AI視頻 | 水稻“長(zhǎng)壽”的基因就藏在“野草”里

▲視頻中部分內(nèi)容由AI生成

我們吃的大米（栽培稻）是一年生的，但它的祖先——普通野生稻卻是多年生、匍匐生長(zhǎng)的“野草”。在水稻馴化過程里，野生稻是怎么一步步變成一年生栽培稻，一直是個(gè)未解之謎。

日前，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心團(tuán)隊(duì)首次克隆出決定野生稻多年生習(xí)性的“長(zhǎng)壽基因”EBT1，并發(fā)現(xiàn)正是這個(gè)基因座位表達(dá)模式發(fā)生改變，讓水稻從多年生變成了一年生。

團(tuán)隊(duì)觀察446份野生稻發(fā)現(xiàn)，與一年生栽培稻不同，部分野生稻在種子成熟后不會(huì)枯萎死亡，反而在莖節(jié)處持續(xù)萌發(fā)出新的側(cè)枝，這些分枝落地生根，發(fā)育成新的植株。這是一種“成花逆轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，簡(jiǎn)單來說，就是野生稻開花結(jié)果后，重新回到營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)無性繁殖、多年生長(zhǎng)。

▲MIR156BC的重置介導(dǎo)了水稻從一年生向營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)型多年生的轉(zhuǎn)變

為了找到控制水稻多年生的關(guān)鍵基因，團(tuán)隊(duì)將多年生東鄉(xiāng)野生稻與一年生秈稻雜交，構(gòu)建了染色體替換系，再通過精細(xì)圖位克隆技術(shù)，最終定位并克隆出EBT1。該基因座位由兩個(gè)微小RNA基因MIR156B和MIR156C組成。

miR156是植物的“年齡開關(guān)”。傳統(tǒng)認(rèn)為，它在植物幼苗期高表達(dá)，長(zhǎng)大后慢慢減少，促使植物從長(zhǎng)葉轉(zhuǎn)向開花結(jié)果。但新研究發(fā)現(xiàn)，野生稻的MIR156B和MIR156C在開花后重新被激活，讓腋芽逆轉(zhuǎn)發(fā)育，恢復(fù)生長(zhǎng)，不斷長(zhǎng)出新的分枝，實(shí)現(xiàn)無性繁殖。這個(gè)獨(dú)特的現(xiàn)象與野生稻EBT1基因座位的表觀修飾狀態(tài)密切相關(guān)。

研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，這個(gè)基因在水稻馴化過程中受到過人工選擇，人們在追求高產(chǎn)和株型緊湊的栽培稻時(shí)，可能無意“丟掉”了野生稻的多年生基因。

值得一提的是，科研人員把EBT1與已知的兩個(gè)水稻匍匐基因聚合，成功培育出能夠復(fù)現(xiàn)野生稻野草表型的“類野生稻”植株。這種水稻無性繁殖能力強(qiáng)，在海南田間至少能存活兩年。

這項(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)，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(jù)和基因資源。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1126/science.adv2188

來源：中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心

責(zé)任編輯：侯茜