科學家發現野生稻“長壽基因”

中國科學院分子植物科學卓越創新中心韓斌院士團隊、王佳偉研究員團隊合作，首次克隆了決定野生稻多年生習性的關鍵基因Endless Branches and Tillers 1（EBT1），并闡明了該基因座位表達模式的改變，是水稻在馴化過程中由多年生“長壽”植物變為一年生“短命”植物的導火索，深化了人們對植物生活史策略演化的認識，也為水稻品種的多年生化改良及再生稻育種提供了重要的理論依據和基因資源。3月20日，相關研究成果以封面形式發表于《科學》。

栽培稻是全球最重要的一年生糧食作物之一。然而，其祖先普通野生稻卻是一種多年生、匍匐生長的野草狀植物。在水稻馴化過程中，野生稻如何逐漸演化為一年生栽培稻，一直是一個未解之謎。

miR156是植物的“年齡開關”，調控了植物的發育進程。經典理論認為，miR156在幼苗期高表達，隨著植物年齡的增長，其表達量逐漸降低，從而推動植物由營養生長向生殖生長的轉變。

研究團隊對446份野生稻資源進行了系統的表型考查，發現部分野生稻材料植株在種子成熟后并未衰老死亡，而是出現發育程序的逆轉，重新返回營養生長期，在節間腋芽處持續萌發出新的側枝。這些分枝會不斷延伸、持續生長，落地后會生根并發育成為新的植株，呈現出野草狀的表型，表現為一種無性繁殖的多年生生活習性。

進一步地，研究團隊將多年生東鄉野生稻W1943與一年生栽培稻秈稻廣陸矮四號（GLA4）雜交，構建染色體替換系，開展了正向遺傳學研究。利用精細的圖位克隆技術，研究團隊最終定位并克隆得到EBT1。該基因座位由兩個串聯排列的微小RNA（microRNA）基因MIR156B和MIR156C組成。

野生稻MIR156B和MIR156C遵循類似“隨年齡遞減”的表達模式，但它們會在開花后分蘗節的腋芽中重新被激活，使得腋芽能夠出現發育程序的逆轉，恢復營養生長能力，不斷產生新的分蘗，從而呈現出“無性繁殖”的發育模式。

這一獨特的重啟現象與野生稻EBT1基因座位的表觀修飾狀態密切相關。在水稻馴化過程中，該基因區域受到人工選擇，即在追求高產和株型緊湊的栽培稻時，人們可能無意中“丟棄”了野生稻的多年生基因。

進一步地，研究團隊通過將EBT1與已知的兩個水稻匍匐基因PROG1和TIG1聚合，成功創制出能夠復現野生稻野草表型的“類野生稻”植株。該聚合材料具有強大的無性繁殖能力，在海南田間環境中可以存活至少兩年。

相關論文信息：http://doi.org/10.1126/science.adv2188