问题——一年一种的水稻能否“多年常青” 水稻是我国乃至全球最重要的口粮作物之一,现有主栽栽培稻多为一年生:播种、抽穗、成熟、收获后植株衰老。
与之形成对比的是,水稻的祖先之一普通野生稻在自然环境中可表现多年生特性,具备更强的再生能力与环境适应性。
如何把野生稻的“多年生潜能”引入高产栽培稻,实现一次栽培、连续收获,长期以来是植物发育与作物育种领域的重要科学问题与产业诉求。
原因——“年龄开关”如何被重启 据介绍,科研团队以多年生东乡野生稻材料W1943与一年生栽培稻材料进行杂交,并持续追踪后代关键性状的遗传变化,最终定位并克隆到一个决定多年生生长的重要基因座,命名为EBT1(“无尽的分枝与分蘖”之意)。
研究显示,EBT1基因座并非传统意义上的蛋白编码基因,而是由两个microRNA基因MIR156B与MIR156C串联组成。
MIR156被认为是植物发育的“年龄开关”:在幼苗期表达较高,有利于维持营养生长;随植株成熟表达逐步降低,推动植株转向生殖生长并最终衰老。
值得关注的是,研究发现野生稻中的相关microRNA在开花后能在分蘖节腋芽等部位再次被激活,实现类似“发育年龄重置”的效应,使植株在完成一次生殖生长后仍可回到营养生长状态并持续分蘖再生,从而呈现多年生特征。
这一机制性认识,为解释野生稻多年生习性提供了关键分子线索。
影响——为多年生水稻育种打开新窗口 多年生粮食作物被认为具有降低耕作频次、减少用工与种子投入、提高资源利用效率等潜在优势。
此次发现的意义在于:一方面,明确了多年生性状的重要遗传基础,使“多年生水稻”从经验性选择走向可追踪、可设计的分子育种;另一方面,该基因座与分蘖再生直接相关,为改良再生稻提供了新的靶点,有望在一定条件下增强头季收获后的再生能力与产量稳定性。
研究团队进一步将EBT1与已知影响匍匐生长的基因PROG1、TIG1进行聚合,获得能够复现野生稻部分表型的“类野生稻”材料,并在田间实现了可存活两年的个体。
相关结果表明,通过常规杂交及性状聚合,将野生稻型EBT1等位基因导入栽培稻遗传背景具有可行性,也为后续将多年生特性与高产、优质、抗逆等农艺性状协调统一提供了材料基础。
对策——从实验室走向田间仍需系统攻关 业内人士指出,多年生水稻的育成与推广不能只看“能活多久”,更要看“能否稳产优质、是否便于管理、能否适应不同生态区”。
要把关键基因发现转化为现实生产力,还需在多方面形成合力: 其一,持续开展遗传改良与性状平衡。
多年生性状往往与生殖生长、产量形成存在资源分配上的矛盾,需要在“控制营养生长的同时保证生殖生长”,实现可重复循环、可持续结实的理想状态。
其二,强化多点多年多季的田间验证。
多年生材料必须接受不同温光条件、土壤类型、病虫草害压力下的稳定性检验,明确其越冬能力、再生强度、产量波动与品质表现。
其三,完善配套栽培与植保技术体系。
多年生或强再生材料可能改变田间生态结构,对病虫害累积、杂草治理、耕作制度、轮作安排等提出新要求,需要同步研究相匹配的管理方案。
其四,推动种质资源保护与利用。
野生稻是重要的基因宝库,应在严格保护的前提下,加强种质鉴定、功能基因挖掘与育种利用,形成从资源到品种的转化通道。
前景——从“关键基因”到“关键品种”仍有距离但方向明确 综合来看,EBT1的发现与克隆,使多年生水稻育种获得了更清晰的分子抓手。
未来若能将多年生或多年再生能力与高产稳产、抗逆抗病、适宜机收等关键农艺性状相结合,并在不同稻作区形成可复制的栽培模式,“一次栽培、连续收获”有望在特定区域、特定制度下逐步走向应用。
同时,这一成果也为其他作物的多年生化研究提供了可借鉴的思路,即围绕发育“年龄调控”寻找突破口,为建设资源节约型农业、提升农业韧性提供科技支撑。
从"春种秋收"到"一种多收",这项研究不仅展现了野生种质资源的宝贵价值,更体现了基础研究对农业变革的推动作用。
在耕地资源日益紧张的今天,科技创新正为端牢"中国饭碗"提供新的可能。
未来,随着更多农业关键技术的突破,传统农耕方式或将迎来深刻变革,为全球粮食安全贡献中国智慧。