我国科学家破解水稻"长寿基因"密码 多年生稻育种获重大突破

问题——从“野草”到“粮食”,水稻为何变成一年生?

栽培稻是全球最重要的口粮作物之一,长期以来以一年一熟或一年多熟的栽培制度支撑粮食供给。

但从进化源头看,水稻的祖先普通野生稻具有多年生、匍匐生长等特征,能够依靠地下与分蘖等方式持续存活并再生。

驯化过程中,野生稻为何逐步演化为一年生栽培稻,既关系到作物驯化的基本规律,也直接影响水稻育种能否在高产、抗逆与可持续之间取得更优平衡。

长期以来,这一关键转变缺乏明确的遗传学解释。

原因——高产与紧凑株型选择,或“无意间”筛掉多年生基因 中国科学院分子植物科学卓越创新中心韩斌院士团队与王佳伟研究员团队通过系统研究,锁定了决定野生稻多年生生活习性的关键基因EBT1,并对驯化方向作出遗传学层面的解释:在人类长期追求更高产量、更适宜密植的株型以及更统一的成熟期过程中,与多年生、匍匐生长相伴随的一些遗传因子可能被持续淘汰,最终使栽培稻总体呈现一年生特征。

换言之,驯化选择的“收益”是更高的籽粒产量与更便于管理的农艺性状,而“代价”可能是丧失部分持续再生的能力。

为回答这一问题,研究团队对446份野生稻资源开展系统表型鉴定,并以多年生东乡野生稻材料W1943与一年生栽培籼稻广陆矮四号进行杂交,构建染色体替换系,实施正向遗传学研究。

借助精细图位克隆等手段,团队最终完成目标基因定位与克隆,将其命名为EBT1。

相关成果于3月20日以封面论文形式发表于《科学》。

影响——打开多年生化改良“基因阀门”,为降低成本与稳产增效提供新工具 在明确EBT1的关键作用后,研究团队进一步将EBT1与已知的两个水稻匍匐相关基因进行聚合,成功创制出能够复现野生稻“野草型”表型的“类野生稻”植株。

该材料具有较强无性繁殖与再生能力,在海南田间环境下可存活至少两年。

这一结果表明,多年生性状并非不可回溯,关键在于找准控制节点并进行合理的遗传组合。

从生产意义看,多年生化水稻潜在价值不止于“多活几年”。

其一,可与再生稻生产理念形成互补,通过强化再生能力减少翻耕、育秧、移栽等环节投入,降低劳动力与机械成本;其二,在极端天气频发背景下,多年生根系与再生能力有望提升系统恢复力,为稳产提供更多“缓冲”;其三,有利于减少土壤扰动、促进田间生态稳定,在绿色低碳农业转型中具备应用想象空间。

需要指出的是,多年生化并不等同于直接进入大面积推广阶段,如何在持续再生与高产优质之间实现兼顾,仍需系统育种与多点试验验证。

对策——以种质资源为底座,推动“基础发现—育种利用—区域验证”衔接 业内人士认为,重大基础突破要转化为现实生产力,关键在于育种体系与应用场景的协同推进。

下一步可在三个方面形成合力:一是强化野生稻种质资源保护与精准鉴定,扩大对多年生、抗逆等关键性状的挖掘深度,为育种提供更丰富的“基因库”;二是面向生产需求开展聚合育种与分子设计育种,围绕产量、抗病虫、抗倒伏、成熟期与籽粒品质等指标,优化多年生相关基因组合,避免“能多年生但不适合生产”的材料停留在实验田;三是建立多生态区连续评价体系,在不同纬度、不同耕作制度与不同病虫压力条件下,检验材料的稳定性、经济性与可管理性,为后续品种审定与配套栽培技术形成数据支撑。

前景——从解释驯化规律到服务粮食安全,多年生水稻或成育种新方向 此次发现不仅补上了水稻驯化研究中的关键拼图,也提示作物改良可以从“单季高产”扩展到“生命周期效率”的更高维度。

随着农业劳动力结构变化、耕地资源约束加大以及气候不确定性上升,能够降低投入、具备再生潜力的新型栽培材料与制度创新将受到更多关注。

未来,若能在保持产量与品质的前提下实现多年生化性状的可控引入,并与机械化、轻简化栽培相匹配,将为水稻生产提供新的增效路径,也为全球稻作区探索可持续农业方案贡献中国科研力量。

从野生稻到栽培稻的驯化过程,人类在获得高产的同时,也在无形中舍弃了某些珍贵的遗传特性。

中国科学家的这一发现提醒我们,农业科技创新的真正使命不仅是追求产量的最大化,更应该寻求在保护生态、降低成本、增强可持续性之间的平衡。

多年生"长寿水稻"的成功培育,标志着传统农业生产模式正在向更加科学、更加绿色、更加高效的方向演进。

这一突破性成果为全球粮食安全和农业可持续发展提供了新的希望,也充分展现了中国农业科技自主创新的实力。