science:“割了又长”的“长寿水稻”

俗话说“草木一秋”,咱们吃的水稻大都是一年生,种一次收一次。但这回不一样了,我国科学家搞出了一种能“割了又长”的“长寿水稻”,成果直接上了 Science 的封面。这事儿得从水稻的祖先说起,原来野生稻是多年生的,割完了还能自己从地里长新枝。咱们现在种的是一年生栽培稻,这就说明驯化过程中把这长寿特性给弄丢了。 北京时间 3 月 20 日,来自北京的中国科学院分子植物科学卓越创新中心韩斌院士团队,还有王佳伟研究员的团队一起破解了这个秘密。他们搞了个大发现,给一个叫“无尽的分枝与分蘖 1”(EBT1)的基因起了名。原来就是这个基因的表达变了,才让水稻从能一直长的多年生变成了现在种一季就完的样子。 为了搞清楚这是怎么回事儿,研究团队把 446 份野生稻都看了一遍。他们发现有的野生稻种子成熟后不像栽培稻那样全枯死了,而是从茎节的腋芽处长出新枝条来。这些枝条掉地上就能生根变成新苗,这就叫“成花逆转”。为了找到控制这性状的家伙,他们把多年生的东乡野生稻跟一年生籼稻杂交。用染色体替换和图位克隆的方法,最后精准地把 EBT1 基因给抓出来了。 让人意外的是,这个 EBT1 基因其实是由两个小 RNA 基因组成的——MIR156B 和 MIR156C。这俩基因就像是植物的“年龄开关”,负责调控它从小孩变成大人。在野生稻里,虽然这两个基因的表达量也会随年龄下降,但开花后又会在腋芽里重新激活。这就相当于让腋芽回到了幼年状态,让它能不断长出新分蘖。 进一步分析发现这种重启跟 EBT1 位点的表观修饰有关。《Science》封面团队还通过基因组比较发现,EBT1 这块区域在驯化过程中被人工狠狠地选过。说明古人在选高产、植株紧凑的水稻时,可能不小心把多年生的基因给淘汰掉了。 为了验证这一点,研究人员把 EBT1 跟另外两个管匍匐生长的基因拼到了一起。结果真的搞出了“类野生稻”的植株。这种材料在海南田里试种的时候表现得特别猛,能无性繁殖两年甚至更久。 这项研究不光解开了植物生活史的演化之谜,还给未来水稻品种的多年生化改良和再生稻育种提供了好材料。就像《Science》配发的评论说的那样,如果真能种出不用年年耕种的谷物,那节省的劳力和减少的水土流失可就太多了。看来利用野生稻里的基因,可能是实现这个目标的关键路径。