有这样一段令人惊喜的科学发现,科学家通过分析446份野生稻资源,找到了控制多年生习性的关键基因EBT1,这个基因包含MIR156B和MIR165C这两个微小RNA。野生稻与栽培稻不同的是,在种子成熟后不会枯萎而是继续生长。把多年生的EBT1基因引入栽培稻,就可以让稻子像野草一样多年生。在海南田间,“类野生稻”植株连续存活两年以上,表现出极强的无性繁殖能力。这个发现为水稻的育种提供了新的思路。从“一年一生”到“多年一收”,人类正站在新一轮作物革命的门槛上。此次研究由韩斌院士和王佳伟研究员牵头,通过多年努力才锁定这个关键基因。在科学史上,这样的发现并不少见。群体基因组扫描显示,EBT1区域在水稻驯化过程中受到显著人工选择。由于人们追求高产和紧凑株型的育种方向,无意中把野生稻的多年生基因给筛出去了。当我们在超市挑选香喷喷的白米饭时,或许不会想到:支撑这碗米饭的基因密码里,藏着一段从野生到栽培、从野性到温顺、再从温顺回归野性的千年转身。 此次研究揭示了一个关键的科学发现:EBT1基因可以让稻草变身成野草。在这个过程中,团队通过对446份野生稻资源进行表型筛查,找到了少数个体在种子成熟后依然存活并继续生长的情况。通过高分辨率影像记录和精细图位克隆,他们最终确定了Endless Branches and Tillers 1(EBT1)这个位点上的微小RNA基因MIR156B和MIR165C就是决定多年生习性的关键开关。科学史上这种发现并不多见,但它对于水稻的育种来说是一个重大突破。 团队用多年生东乡野生稻W1943与一年生栽培稻广陆矮四号(GLA4)杂交构建染色体替换系,开展正向遗传学研究。最终锁定了一对串联排列的微小RNA基因:MIR156B和MIR165C。经典理论认为miR156是植物的“年龄开关”,但在开花后分蘖节的腋芽中却被重新激活。这种表达状态的“重启”让腋芽重新获得营养生长能力,形成类似禾草的无性繁殖模式。进一步分析显示这一重启与EBT1位点的表观修饰状态密切相关。 如果我们能把这个发现应用到实际中去的话,可以想象一种每年自行生长、无需耕作和重播的谷物出现。这不仅能节省农民的劳力,还能减缓水土流失。让农田更像果园的想象正在逐渐成为现实。“类野生稻”植株在海南田间连续存活两年以上,表现出极强的无性繁殖能力。在5个月时已布满田面,18个月后仍绿意盎然。 这个跨学科合作由韩斌院士与王佳伟研究员共同通讯执笔,在站博士后戴冰馨、高级工程师吕丹凤和已毕业博士生陈二旺为共同第一作者完成了这项工作。研究得到了多个项目资助。从田间表型到分子克隆再到聚合育种与田间验证,每一步都凝聚着科研人对“一粒种子改变世界”的执念。 从“一年生”到“野草”的转变给我们带来了巨大启示:这次基因表达的重置让稻草转身成野草;一次跨学科的合作又让野草回归农田。 当我们在超市挑选香喷喷的白米饭时,或许不会想到支撑这碗米饭的基因密码里藏着一段从野生到栽培、从野性到温顺、再从温顺回归野性的千年转身。 一次“重启”把稻草变野草:野生稻到栽培稻的千年转身。01从“一年生”到“野草”——栽培稻的祖先长什么样?栽培稻(Oryza sativa)养活了全球一半以上的人口,可它的祖先——普通野生稻(Oryza rufipogon)却是一种多年生、匍匐生长的野草。种子落地后,它并不急着死去,而是在节间腋芽处不断抽出新枝落地生根,像草原上的禾本科植物一样“永驻”田埂。这种“成花逆转”的多年生习性与人们熟悉的“一年收成、一年衰老”的栽培稻截然不同。千年驯化究竟在哪一步让稻草“忘却”了野性?02446份野生稻的“野外体检”研究团队先对446份野生稻资源进行表型筛查发现少数个体在种子成熟后并未枯萎反而像开了挂一样节节生枝。通过高分辨率影像记录他们确认这些植株在开花后出现了发育程序的逆转:幼苗期的“年龄开关”miR156被重新点亮腋芽重新获得营养生长能力落地即成新株。这种无性繁殖的多年生表型第一次被量化描述为后续克隆关键基因提供了靶标。03锁定EBT1:两个小miRNA的“重启密码”为了找到决定多年生的开关团队用多年生东乡野生稻W1943与一年生栽培稻广陆矮四号(GLA4)杂交构建染色体替换系展开正向遗传学“挖宝”经过精细图位克隆他们最终把目标锁定在Endless Branches and Tillers 1(EBT1)——一对串联排列的微小RNA基因:MIR156B和MIR165C经典理论认为miR156是植物的“年龄开关”幼苗期高表达推动植株由营养生长向生殖生长出乎意料的是野生稻的MIR156B/C却在开花后分蘖节的腋芽中被重新激活这种表达状态的“重启”让腋芽重新获得营养生长能力不断抽枝分蘖形成类似禾草的无性繁殖模式进一步分析显示这一重启与EBT1位点的表观修饰状态密切相关——DNA甲基化等修饰被精准擦除基因得以“重新上线”。04驯化留下的“空白”:我们丢掉了什么?群体基因组扫描显示EBT1区域在水稻驯化过程中受到显著人工选择追求高产株型紧凑的育种方向无意中把野生稻的多年生基因“筛”了出去换句话说现代栽培稻的“短命”特性并非自然选择而是人工选择的结果当农业社会需要“一年收成、一年播种”的节奏时野生稻的“永驻”能力反而成了负担。05把野性带回田间——“类野生稻”诞生为了复现野生稻的野草表型研究团队把EBT1与两个已知匍匐基因PROG1和TIG1聚合创制出“类野生稻”植株在海南田间环境下这些植株连续存活两年以上表现出极强的无性繁殖能力节节生根节节抽穗匍匐如草地不同株系在5个月时已布满田面18个月后仍绿意盎然像一片天然果园般自给自足。06科学之外:让农田更像果园的想象正如Science同期评论所写:“试想一种每年自行生长无需耕作和重播的谷物农民节省劳力水土流失减缓。”若能把野生稻的EBT1等基因安全地“借”给栽培稻或许未来的再生稻就能像果树一样年年抽新梢