人民網(wǎng)北京3月20日電 (記者趙竹青)記者從中國科學(xué)院獲悉，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心，植物性狀形成與塑造全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室韓斌院士團(tuán)隊(duì)和植物高效碳匯重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國科學(xué)院)王佳偉研究員團(tuán)隊(duì)，首次克隆了決定野生稻多年生生活習(xí)性的關(guān)鍵基因EBT1，并闡明了該基因座位表達(dá)模式的改變是水稻在馴化過程中由多年生向一年生轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。該研究3月20日以封面文章形式在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上發(fā)表。

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，野生稻是如何逐漸演化為一年生的栽培稻一直是一個(gè)未解之謎。

研究團(tuán)隊(duì)首先對(duì)446份野生稻資源進(jìn)行了系統(tǒng)的表型考查，發(fā)現(xiàn)部分野生稻材料與一年生栽培稻不同，這些植株在種子成熟后并未衰老死亡，而是在節(jié)間腋芽處持續(xù)萌發(fā)出新的側(cè)枝。這些分枝會(huì)不斷延伸，持續(xù)生長，落地后會(huì)生根并發(fā)育成為新的植株，從而呈現(xiàn)出野草狀的表型。也就是在開花后出現(xiàn)發(fā)育程序的逆轉(zhuǎn)，重新返回營養(yǎng)生長期(“成花逆轉(zhuǎn)”現(xiàn)象)，從而呈現(xiàn)出一種無性繁殖的多年生生活習(xí)性。

為了找到?jīng)Q定該多年生表型的關(guān)鍵基因，研究團(tuán)隊(duì)以多年生東鄉(xiāng)野生稻W(wǎng)1943與一年生栽培稻秈稻廣陸矮四號(hào)雜交，構(gòu)建染色體替換系，開展了正向遺傳學(xué)研究。利用精細(xì)的圖位克隆技術(shù)，最終定位并克隆到該基因，命名為EBT1，意為“無盡的分枝與分蘗”。研究發(fā)現(xiàn)，該基因座位由兩個(gè)串聯(lián)排列的微小RNA基因——MIR156B和MIR156C組成。

miR156是植物的“年齡開關(guān)”，調(diào)控了植物的發(fā)育進(jìn)程。經(jīng)典理論認(rèn)為，miR156在幼苗期高表達(dá)，隨著植物年齡的增長，其表達(dá)量逐漸降低，從而推動(dòng)植物由營養(yǎng)生長向生殖生長的轉(zhuǎn)變。出人意料的是，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，盡管野生稻MIR156B和MIR156C也遵循類似“隨年齡遞減”的表達(dá)模式，但它們會(huì)在開花后分蘗節(jié)的腋芽中重新被激活。這種表達(dá)狀態(tài)的重啟或重置，使得腋芽能夠出現(xiàn)發(fā)育程序的逆轉(zhuǎn)，恢復(fù)營養(yǎng)生長能力，不斷產(chǎn)生新的分蘗，從而呈現(xiàn)出“無性繁殖”的發(fā)育模式。進(jìn)一步深入分析發(fā)現(xiàn)，這一獨(dú)特的重啟現(xiàn)象與野生稻EBT1(MIR156B和MIR156C)基因座位的表觀修飾狀態(tài)密切相關(guān)。

該位點(diǎn)的野生稻和栽培稻群體基因組遺傳變異分析顯示，該基因區(qū)域在水稻馴化過程中受到人工選擇。這意味著，在追求高產(chǎn)和株型緊湊的栽培稻時(shí)，人們可能無意中“丟棄”了野生稻的多年生基因。進(jìn)一步，研究團(tuán)隊(duì)通過將EBT1與已知的兩個(gè)水稻匍匐基因PROG1和TIG1聚合，成功創(chuàng)制出能夠復(fù)現(xiàn)野生稻野草表型的“類野生稻”植株。該聚合材料具有強(qiáng)大的無性繁殖能力，在海南田間環(huán)境中可以存活至少兩年。

此項(xiàng)研究不僅深化了人們對(duì)植物生活史策略演化的認(rèn)識(shí)，而且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(jù)和基因資源。