Science封面 | 韩斌院士团队与王佳伟研究员团队合作发现野生稻多年生生活习性关键基因

一年生水稻如何演变为多年生？这一困扰学界多年的谜题近日被中国科学家揭开谜底。在植物界，生命策略千差万别——我们餐桌上赖以生存的栽培水稻是一年生作物，而它的野生近缘种普通野生稻却能像多年生植物一样持续生长、多次繁殖。这种多年生习性在数千年的驯化过程中几乎完全丢失，但背后的遗传机制始终是个未解之谜。破解这一密码，不仅关乎我们对植物进化的理解，更可能为培育“一次种植、多年收获”的可持续水稻品种打开全新大门。

2026年3月19日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心，植物性状形成与塑造全国重点实验室韩斌院士团队和植物高效碳汇重点实验室（中国科学院）王佳伟研究员团队，以封面形式在国际权威学术期刊《科学》（Science）上发表题为《Resetting of a tandem microRNA156 enables vegetative perennial growth in rice》。研究团队通过野生稻和栽培稻的杂交后代，定位克隆了一个控制水稻多年生性状的关键基因EBT1，揭示了microRNA156通过表观调控重置表达从而赋予野生稻多年生习性的分子机制。

研究团队首先从野生稻W1943与栽培稻GLA4构建的染色体片段置换系中筛选到一个特殊材料G43，这个材料在成熟后表现出与野生稻相似的“草状”特征——主穗成熟后，次生分蘖持续萌发、形成大量不育小穗，叶片变窄。更重要的是，从G43母株分离的小分蘖可以独立成株，在温室中存活超过两年，呈现出典型的多年生特征。图位克隆发现，这一性状由位于1号染色体短臂约80kb区域内的两个串联排列的MIR156基因（MIR156BC）控制，研究团队将其命名为EBT1。

通过CRISPR基因编辑技术敲除G43的MIR156BC基因后，多年生性状完全消失，转化植株恢复为正常的一年生形态。而将野生稻的EBT1基因导入栽培稻GLA4后，转基因植株重现了G43的多年生特征——主茎正常结实，但开花后在节间萌发的次生分蘖呈现花逆转结构，持续产生无效分蘖。这表明EBT1确实是控制多年生性状的关键基因。

miR156通过抑制其靶基因SPL家族成员调控植物的幼年向成年转变。研究团队在G43中分别过表达SPL14和SPL17，发现两种转基因植株的无效分蘖显著减少，单株产量恢复约30%，证实miR156-SPL模块在多年生调控中的核心作用。这也解释了为什么野生稻虽然寿命长，但产量远低于栽培稻——过多的无效分蘖消耗了大量营养。

比较G43和GLA4的EBT1启动子序列，研究团队鉴定出11个关键SNP差异，这些差异集中在-967至-131 bp区域。通过CRISPR对这区域进行编辑，获得了一系列MIR156BC表达量梯度变化的株系，次生分蘖数量与基因表达水平呈现正相关。进一步通过ATAC-seq和CUT&Tag技术发现，G43中EBT1基因上游存在一个染色质开放区域，且抑制性表观标记H3K27me3水平显著低于GLA4，这解释了野生稻MIR156BC在花后能够重新激活的分子基础。

通过构建EBT1启动子驱动的荧光报告系统，研究团队动态追踪了MIR156BC的表达变化。在G43背景中，MIR156BC启动子活性呈现“U型”变化——苗期高表达，随着植株老化逐渐降低，但在开花后萌发的次生分蘖芽中再次激活，且信号强度甚至超过苗期。而GLA4启动子驱动的报告系统在花后次生分蘖中荧光信号微弱，证明启动子区的差异决定了MIR156BC的重置能力。

对全球870份水稻种质的基因组分析显示，EBT1基因在栽培稻中的核苷酸多样性显著低于野生稻（野生稻π=0.00601，栽培稻π=0.0026），提示该基因在驯化过程中经历了强烈选择。单倍型分析发现，Hap4和Hap5主要存在于具有多年生特性的普通野生稻中，而Hap1、Hap2和Hap3则与一年生的尼瓦拉野生稻和栽培稻相关，表明人类在驯化过程中有意选择了不利于多年生的EBT1等位基因。

最后，研究团队尝试将匍匐生长基因PROG1、分蘖角度基因TIG1与EBT1进行聚合，成功创制出“类野生稻”材料。这些材料不仅具有大的分蘖角度、匍匐生长习性，部分侧枝还能水平生长并在节上扎根，离体培养后可再生新植株。在海南热带地区，这些类野生稻植株可存活至少两年，基本实现了栽培稻向多年生习性的“逆转”。

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研究员为论文的共同通讯作者，在站博士后戴冰馨（已毕业上海科技大学联合培养博士）、高级工程师吕丹凤和已毕业博士生陈二旺为论文的共同第一作者。该研究受到国家自然科学基金、国家农业农村部重点研发项目、中国科学院先导专项、上海市科委和新基石研究员项目的资助。

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