我国科学家锁定野生稻多年生“开关”基因,揭示驯化为一年生的关键机制

问题—— 栽培稻是全球最重要的粮食作物之一,但通常为一年生植物,抽穗结实后植株逐渐衰老。相比之下,普通野生稻在自然环境中多表现为多年生,能够通过匍匐生长在结实后继续萌发新植株。野生稻如何在驯化过程中演化为一年生栽培稻,一直是水稻起源与改良研究的关键科学问题,同时也与多年生化育种、降低生产成本和提高生态效益等实际需求密切对应的。 原因—— 研究团队对446份野生稻资源进行了系统表型分析,发现部分材料在种子成熟后并未死亡,而是通过节间腋芽不断产生新侧枝,枝条落地生根后形成新株,表现出类似无性繁殖的持续生长特性。为解析其遗传机制,研究人员利用多年生东乡野生稻与一年生籼稻杂交构建遗传群体,通过正向遗传学和精细定位技术,最终克隆出关键基因EBT1。该基因由两个串联排列的微小RNA基因MIR156B和MIR156C组成。miR156通常被视为植物发育的“年龄开关”,在幼苗期高表达,随生长逐渐降低,促进植物从营养生长转向生殖生长。研究发现,野生稻中EBT1位点在开花后能在分蘖节腋芽中重新激活,使腋芽“重置”发育程序,恢复营养生长能力并持续分蘖,从而形成多年生特性。继续分析表明,这种“重启”与EBT1位点的表观修饰状态密切相关。群体遗传证据显示,该区域在驯化过程中受到人工选择影响,可能导致多年生性状相关遗传变异被削弱或丢失。 影响—— 这项研究从分子层面揭示了水稻生活史演化的关键机制,为理解驯化如何重塑作物性状提供了新证据。在育种领域,若能通过调控多年生相关位点同时保证产量和品质,有望减少翻耕、育秧和移栽等环节的投入,提高资源利用效率。此外,延长植株存活期和根系持续生长还能增强农田生态稳定性。在“双碳”背景下,多年生水稻的持续生物量积累和土壤碳输入也具有潜在生态价值。研究团队将EBT1与已知的匍匐生长相关基因PROG1、TIG1结合,成功培育出具有野生稻“野草状”特性的材料,在海南田间试验中可存活至少两年,表明多年生性状具备进一步改良和应用的潜力。 对策—— 业内专家指出,多年生化育种并非简单延长生长期,而是需要与高产、抗逆、抗病虫及机械化收获等目标共同推进。下一步需在不同生态区开展系统评估:一是明确多年生性状对产量构成、成熟一致性、抗倒伏和抗病性的影响;二是基于miR156调控网络及其表观机制,建立精准育种策略,避免过度匍匐或无限分蘖带来的管理风险;三是加强野生稻种质资源和基因资源的保护、鉴定与共享,为长期育种研究提供支撑。此外,再生稻生产对“头季收获后再生力”的需求与该研究方向高度契合,可在现有产业基础上加快技术验证与应用。 前景—— 随着基因编辑、分子设计育种及多组学技术的发展,利用EBT1等关键位点精准改良水稻生活史成为可能。未来若能培育出适应主产区气候、产量与品质媲美一年生栽培稻且适合机械化的多年生或半多年生水稻品种,将为降低生产成本、缓解劳动力短缺和提升抗灾能力提供新选择。然而,多年生材料在不同气候带的适应性、病虫害累积风险以及对轮作制度的影响仍需长期系统评估。

从野生稻的顽强生命力到栽培稻的高产特性,这场跨越万年的驯化历程仍在继续。EBT1的发现不仅揭示了自然进化与人工选择的博弈机制,也为保障粮食安全背景下的作物育种开辟了新思路。这项研究提醒我们:在现代农业追求高效产出的同时,重新挖掘野生资源的潜在价值,或许能为可持续发展提供更多生物智慧。