破解水稻从多年生到一年生驯化之谜 我国科学家克隆关键基因EBT1并创制类野生稻材料

问题——一年生栽培稻从何而来 栽培稻是全球最重要的粮食作物之一,长期以来以“一年一种、收获即止”的生长周期适应了传统耕作制度。但与之形成鲜明对照的是,水稻的祖先普通野生稻往往呈多年生、匍匐生长特性,可通过无性方式持续更新、跨年存活。野生稻为何驯化过程中逐步“变成”一年生栽培稻,是水稻遗传改良与进化研究中的关键科学问题之一,也关系到能否突破现有品种对种子更新与耕作投入的依赖。 原因——驯化选择与关键基因“流失”叠加 中国科学院分子植物科学卓越创新中心韩斌院士团队与王佳伟研究员团队历时多年攻关,通过对446份野生稻资源开展系统表型评估,结合多年生东乡野生稻材料与一年生栽培籼稻的杂交与遗传解析,构建染色体替换系并开展正向遗传学研究。团队采用精细图位克隆策略,最终定位并克隆出决定野生稻多年生生活习性的关键基因EBT1。 研究表明,在人类驯化与育种过程中,围绕高产、株型紧凑、便于田间管理与同步成熟等目标的持续选择,可能在不经意间削弱或淘汰了与匍匐生长、跨年存活有关的遗传基础,使栽培稻更趋向一年生生活史策略。该解释为“驯化如何重塑作物生命周期”提供了清晰的遗传学证据链条,也从侧面揭示高产目标与多年生性状之间可能存在的权衡关系。 影响——为“多年收、少投入”的育种方向提供支点 围绕EBT1的功能解析不仅回答了进化之问,更为育种打开新窗口。研究团队深入将EBT1与已知两个水稻匍匐相关基因进行聚合,创制出能够复现野生稻野草表型的“类野生稻”植株。该材料表现出较强无性繁殖能力,并在海南田间条件下可存活至少两年,显示出向多年生化改良迈进的可行路径。 从生产意义看,多年生或具更强再生能力的水稻材料,潜在价值在于减少播种与育秧等环节成本,降低耕作扰动与劳动力投入,并有望在部分生态脆弱地区减轻水土流失压力。在“双季稻、再生稻”等多熟制生产场景中,相关基因资源也可能为提高留茬再生能力、稳定再生穗产量与改善抗逆性提供新工具。不过,多年生性状如何与高产、抗倒伏、抗病虫和米质等核心指标协同提升,仍需在育种实践中进一步平衡优化。 对策——加快从基因发现到品种应用的系统集成 业内人士认为,将基础研究成果转化为可推广的生产力,需要建立从基因资源挖掘、分子设计育种到多点试验评价的全链条推进机制。一是加强关键基因与农艺性状互作关系研究,明确多年生性状对分蘖、穗型、灌浆、成熟一致性等的影响边界,形成可操作的选育指标体系。二是围绕不同生态区和种植制度开展材料创制与区域试验,重点评估多年生化材料在越冬(或越旱)、宿根再生、病虫害累积风险与田间管理成本诸上的综合表现。三是推动种质资源保护与共享,扩大野生稻资源的系统鉴定与利用,提升我国在作物生命周期改良方向的原创优势与育种主动权。 前景——服务粮食安全与绿色农业的长期布局 随着分子育种与生物技术发展,作物改良正从单一产量导向走向“高产、优质、绿色、韧性”的综合目标。EBT1的发现与利用,为探索水稻生活史策略的定向改造提供了关键切入点。未来,若能在保持稳产高产基础上实现更强再生能力或一定程度的多年生化,将有望在劳动力结构变化、极端气候增多以及资源环境约束趋紧的背景下,为稻作生产提供更具适应性的技术储备。,相关研究也将推动人们深化对作物驯化规律的理解,为其他作物的多年生化探索提供借鉴。

从揭示自然规律到服务粮食安全,这项研究说明了基础科研与农业应用的紧密衔接。在气候变化与人口增长的双重压力下——挖掘野生种质资源的潜力——可能为作物育种带来新的突破。对EBT1基因的发现及其应用探索,不仅加深了对作物生命周期演化机制的认识,也为面向未来的稻作改良提供了新的思路与工具。