水稻,這種我們餐桌上最常見的主糧,在人工馴化后變得“短命”——從播種到收獲僅需一年,隨后便走向枯萎。然而,它的野生祖先卻擁有近乎“永生”的能力:每年新芽萌發,開花后仍能繼續生長,仿佛跳出了時間的輪回。近日,一項發表于國際頂尖學術期刊《科學》的研究,揭開了這一生命奧秘的關鍵基因,為培育“種一次、收多年”的水稻帶來了可能。
中國科學院分子植物科學卓越創新中心的研究團隊,通過長期追蹤水稻從野生到栽培的演化軌跡,首次定位到決定其生長周期的關鍵基因EBT1。這一基因由兩個串聯的微小RNA基因MIR156B和MIR156C組成,堪稱植物的“年齡調節器”。在野生稻中,EBT1在種子成熟后會被重新激活,促使植株再次長出葉片、分枝和根系,進入新一輪生長周期;而栽培稻的EBT1基因則因馴化過程中的人工選擇,在開花后徹底“沉默”,導致植株迅速衰老死亡。
研究團隊進一步發現,野生稻的“返老還童”現象源于一種獨特的“成花逆轉”機制。當EBT1基因被激活時,植株會打破開花與營養生長的界限,在完成繁殖后繼續進行營養生長,從而實現無性繁殖。這一特性在栽培稻中被人為“舍棄”——古代農民在馴化過程中更關注產量、籽粒飽滿度和株型緊湊性,無意間關閉了EBT1基因的表達開關。
有趣的是,這一基因早在多年前就進入了研究團隊的視野。團隊負責人回憶,當時雖注意到其特殊性,但未意識到它在生命周期調控中的核心作用。直到通過基因組比對和功能驗證,才確認EBT1是連接野生稻多年生特性與栽培稻一年生特性的“橋梁”。
為驗證EBT1的功能,研究團隊將其與已知的水稻匍匐基因PROG1和TIG1結合,成功培育出具有野生稻特征的“類野生稻”植株。在海南的試驗田中,這種植株連續生長兩年仍保持活力,且能多次收割。這一突破意味著,未來或許可通過基因編輯技術,讓栽培稻重獲多年生能力,從而減少農民的耕作強度、降低種子成本,并有效遏制水土流失。
不過,這項技術仍面臨地域限制。研究人員指出,多年生水稻更適宜在溫暖濕潤的南方地區種植,如貴州、云南等地;上海等長江流域城市在暖冬條件下也可能嘗試,但需進一步優化品種適應性。關于公眾關心的口感問題,專家表示,EBT1基因僅調控生長周期,不影響稻米品質,理論上所有水稻品種均可通過類似技術改良。
這項成果的誕生,源于跨學科團隊的深度合作。遺傳學團隊提供野生稻資源與基因組分析平臺,發育生物學團隊則解析基因表達機制,雙方通過資源共享與思路碰撞,完成了從基因定位到機制闡釋的全鏈條研究。目前,團隊正致力于優化基因編輯技術,預計四至五年后有望實現多年生水稻的規模化種植。
從“一歲一枯榮”的栽培稻,到“春風吹又生”的野生稻,再到可能重返田間的多年生水稻,EBT1基因的發現不僅改寫了我們對植物生命周期的認知,更打開了農業可持續發展的新窗口。這把重啟生命循環的“鑰匙”,或許將引領人類重新定義與作物的共生關系。











