我国科学家发现野生稻多年生生活习性关键基因

人民网北京3月20日电 (记者赵竹青)记者从中国科学院获悉，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，首次克隆了决定野生稻多年生生活习性的关键基因EBT1，并阐明了该基因座位表达模式的改变是水稻在驯化过程中由多年生向一年生转变的关键。该研究3月20日以封面文章形式在国际权威学术期刊《科学》上发表。

栽培稻是全球最重要的一年生粮食作物之一。然而，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，野生稻是如何逐渐演化为一年生的栽培稻一直是一个未解之谜。

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。也就是在开花后出现发育程序的逆转，重新返回营养生长期(“成花逆转”现象)，从而呈现出一种无性繁殖的多年生生活习性。

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基因——MIR156B和MIR156C组成。

miR156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。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，但它们会在开花后分蘖节的腋芽中重新被激活。这种表达状态的重启或重置，使得腋芽能够出现发育程序的逆转，恢复营养生长能力，不断产生新的分蘖，从而呈现出“无性繁殖”的发育模式。进一步深入分析发现，这一独特的重启现象与野生稻EBT1(MIR156B和MIR156C)基因座位的表观修饰状态密切相关。

该位点的野生稻和栽培稻群体基因组遗传变异分析显示，该基因区域在水稻驯化过程中受到人工选择。这意味着，在追求高产和株型紧凑的栽培稻时，人们可能无意中“丢弃”了野生稻的多年生基因。进一步，研究团队通过将EBT1与已知的两个水稻匍匐基因PROG1和TIG1聚合，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。

此项研究不仅深化了人们对植物生活史策略演化的认识，而且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。