中新網(wǎng)北京3月20日電 (記者 孫自法)民以食為天。作為占據(jù)糧食作物“半壁江山”的水稻，其相關(guān)研究進展及成果應用，長期以來在全球廣受關(guān)注。

　　來自中國科學院的最新消息說，中國科學家歷時多年持續(xù)研究，首次發(fā)現(xiàn)、定位并克隆了決定野生稻多年生習性的關(guān)鍵基因(俗稱“長壽”基因)，不僅揭開水稻馴化過程中“長壽”基因為何丟失等未解之謎，也讓創(chuàng)制“多年生水稻”成為可能，助力“禾下乘涼夢”成真。

　　這項為水稻品種多年生化改良及再生稻育種提供重要理論依據(jù)和基因資源的重要研究成果，由中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心韓斌院士團隊、王佳偉研究員團隊合作完成，北京時間3月20日凌晨，相關(guān)論文以封面文章在國際學術(shù)期刊《科學》(Science)上線發(fā)表。

　　定位并克隆“長壽”基因

　　韓斌院士介紹說，栽培稻是全球最重要的一年生糧食作物之一，其祖先普通野生稻卻是一種多年生、匍匐生長的野草狀植物。在水稻馴化過程中，多年生的野生稻如何逐漸演化為一年生的栽培稻一直是未解之謎。

　　為破解謎團，研究團隊首先對446份野生稻資源進行系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)部分野生稻材料與一年生栽培稻不同，其植株在種子成熟后并未衰老死亡，而是在節(jié)間腋芽處持續(xù)萌發(fā)出新的側(cè)枝。這些分枝會不斷延伸，持續(xù)生長，落地后會生根并發(fā)育成為新的植株，以野草狀表型和“成花逆轉(zhuǎn)”現(xiàn)象(即開花后出現(xiàn)發(fā)育程序的逆轉(zhuǎn)，重新返回營養(yǎng)生長期)，呈現(xiàn)出一種無性繁殖的多年生生活習性。

　　為找到其決定性的“長壽”基因，研究團隊以多年生東鄉(xiāng)野生稻W(wǎng)1943與一年生栽培稻秈稻廣陸矮四號雜交，構(gòu)建染色體替換系、開展遺傳學研究。他們利用精細的圖位克隆技術(shù)，最終定位并克隆出該“長壽”基因，命名為EBT1，寓意為“無盡的分枝與分蘗”。

　　EBT1基因突變是導火索

　　王佳偉研究員指出，進一步研究發(fā)現(xiàn)，EBT1基因座位由兩個串聯(lián)排列的微小RNA(miRNA156)基因(MIR156B和MIR156C)組成。

　　作為植物的“年齡開關(guān)”，miR156基因調(diào)控著植物的發(fā)育進程，經(jīng)典理論認為，miR156在幼苗期高表達，隨著植物年齡的增長，其表達量逐漸降低，從而推動植物由營養(yǎng)生長向生殖生長的轉(zhuǎn)變。本項研究卻發(fā)現(xiàn)，盡管野生稻MIR156B和MIR156C也遵循類似“隨年齡遞減”的傳統(tǒng)表達模式，但它們會在開花后分蘗節(jié)的腋芽中重新被激活。

　　深入分析發(fā)現(xiàn)，EBT1基因的突變是導致水稻由多年生“長壽”植物變?yōu)橐荒晟岸堂敝参锏膶Щ鹚?。多年生野生稻長壽的秘密在于發(fā)育程序的逆轉(zhuǎn)，即可以從生殖生長(開花結(jié)果)逆轉(zhuǎn)為營養(yǎng)生長(長莖、分枝和葉片)，從而實現(xiàn)生理學年齡的重置。

　　至于水稻“長壽”基因的丟失之謎，研究團隊開展的野生稻和栽培稻群體基因組遺傳變異分析顯示，EBT1基因區(qū)域在水稻馴化過程中受到人工選擇，這意味著人類祖先在水稻馴化過程中，主要追求一年生栽培稻能夠株型緊湊、快速生長，并比多年生野生稻產(chǎn)出更多籽粒(高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì))，可能在不經(jīng)意間“丟棄”了野生稻的多年生“長壽”基因。

　　成功創(chuàng)制出“類野生稻”

　　王佳偉稱，人類把多年生野生稻馴化成一年生栽培稻，提高了水稻單季產(chǎn)量，但也增加了栽培成本。如果能在目前一年生栽培稻的基礎上，添加多年生的能力，就有可能在條件適合的地方，實現(xiàn)水稻一次播種、多季收獲，既能節(jié)省勞力成本，也會減緩水土流失。

　　在最新發(fā)表“兩個串聯(lián)miRNA156基因的重置賦予水稻多年生特性”論文的研究中，中國團隊將“長壽”基因EBT1與已知兩個水稻匍匐基因PROG1和TIG1聚合，成功創(chuàng)制出“類野生稻”植株。截至目前的實驗研究表明，該聚合材料具有強大的無性繁殖能力，“類野生稻”在海南田間環(huán)境中可以存活至少兩年。

　　這一突破也表明，通過雜交育種將野生稻型EBT1等位基因?qū)朐耘嗟颈尘?，有望將多年生生長特性重新引入高產(chǎn)栽培稻，為“多年生水稻”育種和“一種多收”的再生稻改良提供寶貴的遺傳信息和資源，對降低勞動投入和生產(chǎn)成本、保障糧食安全和推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，也具有重要意義和深遠影響。

　　韓斌表示，以本項研究進展為基礎，后續(xù)加強產(chǎn)學研合作推進成果轉(zhuǎn)化應用，相信袁隆平院士“禾下乘涼夢”、國際科學評論人“稻田變果園”等愿景，在不久的將來有望成為現(xiàn)實。(完)