栽培稻是全球最重要的一年生粮食作物之一,但它的祖先普通野生稻却是多年生、匍匐生长的野草状植物。在水稻驯化过程中,野生稻如何逐渐演化为一年生的栽培稻,一直是未解之谜。中国科学院分子植物科学卓越创新中心在世界上首次找到解谜的钥匙:野生稻多年生生长基因EBT1的突变,是导致水稻由多年生“长寿”植物变为一年生“短命”植物的导火索。近日相关研究成果在《科学》杂志发表。
在446份野生稻样本中,中国科学院分子植物科学卓越创新中心主任、中国科学院院士韩斌团队发现,部分样本在种子成熟后并未衰老死亡,节间腋芽处竟持续萌发出新的侧枝,此后这些分枝不断延伸、持续生长,落地后会生根并发育成为新的植株。“这个现象很有趣,植株在开花后出现了发育程序的逆转,从开花结果的阶段重返营养生长期,从而实现生理学年龄的重置,呈现出无性繁殖的多年生习性。”中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员王佳伟说,随着研究的深入,关键的EBT1基因被定位。
进一步的分析显示,这个关键基因由两个串联排列的微小RNA基因组成,其中一个RNA基因对应着植物的“年龄开关”,能够调控植物的发育进程。但在栽培稻中,这个“开关”从开花结种到衰老,一直未被激活。
“我们分析推测,人类祖先在水稻驯化过程中,主要追求快速生长、高产、优质等性状,在不经意间导致了‘长寿基因’的丢失。”韩斌表示,栽培稻单季产量更高,但栽培成本随之增加。目前,研究团队已基于这一发现,成功创制能够在田间存活至少两年的“类野生稻”。
让水稻恢复多年生的能力,就有可能在条件适合的地方,实现水稻仅播种一次即可多季收获,每年能自行生长、无需耕田犁地重复播种。这不仅能节约劳动力,水土流失也会减缓。 本报记者 刘苏雅