中国科学家发现并克隆野生稻“长寿”基因 “多年生水稻”有望成真
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《国产2021自在自线》 中国科学家发现并克隆野生稻“长寿”基因 “多年生水稻”有望成真
中新网北京3月20日电 (记者 孙自法)民以食为天。作为占据粮食作物“半壁江山”的水稻，其相关研究进展及成果应用，长期以来在全球广受关注。
来自中国科学院的最新消息说，中国科学家历时多年持续研究，首次发现、定位并克隆了决定野生稻多年生习性的关键基因(俗称“长寿”基因)，不仅揭开水稻驯化过程中“长寿”基因为何丢失等未解之谜，也让创制“多年生水稻”成为可能，助力“禾下乘凉梦”成真。
韩斌院士介绍本次发表的研究成果。中新网记者 孙自法 摄
这项为水稻品种多年生化改良及再生稻育种提供重要理论依据和基因资源的重要研究成果，由中国科学院分子植物科学卓越创新中心韩斌院士团队、王佳伟研究员团队合作完成，北京时间3月20日凌晨，相关论文以封面文章在国际学术期刊《科学》(Science)上线发表。
定位并克隆“长寿”基因
韩斌院士介绍说，栽培稻是全球最重要的一年生粮食作物之一，其祖先普通野生稻却是一种多年生、匍匐生长的野草状植物。在水稻驯化过程中，多年生的野生稻如何逐渐演化为一年生的栽培稻一直是未解之谜。
为破解谜团，研究团队首先对446份野生稻资源进行系统分析，发现部分野生稻材料与一年生栽培稻不同，其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，以野草状表型和“成花逆转”现象(即开花后出现发育程序的逆转，重新返回营养生长期)，呈现出一种无性繁殖的多年生生活习性。
为找到其决定性的“长寿”基因，研究团队以多年生东乡野生稻W1943与一年生栽培稻籼稻广陆矮四号杂交，构建染色体替换系、开展遗传学研究。他们利用精细的图位克隆技术，最终定位并克隆出该“长寿”基因，命名为EBT1，寓意为“无尽的分枝与分蘖”。
EBT1基因突变是导火索
王佳伟研究员指出，进一步研究发现，EBT1基因座位由两个串联排列的微小RNA(miRNA156)基因(MIR156B和MIR156C)组成。
韩斌院士(右)、王佳伟研究员就最新成果接受媒体采访后合影。中新网记者 孙自法 摄
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作为植物的“年龄开关”，miR156基因调控着植物的发育进程，经典理论认为，miR156在幼苗期高表达，随着植物年龄的增长，其表达量逐渐降低，从而推动植物由营养生长向生殖生长的转变。本项研究却发现，尽管野生稻MIR156B和MIR156C也遵循类似“随年龄递减”的传统表达模式，但它们会在开花后分蘖节的腋芽中重新被激活。
深入分析发现，EBT1基因的突变是导致水稻由多年生“长寿”植物变为一年生“短命”植物的导火索。多年生野生稻长寿的秘密在于发育程序的逆转，即可以从生殖生长(开花结果)逆转为营养生长(长茎、分枝和叶片)，从而实现生理学年龄的重置。
至于水稻“长寿”基因的丢失之谜，研究团队开展的野生稻和栽培稻群体基因组遗传变异分析显示，EBT1基因区域在水稻驯化过程中受到人工选择，这意味着人类祖先在水稻驯化过程中，主要追求一年生栽培稻能够株型紧凑、快速生长，并比多年生野生稻产出更多籽粒(高产与优质)，可能在不经意间“丢弃”了野生稻的多年生“长寿”基因。
成功创制出“类野生稻”
王佳伟称，人类把多年生野生稻驯化成一年生栽培稻，提高了水稻单季产量，但也增加了栽培成本。如果能在目前一年生栽培稻的基础上，添加多年生的能力，就有可能在条件适合的地方，实现水稻一次播种、多季收获，既能节省劳力成本，也会减缓水土流失。
在最新发表“两个串联miRNA156基因的重置赋予水稻多年生特性”论文的研究中，中国团队将“长寿”基因EBT1与已知两个水稻匍匐基因PROG1和TIG1聚合，成功创制出“类野生稻”植株。截至目前的实验研究表明，该聚合材料具有强大的无性繁殖能力，“类野生稻”在海南田间环境中可以存活至少两年。
本项研究成功创制出的“类野生稻”植株样本，其在海南田间环境中已存活逾两年。中新网记者 孙自法 摄
这一突破也表明，通过杂交育种将野生稻型EBT1等位基因导入栽培稻背景，有望将多年生生长特性重新引入高产栽培稻，为“多年生水稻”育种和“一种多收”的再生稻改良提供宝贵的遗传信息和资源，对降低劳动投入和生产成本、保障粮食安全和推动农业可持续发展，也具有重要意义和深远影响。
韩斌表示，以本项研究进展为基础，后续加强产学研合作推进成果转化应用，相信袁隆平院士“禾下乘凉梦”、国际科学评论人“稻田变果园”等愿景，在不久的将来有望成为现实。(完)
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