一株打破傳統認知的水稻登上了國際頂級學術期刊《科學》的封面——它不僅能在開花結果后“返老還童”,還能持續生長多年。這項由中國科學院分子植物科學卓越創新中心團隊完成的突破性研究,揭示了水稻從一年生向多年生演化的關鍵機制,為全球糧食生產帶來新的可能。
水稻作為全球半數人口的主糧,其一年生特性意味著每年都需要重新播種、耕作,不僅耗費大量人力物力,還加劇了水土流失。然而,科學家發現,水稻的野生祖先原本具有多年生特性,只是在人類馴化過程中逐漸喪失了這一能力。研究團隊通過對446份野生稻資源的系統分析,發現部分野生稻在完成生殖生長后,其腋芽會萌發新枝,形成新的植株,從而實現生理年齡的重置。
這一現象背后,是一個名為EBT1的基因在發揮作用。研究人員發現,EBT1基因的突變是導致水稻從多年生變為一年生的關鍵。當這一基因被重新激活時,水稻能夠逆轉生長程序,在開花后重新進入營養生長期,持續萌發新枝。團隊將EBT1基因與兩個已知的匍匐生長基因結合,成功培育出匍匐生長的多年生栽培稻,在海南田間試驗中,部分植株已存活兩年半以上。
在實驗室的溫室里,這些多年生水稻展現出獨特的生長狀態。與直立生長的一年生水稻不同,它們匍匐于地面,葉片翠綠,部分植株正在抽穗。更引人注目的是一盆存活兩年半的植株,其老葉已泛黃,但新枝仍不斷從葉叢間萌發,形成“老樹發新芽”的景象。這種無性繁殖能力使水稻無需每年播種,在適宜環境下可自行生長多年。
研究過程中,科學家意外發現了一個熟悉的“老朋友”——miR156基因。這個被稱為植物“年齡開關”的基因,此前被認為只在營養生長向生殖生長轉變時發揮作用。然而,研究顯示,在野生稻中,miR156基因在開花后會被重新激活,幫助植株重置生理年齡。這一發現顛覆了科學界對植物衰老機制的認知,也為作物改良提供了新思路。
這項突破性成果的取得,源于兩個團隊的緊密合作。韓斌團隊長期深耕水稻遺傳學與基因組學,曾完成水稻第四號染色體精確測序;王佳偉團隊則在植物多年生研究領域取得多項突破,2024年將一年生擬南芥轉化為多年生。兩個團隊優勢互補,共同攻克了這一科學難題。
研究背后是科研人員數年的堅守。為觀察水稻生長規律,團隊成員在海南陵水基地駐守,克服了臺風摧毀試驗田、試驗稻被誤當雜草犁掉等困難。當首次拍到miR156基因在開花后重新激活的熒光圖像時,所有成員都難掩激動——這正是多年生水稻“返老還童”的核心證據。
這項研究不僅破解了水稻演化的千年謎題,也為農業可持續發展提供了新方向。多年生水稻可減少耕作次數,降低生產成本,特別適合在丘陵和山區推廣,有助于減緩水土流失。目前,研究團隊正與育種專家合作,篩選兼具多年生特性、高產與優質的水稻品種,預計未來四到五年內可取得重要進展。
這一突破也彰顯了學科交叉融合的力量。分子植物科學中心通過構建多學科融合體系,鼓勵科研人員開放交流,使原本獨立的研究領域相互賦能。過去一年,該中心以第一或通訊作者單位在《細胞》《自然》《科學》三大頂刊發表重要成果13篇,位居全球植物科學研究機構前列,成為國際植物科學領域的重要創新力量。











