从一年生到“割了又长”：我国科学家培育出多年生“长寿水稻”，成果登上 Science 封面

3 月 20 日消息，我国科学家成功破解了水稻从多年生野生稻向一年生栽培稻演化的秘密，并克隆出决定水稻能否“长生”的关键基因。

北京时间 3 月 20 日，国际权威学术期刊《Science》以封面文章形式发表了由中国科学院分子植物科学卓越创新中心韩斌院士团队和王佳伟研究员团队共同完成的研究成果。

该研究首次发现并命名了名为“无尽的分枝与分蘖 1”（EBT1）的基因，揭示正是这一基因位点的表达变化，导致水稻在驯化过程中从可以持续生长的多年生习性，转变为如今常见的单季种植模式。

水稻是全球最重要的粮食作物之一，但其栽培种为一年生，每年都需要重新播种。而作为水稻祖先的普通野生稻，则呈现出多年生、匍匐生长的特性。在长期的驯化过程中，这种生活习性的转变机制一直悬而未决。

为了揭开这个谜底，研究团队对 446 份野生稻资源进行了细致观察，发现部分野生稻与栽培稻截然不同：它们在种子成熟后，植株并未整体枯死，而是在茎节处的腋芽位置不断萌发新枝，这些枝条落地后能生根形成独立新株，从而实现无性繁殖和多年持续生长。这种在开花后重新返回营养生长阶段的现象，被称为“成花逆转”。

为锁定控制这一性状的基因，团队利用多年生东乡野生稻与一年生籼稻品种进行杂交，通过染色体替换和图位克隆技术，最终精准定位到 EBT1 基因。令人意外的是，该基因实际上由两个串联排列的微小 RNA 基因 ——MIR156B 和 MIR156C 组成。这两个基因正是调控植物从幼年到成年转变的“年龄开关”。

研究显示，在野生稻中，尽管这两个基因的表达量也会随着植株年龄增长而下降，但开花之后，它们在腋芽中会被重新激活。这种重启使得腋芽仿佛回到幼年状态，恢复旺盛的营养生长能力，不断长出新的分蘖，呈现出“长生不老”的特性。进一步的分子分析表明，这种重启现象与 EBT1 基因位点的表观修饰状态紧密相关。

团队还通过对大量野生稻和栽培稻的基因组比较分析发现，EBT1 基因所在区域在驯化过程中经历了强烈的人工选择。这意味着，古人在选育高产、植株紧凑的栽培稻时，可能在不经意间舍弃了与多年生相关的基因。为了验证这一基因的功能，研究团队将 EBT1 与另外两个控制匍匐生长习性的基因进行聚合，成功创制出能够重现野生稻多年生表型的“类野生稻”植株。这种材料在海南的田间试验中展现了强大的无性繁殖能力，存活周期至少可达两年。

这项研究不仅从分子层面阐明了植物生活史策略演化的新机制，也为未来水稻品种的多年生化改良和再生稻育种提供了宝贵的基因资源。

正如同期《科学》杂志配发的评论所言，如果能培育出无需每年耕种的多年生谷物，将极大地节省劳力并减缓水土流失，而利用野生稻中的基因或许是实现这一目标的关键路径。

附论文链接：https://doi.org/10.1126/science.adv2188