水稻作为全球最重要的粮食作物,其生活史的演化历程长期困扰科学界。
我们日常食用的栽培稻属于一年生植物,完成生长周期后即告枯死,而其野生祖先普通野生稻却能匍匐生长、多年存活。
这一物种特征的转变机制究竟如何发生,一直是未解之谜。
日前,中国科学院院士韩斌和研究员王佳伟率领的联合团队通过系统研究,成功破解了这一科学难题。
研究团队对446份野生稻资源进行了深入分析,发现某些野生稻植株具有独特的生理特征。
这些植株在结完种子后并不会衰老死亡,反而在茎秆节间的腋芽处萌发新的侧枝,并落地生根,实现了从生殖生长向营养生长的转变,进而通过无性繁殖实现多年生存。
这种"返老还童"现象的背后,隐藏着关键的遗传学密码。
通过精细的遗传学研究,研究团队利用多年生东乡野生稻与一年生栽培稻进行杂交,采用图位克隆技术逐步缩小包围圈,最终成功定位并克隆到决定多年生特性的关键基因,命名为EBT1。
该基因由两个微小RNA基因串联组成,这两个微小RNA基因如同植物的"年龄开关",通常在植株长大、开花后就会关闭,推动生命走向衰老。
而在多年生野生稻中,这个"开关"在开花后会在腋芽处被重新打开,使植株"忘记"年龄,重新进入生长状态,不断萌发新枝。
群体遗传变异分析进一步揭示了该基因在水稻驯化过程中的命运。
该基因区域受到了强烈的人工选择,这意味着在古代农业文明中,人类在追求高产、株型紧凑等符合生产需求的性状时,可能在无意中"丢弃"了野生稻中控制多年生习性的基因,导致栽培稻逐渐演变为一年生植物。
基于这一重要发现,研究团队进一步拓展了应用前景。
他们通过将EBT1与另外两个已知的匍匐生长基因相结合,成功创制出能重现野生稻强大无性繁殖能力的"类野生稻"植株。
在海南的田间试验中,这种新材料至少存活了两年,展现出良好的生命力。
这为未来培育"一次种植、多次收割"的多年生水稻品种奠定了坚实基础。
这项研究的完成是一次跨学科协作的成功范例。
韩斌团队作为水稻遗传学领域的资深力量,掌握丰富的全球野生稻资源,擅长从海量遗传材料中锁定关键基因;王佳伟团队则是植物发育生物学领域的专家,致力于揭示植物如何感知年龄、如何决定开花衰老。
两个团队的有机结合,使得基础研究与应用转化得以有效对接,充分体现了现代科学研究中学科融合的重要价值。
从野生稻到栽培稻,人类用万年时间完成了作物的驯化;从一年生到多年生,科学家正用智慧重塑作物的未来。
这项突破不仅揭示了自然演化的奥秘,更展现了科技赋能农业潜力。
在保障粮食安全的征程上,中国科学家再次用创新证明:解开自然的密码,就能打开丰收的大门。