中科院在站博士后發表《Science》

近日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心，植物性狀形成與塑造全國重點實驗室韓斌院士團隊和植物高效碳匯重點實驗室（中國科學院）王佳偉研究員團隊在《Science》期刊上發表題為“Resetting of a tandem microRNA156 enables vegetative perennial growth in rice”的封面論文。中國科學院分子植物科學卓越創新中心韓斌院士和王佳偉研究員為論文的共同通訊作者，在站博士后戴冰馨（已畢業上海科技大學聯合培養博士）、高級工程師呂丹鳳和已畢業博士生陳二旺為論文的共同第一作者。

研究團隊首先對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，從而呈現出野草狀的表型。也就是在開花后出現發育程序的逆轉，重新返回營養生長期（“成花逆轉”現象），從而呈現出一種無性繁殖的多年生生活習性。

為了找到決定該多年生表型的關鍵基因，研究團隊以多年生東鄉野生稻W1943（Oryza rufipogon，野生稻的一種）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，最終定位并克隆到該基因，命名為Endless Branches and Tillers 1（EBT1），意為“無盡的分枝與分蘗”。研究發現，該基因座位由兩個串聯排列的微小RNA（microRNA）基因——MIR156B和MIR156C組成。

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。出人意料的是，研究團隊發現，盡管野生稻MIR156B和MIR156C也遵循類似“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。這種表達狀態的重啟（reset），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。進一步深入分析發現，這一獨特的重啟現象與野生稻EBT1（MIR156B和MIR156C）基因座位的表觀修飾狀態密切相關。

MIR156BC開花后表達的重啟是野生稻多年生生活習性建立的分子基礎

該位點的野生稻和栽培稻群體基因組遺傳變異分析顯示，該基因區域在水稻馴化過程中受到人工選擇。這意味著，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，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。