我国科学家成功破译水稻驯化密码 多年生"长寿水稻"有望实现"一种多收"

问题:一年生栽培稻高产但投入高,多年生特性为何驯化中消失 水稻是全球最重要的粮食作物之一,现有栽培稻以一年生为主,生产体系成熟、产量稳定,但在许多地区也面临劳动力成本上升、种子与整地投入较高、连作导致土壤结构受扰动等现实挑战;与之形成对照的是,栽培稻的祖先普通野生稻在自然环境中多表现为多年生匍匐生长,具有越冬(或越旱)后再生、分蘖持续更新等能力。栽培稻为何由多年生演化为一年生、背后的遗传基础是什么,长期以来缺少关键证据链,这也制约了“多年生化”育种的路径设计与效率提升。 原因:系统鉴定与正向遗传学结合,锁定多年生生活习性的关键开关 科研团队围绕“多年生性状从何而来”这个科学问题,首先对数百份野生稻资源开展系统表型评估,建立多年生有关性状的可量化指标。在此基础上,团队选取多年生东乡野生稻材料与一年生栽培稻材料进行杂交,构建染色体替换系,并采用正向遗传学与精细图位克隆等手段层层缩小区间,最终定位并克隆出关键基因EBT1。研究显示,EBT1在野生稻种子成熟后可被重新激活,触发生理过程的“重置”,使植株在完成有性繁殖后仍能通过无性方式持续更新,从而维持多年生生长。该发现从分子层面解释了多年生野生稻得以长期存活、持续分蘖的关键机制。 影响:揭示驯化取舍逻辑,为资源利用与育种策略提供新坐标 研究继续提出,在水稻驯化与选育过程中,人类为了获得更高产量、更集中一致的穗型与更紧凑的株型,可能在长期选择中弱化甚至丢失了与多年生相关的关键遗传因子,使栽培稻逐步固化为一年生作物。这一判断与农业驯化史中“以产量与可管理性换取生存策略多样性”的普遍规律相吻合。该成果不仅补齐了水稻生活史演化的重要拼图,也为重新认识野生稻种质价值提供了新的科学依据:野生稻不仅是抗逆、抗病虫资源库,也可能是重塑作物生产方式的“性状来源地”。 对策:以关键基因为抓手推进性状聚合,探索多年生化改良的可行路径 在基因发现基础上,团队将EBT1与两个已知的匍匐相关基因进行聚合,创制出可复现野生稻部分表型的“类野生稻”植株材料,其无性繁殖能力较强,在海南田间环境中已存活至少两年。这一进展提示,多年生化并非单一基因即可完全实现的简单替换,而更可能需要围绕生长习性、株型、产量结构与抗逆性等开展系统设计:一上要保留多年生再生能力,另一方面也要避免匍匐过强造成倒伏、密度难控等生产问题。业内人士认为,下一阶段可在不同生态区开展更长期、多点位的田间评价,重点关注稳产性、再生次数与再生后产量衰减、病虫害与越冬(越旱)适应性等指标,同时结合现有再生稻生产经验,探索与机械化、栽培制度相匹配的品种类型。 前景:“种一次、收多年”具潜在综合效益,仍需跨越育种与产业化门槛 多年生水稻一旦实现稳定可控的生产应用,有望在部分地区降低整地与用种成本、减少耕作扰动带来的水土流失风险,并在劳动力紧缺背景下提升种植韧性。对山地丘陵、生态脆弱或季节性劳动力不足地区而言,其综合效益更具想象空间。同时也应看到,从实验材料到大面积推广仍需解决多项关键问题:既要确保多年生性状与高产优质兼容,也要建立相应的田间管理规范、病虫草害综合防控方案和种子(或种苗)体系配套,并在不同种植制度下评估对粮食安全的真实贡献。随着基因资源与分子机制的明确,多年生化改良将从“经验摸索”转向“靶向设计”,育种效率与可预期性有望明显提升。

这项源自基础研究的重大突破,生动诠释了"把论文写在大地上"的科研理念。在全球气候变化与粮食安全挑战叠加的背景下,中国科学家对作物生命密码的破译,为农业可持续发展提供了科技支撑,也体现出利用自然智慧解决人类发展难题的创新思维。当古老的稻种被赋予新的生命力,一场静悄悄的绿色革命正在孕育之中。