我国科学家破解水稻生命周期关键基因 多年生水稻培育取得重大突破

问题——主粮作物水稻为何“短命”,能否实现多年收获? 水稻是我国乃至全球最重要的口粮作物之一。目前的主流生产体系以一年生栽培稻为主:播种、生长、抽穗灌浆、收获后植株衰老枯死,再进入下一轮翻耕与播种。对农户来说,这意味着每年都要重复整地、育秧、移栽或直播管理等投入;对坡耕地或生态脆弱地区而言,频繁翻耕还可能加剧水土流失。长期以来,农业科学界一直追问:能否让水稻像部分野生稻那样具备再生能力——实现“种一次、收多年”——在保证产量和品质的同时减少资源消耗? 原因——驯化选择改变了水稻的“年龄开关”。 最新研究表明,野生稻与栽培稻在生长周期上的差异,和一个关键遗传调控模块密切对应的。研究团队通过对水稻驯化与演化过程的追踪与比对,首次定位到决定生长周期特征的关键基因EBT1。该基因由两个串联的微小RNA基因MIR156B和MIR156C组成,作用类似植株的“年龄调节器”。 在野生稻中,种子成熟后EBT1会再次被激活,促使植株恢复营养生长,重新长出叶片、分蘖和根系,开启新的生长轮回;而在栽培稻中,EBT1在开花结实后逐渐沉默,植株随即进入加速衰老。研究认为,这与长期人工选择方向有关:早期农业更强调籽粒产量、成熟整齐和株型紧凑等性状,在不知不觉中削弱甚至关闭了与多年生再生相关的调控通路,使一年一熟、集中收获的体系更稳定也更便于管理。 影响——为多年生化育种提供基因靶点,也打开了栽培管理的新思路。 研究深入指出,野生稻“返老还童”的关键在于一种被称为“成花逆转”的机制:植株完成开花繁殖后,能够打破生殖生长“单向前进”的状态,重新回到营养生长,从而持续再生,表现为类似无性扩繁的效果。这为理解作物衰老、再生与生命周期调控提供了重要线索。 在应用层面,团队将EBT1与已知影响野生稻株型的PROG1、TIG1等基因进行组合验证,获得带有部分野生稻特征的材料,并在海南开展田间试验。相关材料连续生长两年仍保持活力且可多次收割,表明通过遗传改良实现水稻多年生化并非停留在概念层面,而是具备进一步育种转化的基础。 如果未来能形成稳定品种并配套相应栽培技术,潜在收益可能体现在多上:减少每年播种和整地投入,降低种子与劳动力成本;生态敏感区域,减少翻耕频次有望降低土壤扰动、改善水土保持;多年生体系也可能为农机作业、田间管理以及轮作休耕提供新的组织方式。 对策——从实验材料走向生产应用,仍需跨越育种与栽培两道关口。 科研人员指出,多年生化不是简单“延长寿命”,而是要在再生能力、产量稳定性、抗逆性以及病虫害风险之间找到平衡。一上,需要优化对EBT1等关键模块的精准调控,使再生发生的时间、强度和分蘖结构更贴近高产需求;另一方面,也要建立匹配的田间管理方案,包括收割方式、留茬高度、追肥与水分管理,以及越冬(或越旱季)保活措施等,避免多年生栽培带来病虫源累积或群体退化。 从区域适宜性看,多年生水稻更可能先在温暖湿润地区开展示范,如我国西南部分区域以及具备暖冬条件的地区;对长江流域等地,则仍需围绕低温适应、越冬成活和再生后稳产等指标开展系统选育与测试。 针对公众关注的品质问题,专家表示,EBT1主要参与生长周期调控,与稻米口感、香味等品质性状没有直接对应关系。理论上,该路径可与优质稻改良同步推进,但最终仍需以多点、多年品质与安全评价结果为准。 前景——面向可持续农业的育种新方向正在形成。 业内人士认为,EBT1的发现让水稻“多年生化”从经验性探索转向可设计、可验证的分子育种路径,有望与现代育种技术、种质创新和绿色栽培技术形成合力。未来4至5年,若能在品种稳定性、区域适应性和配套技术上取得突破,相关成果有望从试验田走向更大范围的示范应用。同时,这项研究也为理解作物驯化过程中的“得与失”提供了新视角:人类在追求高产、成熟整齐与便于收获的同时,可能也削弱了某些生态适应能力;在新的资源与环境约束下,重新发掘并“找回”部分被弱化的生物学能力,或将成为作物改良的重要方向。

从野生稻“实后再发”的生命节律,到现代稻作高效的一年生体系,再到如今对多年生潜力的重新挖掘,这项研究提示人们:农业进步不仅是把产量做高,也是在更低资源消耗下把供给做稳。锁定并调控作物生命周期的关键“开关”,为稻作可持续发展打开了新的空间;而让科研成果真正落到田间,还需要在持续验证、技术配套与产业协同中进行。