上海科学家破解水稻"长寿密码" 多年生栽培稻有望实现"一种多收"

问题——长期以来,人们在生产上普遍接受“水稻一年一熟、一季一生”的生物学特性:栽培稻从播种到成熟收获后植株衰老,下一季需重新整地、育秧、栽插。

与之形成对照的是部分多年生野生稻,能在结实后再次萌发生长,表现出多年生存与无性繁殖能力。

如何解释这种差异、能否将多年生特性用于现代育种,是作物学与农业可持续发展面临的重要科学与应用问题。

原因——北京时间3月20日凌晨,中国科学院分子植物科学卓越创新中心、植物性状形成与塑造全国重点实验室韩斌院士团队与植物高效碳汇重点实验室王佳伟研究员团队在国际学术期刊《科学》以封面论文形式发表最新成果。

研究首次克隆并鉴定了决定多年生野生稻多年生生习性的关键基因座EBT1(由两个串联排列的微小RNA基因MIR156B与MIR156C组成)。

研究表明,EBT1在多年生野生稻的籽粒成熟后会出现再次激活的表达特征,促使植株重新长叶、分枝分蘖并形成新生根系,使其能够完成从开花结实到再生长的循环;而在栽培稻中,EBT1相关表达模式未发生上述“再启动”,植株随成熟进入衰老并终止生长。

进一步分析显示,该基因区域在水稻驯化过程中受到人工选择,提示栽培化进程中对产量性状、株型紧凑等目标的偏好,可能伴随削弱或丢失了多年生再生能力。

影响——该发现为解释“栽培稻为何一年生、野生稻何以多年生”提供了关键分子依据,也为构建新型水稻生产方式带来想象空间。

若能在适宜生态区实现多年生水稻稳定生产,有望减少年年翻耕与育插秧环节,降低劳动力投入与种子成本,同时减少土壤扰动带来的水土流失与碳排放压力,在保障粮食安全的同时提升农业生态效益。

研究团队还在材料创制方面取得进展:在EBT1基础上,结合已知与匍匐生长相关的PROG1、TIG1基因,构建出可复现部分野生稻形态特征的“类野生稻”植株,并在海南田间持续生长超过两年,为多年生性状的稳定表达与田间适应性评估提供了实证材料。

对策——业内人士指出,从关键基因发现到大田品种应用仍需系统推进:其一,要在不同遗传背景中验证EBT1调控与再生能力的可重复性,并兼顾产量、抗倒伏、抗病虫等综合农艺性状;其二,要建立多年生栽培配套技术体系,包括越冬(或越旱)管理、分季收获制度、病虫草害综合防控与轮作衔接,避免多年生化带来的病虫基数累积风险;其三,要围绕品质与加工特性开展评估,确保“可再生”与“好吃、好加工”同步达标。

研究人员表示,从理论上看,多年生相关基因的引入不必然改变口感品质,但仍需在多点多季试验中形成数据支撑。

前景——从生态适宜性看,多年生水稻更可能优先在长江以南的温暖地区探索推广,冬季较暖或具备越冬条件的区域更具优势。

研究团队判断,若后续育种与农艺配套进展顺利,距离形成具备规模化潜力的材料与品系仍需一定时间窗口。

面向未来,多年生水稻有望与节水灌溉、保护性耕作、低碳农业等理念相结合,成为提升稻作体系韧性与资源利用效率的重要方向之一。

这项源自基础研究的重大突破,生动诠释了"把论文写在祖国大地上"的科研理念。

在全球气候变化和耕地资源紧张的背景下,多年生作物育种代表着农业可持续发展的新方向。

中国科学家在水稻关键基因研究领域的这一里程碑式发现,不仅为保障国家粮食安全提供了新方案,更展现出生物技术在解决人类共同挑战中的巨大潜力。