全球农业生产技术重要突破!大陆科学家历时多年持续研究,已成功复制野生稻「长寿」特质的关键基因EBT1,并培育出可一次播种、多年收获的「类野生稻」。这项研究成果不仅登上国际顶尖学术期刊《科学》(Science)的封面,更揭开了栽培水稻在万年前驯化过程中,如何由「多年生」转变为「一年生」的演化谜团。
中新社20日报导,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,
韩斌表示,栽培稻是全球最重要的一年生粮食作物之一,野生稻祖先却是一种多年生、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,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。
为找到决定性的「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,构建染色体替换系统、开展遗传学研究。他们利用精细的图位复制技术,最终定位并复制出该「长寿」基因,命名为EBT1。
据研究团队发表内容,传统栽培水稻在抽穗结果后,叶片会逐渐发黄枯萎死亡。然而野生稻祖先具备像野草般「春风吹又生」的天赋。此次发现的关键基因EBT1,能在种子成熟后被重新启用,让植株生理年龄「重置」,在开花结果后不进入死亡阶段,而是重新萌发新芽与新叶,进入下一个生长周期,实现生理意义上的「返老还童」。
研究也发现,人类祖先在万年前的驯化过程中,为了追求更高产量、更紧凑的株型,也就是让稻子站直而非匍匐生长,以及收割方便,无意间「丢弃」了这个长寿基因,导致现代栽培水稻变成必须每年重新插秧的一年生作物。
基于这项基因发现,研究团队将复制的「长寿」EBT1,与2种已知的匍匐生长基因聚合,研制出能复现野生稻强大生命力的「类野生稻」植株。实验数据显示,这种新型水稻具备极强的无性繁殖能力,在海南的田间环境中已成功存活至少两年。这代表未来农民可能只需播种一次,就能连续收获好几年,彻底颠覆传统的耕作逻辑。
