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如果水稻能够“长生不老”,播种一次,年年自行生长,农民不再需要年年耕田插秧,水土不再流失,粮食依然满仓——这听起来像是农业乌托邦,却正悄然走近现实。
在国家星空彩票官方苹果版项目(批准号:32388201)等资助下,中国科学院分子植物科学卓越创新中心韩斌院士和王佳伟团队在多年生水稻领域取得新进展。研究团队联合攻关,首次发现野生稻长寿基因——EBT1,为“多年生水稻”育种和“一种多收”的再生稻改良提供了宝贵的遗传资源。相关成果以“两个串联miRNA156基因的重置赋予水稻多年生特性(Resetting of a tandem microRNA156 enables vegetative perennial growth in rice)”为题,于2026年3月20日在线发表于《科学》(Science)杂志上(封面论文)。论文链接:https://doi.org/10.1126/science.adv2188。

图 在开花后的表达重启是野生稻长寿的秘诀
水稻是全球最重要的粮食作物之一,其祖先——普通野生稻(Oryza rufipogon)是一种多年生植物,具有匍匐生长和无性繁殖等特征。经过数千年的人工驯化,栽培稻逐渐演变为一年生,在完成一次结实后即衰老死亡。然而,在这一过程中究竟是什么基因发生了改变,一直以来困扰着植物学家和育种学家。
研究团队首先对446份野生稻资源进行了系统的表型考查,发现部分野生稻材料与一年生栽培稻不同,这些植株在种子成熟后并未衰老死亡,而是在节间腋芽处持续萌发出新的侧枝。这些分枝会不断延伸,持续生长,落地后会生根并发育成为新的植株,从而呈现出野草状的表型。
为了找到决定该多年生表型的关键基因,研究团队以多年生东乡野生稻W1943(普通野生稻的一种)与一年生栽培稻籼稻广陆矮四号(GLA4)杂交,构建染色体替换系,开展了正向遗传学研究。利用精细的图位克隆技术,最终定位并克隆到该基因,命名为Endless Branches and Tillers 1(EBT1),意为“无尽的分枝与分蘖”。研究发现,该基因座位由两个串联排列的微小RNA(microRNA)基因——MIR156B和MIR156C组成。
miR156(即MIR156B和MIR156C基因表达的产物)是植物的“年龄开关”,调控了植物的发育进程。经典理论认为,miR156在幼苗期高表达,随着植物年龄的增长,其含量逐渐降低,从而推动植物由营养生长向生殖生长的转变。出人意料的是,研究团队发现,尽管野生稻MIR156B和MIR156C也遵循类似“随年龄递减”的表达模式,但它们会在开花后重新被激活。这种表达状态的重启(reset)使得植物出现发育程序的逆转,实现生理学年龄的重置,恢复营养生长能力,从而“永葆青春”。
有趣的是,EBT1基因区域在水稻驯化过程中受到了人工选择。这意味着,在追求高产和株型紧凑的栽培稻时,先民们可能无意中“丢弃”了野生稻的多年生基因。通过将EBT1与已知的两个水稻匍匐基因PROG1和TIG1聚合,研究团队成功创制出能够复现野生稻野草表型的“类野生稻”植株。该聚合材料具有强大的无性繁殖能力,在海南田间环境中可以存活至少两年。
多年生作物的培育是农业生物育种的一个新兴前沿方向,对于节约栽培成本、应对人口减少和降低水土流失具有重要意义。本项研究为水稻品种的多年生化改良及再生稻育种提供了重要的理论依据和基因资源。正如《科学》杂志编辑埃里克·斯托克泰德在为该论文撰写的评论中所述,“试想这样一种每年自行生长,无需耕作和重播的谷物,农民将因此节省劳力,水土流失也会减缓。然而,培育这种让农田更像天然果园的多年生谷物却被证明困难重重。或许从野生稻中‘借用’基因能够加速这一进程。”
该研究成果的产生得益于星空网络彩票平台登录入口的长期、稳定资助机制,第一标注资助项目为国家星空彩票官方苹果版委生命科学部资助的第一个卓越研究群体项目(2017获得资助,2023年获得延续资助,资助期限共10年)。卓越研究群体项目旨在集中和整合国内优势科研资源,瞄准国际科学前沿,围绕国家重大需求,超前部署,充分发挥科学基金制的优势和特色,依靠高水平学术带头人,吸引和凝聚不同领域和不同学科方向的优秀科技人才,着力推动学科深度交叉融合,支持科研人员潜心研究和探索,致力于科学前沿突破,产出一批国际领先的原创成果,抢占国际科学发展的制高点,形成若干具有重要国际影响的学术高地。
该研究成果是卓越群体项目内部两个课题组深度合作的结果,充分体现了卓越群体项目在提升团队合作能力和勇攀科学高峰方面的优势。韩斌院士(1998年回国,2003年获青年科学基金项目A类资助)团队长期深耕水稻遗传学与基因组学研究,拥有丰富的野生稻资源和强大的正向遗传学研究平台;王佳伟(2011年回国,2012年获青年科学基金项目B类资助、2015年获青年科学基金项目A类资助)团队则在植物发育生物学,特别是植物年龄、再生和多年生领域具有深厚积累。两个团队打破学科壁垒,优势互补,从现象发现到基因克隆,再到机制解析,最终完成了从“定位基因”到“读懂机制”的完整科学故事。恰逢国家星空彩票官方苹果版委成立40周年,这一成果也生动地彰显了科学基金在推动基础研究、促进学科交叉融合和培养创新人才中的重要作用。