【科研论文科普解读】

  作为全球最重要的一年生粮食作物，水稻的培育和改良始终关系着粮食安全。人们日常食用的栽培稻，是一年生的粮食作物，但它的祖先普通野生稻却是一种多年生、匍匐生长的野草状植物。数千年驯化过程中，野生稻如何逐渐演化为一年生栽培稻？这一困扰学界多年的谜题，如今被中国科学家成功破解。

文章封面图

  3月20日，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的研究成果，以封面形式登上国际权威学术期刊《科学》。该研究首次克隆了决定野生稻多年生生活习性的关键基因EBT1，并阐明了该基因座位表达模式的改变是水稻在驯化过程中由多年生向一年生转变的关键。

  野生稻为何能多年生，栽培稻却“一岁一枯荣”？

  “春种一粒粟，秋收万颗子”，我们熟悉的栽培稻从播种、生长、开花到结实，走完一个生命周期便会衰老死亡，每年都需重新播种。但鲜为人知的是，它的祖先普通野生稻，却是一种能“长生不老”的野草状植物。

  为揭开这一差异的根源，研究团队首先对446份野生稻资源开展了系统的表型考查。他们发现，与一年生栽培稻不同，部分野生稻在种子成熟后并不会走向衰亡，其节间腋芽会持续萌发出新的侧枝，这些侧枝不断延伸、持续生长，落地生根，进而发育成新的植株，实现无性繁殖。

  “这种现象本质上是‘成花逆转’，植株在开花结果后，发育程序发生逆转，重新回到营养生长阶段，这正是野生稻能够多年生的核心秘密。”研究团队成员介绍，这一独特习性让野生稻得以在自然环境中持续繁衍，而栽培稻却在驯化过程中失去了这一能力，这也成为学界长期以来的研究盲区。

  发现水稻多年生生长基因——EBT1基因

  找到决定野生稻多年生习性的关键基因，成为破解谜题的核心。研究团队以多年生东乡野生稻W1943与一年生栽培稻籼稻广陆矮四号杂交，构建染色体替换系，通过正向遗传学研究和精细的图位克隆技术，最终定位并克隆出这一关键基因，将其命名为EBT1，意为“无尽的分枝与分蘖”。

MIR156BC的重置介导了水稻从一年生向营养生长型多年生的转变

  深入研究发现，EBT1基因座位由两个串联排列的微小RNA基因——MIR156B和MIR156C组成。而miR156素有植物“年龄开关”之称，经典理论认为，它在植物幼苗期高表达，随着植株生长逐渐降低，推动植物从营养生长向生殖生长转变。

  令人意外的是，野生稻的MIR156B和MIR156C基因，在遵循“随年龄递减”表达模式的同时，会在开花后分蘖节的腋芽中重新被激活。“这种表达状态的‘重置’，让腋芽重新获得营养生长能力，不断萌发新分蘖，从而实现多年生生长。”王佳伟解释，这一独特的重启现象，与野生稻EBT1基因座位的表观修饰状态密切相关。

  基因组遗传变异分析显示，EBT1基因区域在水稻驯化过程中受到人工选择。这意味着，人类祖先在水稻驯化过程中，主要追求一年生栽培稻能够快速在地上生长，并比多年生野生稻产出更多籽粒，不经意间“丢弃”了野生稻的长寿基因，让水稻从“多年生野草”变成了“一年生作物”。

  创制“多年生水稻”成为可能

  破解谜题的同时，研究团队也实现了技术突破。他们将EBT1基因与已知的两个水稻匍匐基因PROG1和TIG1聚合，成功创制出能够复现野生稻野草表型的“类野生稻”植株。该植株具有强大的无性繁殖能力，在海南田间环境中可以存活至少两年，为多年生水稻培育奠定了基础。

  “如果能在目前一年生栽培稻的基础上，添加多年生的能力，就有可能在条件适合的地方，实现水稻播种一次，每年能自行生长、无需耕田犁地重复播种和多季收获的目的，农民将节省劳力，水土流失也会减缓。”韩斌院士表示，如此将能大幅节省播种、耕地等劳动投入和生产成本，对保障粮食安全和推动农业可持续发展具有重要意义。

合作团队在讨论课题进展情况

  据了解，该成果由分子植物科学卓越创新中心韩斌院士与王佳伟研究员两个团队深度合作而来，韩斌团队长期深耕于水稻遗传学与基因组学研究，拥有丰富的野生稻资源和强大的正向遗传学研究平台；王佳伟团队则在植物发育生物学，特别是植物年龄、再生和多年生领域具有深厚的积累。两个团队打破学科壁垒，优势互补、共享资源、互通思路，从现象发现到基因克隆，再到机制解析，最终完成了从“定位基因”到“读懂机制”的完整科学故事。（光明网记者宋雅娟）