲酯化果胶含量较亲和性的玉米更高。
由于UCI材料普遍来自爆裂玉米和祖先大刍草，与普通玉米基因组序列存在较大差异，其杂合子同源染色体配对程度较差，染色体之间重组较少，极大增加了UCI位点的精细定位和图位克隆的难度。自玉米的UCI现象发现一个世纪多来，一直无法克隆出UCI位点的关键基因。
为应对这一难题，团队构建了UCI材料的细菌人工染色体数据文库(BAC)，并借助全基因组关联分析和基因组转录数据的从头拼接，率先图位克隆了相关雌、雄决定因子，并通过基因互补和过表达转基因等手段验证了其功能。
“玉米配子体不亲和性的决定因子一直是近年来
