中国科学家成功克隆水稻"长寿基因" 多年生稻田有望实现一次栽培年年收获

长期以来,水稻作为典型一年生作物,生产上多依赖“年年育秧插秧、季季田间管理”的模式。

随着农村劳动力结构变化、种植成本上升以及绿色低碳农业需求增长,如何在确保稳产高产的同时降低耕作强度、提升资源利用效率,成为水稻产业面临的现实课题。

以“一次栽培、多年收获”为目标的多年生水稻,因有望减少翻耕和移栽次数、降低用工投入并改善土壤生态,受到学界和产业界关注,但其关键遗传基础长期未被清晰解析。

此次研究在多年生遗传机制上取得突破。

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,与植物高效碳汇重点实验室王佳伟研究员团队协同攻关,利用多年生东乡野生稻材料与一年生栽培稻材料杂交,构建染色体替换系并开展正向遗传学研究。

团队通过精细图位克隆等方法,定位并克隆到关键基因位点,命名为EBT1(Endless Branches and Tillers 1),意为“无尽的分枝与分蘖”。

该成果以封面论文形式发表于《科学》,表明我国在作物遗传改良基础研究方面取得重要进展。

从原因机制看,研究揭示EBT1并非传统意义上的蛋白编码基因,而与微小RNA调控密切相关。

该位点由两个串联排列的微小RNA基因MIR156B和MIR156C组成。

微小RNA作为植物发育调控的重要“开关”,能够在不同生长阶段对分蘖、分枝及再生能力等性状产生深刻影响。

研究提出,通过相关调控网络的“重置”,水稻可能实现由一年生向多年生生长策略的转变,为理解多年生特性形成提供了可验证的遗传靶点。

值得关注的是,研究还从进化与驯化角度给出解释:EBT1很可能是在水稻驯化过程中受到人工选择影响的遗传区域。

团队对野生稻与栽培稻群体的遗传变异分析显示,该基因区域存在明显的选择信号。

这提示,在追求高产、整齐一致、株型紧凑以及适配机械化与密植等育种目标时,栽培稻可能在不经意间削弱了部分野生稻所携带的多年生潜力。

换言之,多年生特性并非“凭空产生”,而可能是被驯化进程阶段性“抑制”的遗传资源。

从影响层面看,该发现至少带来三方面意义:其一,为多年生水稻研究提供了明确的核心基因资源和可操作的分子标记,有助于破解多年生与一年生分化的科学问题;其二,为再生稻改良提供新思路。

再生稻强调头季收获后利用稻桩萌发再生实现“多收”,与多年生特性在生物学基础上存在相通之处,EBT1有望成为提升再生能力与稳定性的关键工具;其三,契合绿色农业方向。

减少翻耕频次有助于保护耕层结构、降低能源消耗与部分田间排放,同时多年生植株更发达的根系潜力也可能带来更强的固碳与养分利用优势,为农业减排增汇提供新的生物学支撑路径。

面向对策与转化应用,业内专家认为,下一步需要在确保产量、品质与抗逆性不下降的前提下,将EBT1通过杂交育种等方式导入主栽品种,开展多地点、多季节的系统评价:既要看“能否多年生”,也要看“能否稳产、适宜机收、抗倒伏、抗病虫、适配栽培制度”。

同时,多年生化并不等同于放任生长,必须与栽培管理、病虫害综合防控、品种更新制度相配套,避免多年留茬可能带来的病虫源积累等风险。

此外,建立面向育种应用的评价标准与示范体系,推动科研、育种与推广环节协同,将决定该成果从实验室走向田间的速度与质量。

从前景判断看,EBT1的发现为“让稻田更像果园”的设想提供了关键拼图,但多年生水稻走向规模化仍需跨越育种性状平衡、生态适应性验证与产业链配套等多重门槛。

随着对微小RNA调控网络理解的加深,以及分子育种与常规育种的深度融合,未来有望在部分生态区率先实现多年生或准多年生水稻品种的定向培育,并在再生稻提质增效方面形成可复制的技术方案,为粮食安全与农业绿色转型提供新的增长点。

从"粒粒皆辛苦"的传统耕作到"一栽多收"的现代农业,EBT1基因的发现标志着我国在作物遗传学研究领域取得重大原创突破。

这项融合基础研究与应用价值的成果,既是对祖先农耕智慧的现代诠释,更是面向未来农业发展的科学答卷。

随着研究的深入推进,千年水稻种植史或将翻开崭新篇章,为全球粮食安全贡献中国智慧。