多年生水稻的“基因开关”找到了
发布时间：2026-04-20
信息来源：科技日报
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水稻是我国最主要的粮食作物之一。现在广泛种植的栽培稻为一年生作物，但其祖先野生稻却是多年生植物，可像野草一样年复一年生长。从多年生到一年生，这一关键转变的机制一直是科学界的未解之谜。
中国科学院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心主任韩斌与研究员王佳伟团队历经8年联合攻关，首次成功克隆了控制野生稻多年生习性的关键基因EBT1，并揭示了该基因在水稻驯化过程中的演变机制。近日，该成果以封面形式发表于国际期刊《科学》，为培育多年生水稻，实现“一次播种、多季收获”奠定了重要理论基础。
发现野生稻“长寿基因”
普通野生稻在开花结籽后并不会衰老死亡，其腋芽能够不断萌发新的侧枝，实现多年持续生长；而栽培稻在开花结实后则逐步衰老枯死，这正是一年生与多年生水稻的本质区别。
为揭开野生稻“长寿”的秘密，研究团队将多年生的东乡野生稻W1943与一年生栽培稻广陆矮四号杂交，构建了染色体替换系，最终将目标基因定位在1号染色体上一个名为EBT1的区域。该区域由两个串联的微小RNA基因——MIR156B和MIR156C组成。
“这个发现让我很意外。”王佳伟说，“我从2005年开始研究miR156，没想到最终控制水稻多年生性状的正是这个基因。这种巧合，让人由衷感慨自然的神奇！”
miR156是2024年诺贝尔生理学或医学奖获奖领域microRNA（微小核糖核酸）在植物领域中的核心成员，被誉为植物的“年龄开关”。在幼苗期，miR156高表达；随着植物年龄增长，其表达量逐渐降低，推动植物从长根、茎、叶向开花、结实转变。团队研究发现，在多年生野生稻中，miR156会在开花后的分蘖节腋芽中重新被激活，实现表达状态的“重置”。这使腋芽的发育程序发生逆转，不断产生新分蘖，让野生稻实现“返老还童”式的多年生生长。
然而，在栽培稻驯化过程中，这一关键的“重置”机制丢失了。群体遗传学分析显示，EBT1基因区域受到强烈的人工选择。人类祖先为追求高产和紧凑株型，无意中丢弃了野生稻的这一“长寿基因”。
加快多年生稻育种
找到关键基因只是第一步。如何将其应用于育种、推向生产，才是更大挑战。
团队将EBT1与两个已知控制匍匐生长的基因——PROG1和TIG1聚合，成功创制出复现野生稻表型的“类野生稻”植株。该材料具有强大的无性繁殖能力，在海南田间环境下可存活至少两年。
聚合材料的分蘖能力惊人。《科学》同期配发的评论文章称，团队培育的类野生稻代表G43材料能长出约70个次生分蘖，而其野生型亲本通常仅有十几个次生分蘖。“如果水稻能够每年自行生长，无需耕地和重新播种，将大幅减轻农民劳动强度，同时减缓水土流失。”该评论认为。
那么，真正可用于生产的多年生栽培稻，何时能走进田间？
“预计4—5年就能筛选出一个多年生水稻品种。”韩斌说，“目前普通水稻‘底盘品种’亩产约500公斤，多年生品种亩产可能会降至300—400公斤，但它无需年年播种。在丘陵山区和劳动力短缺地区，这样的产量代价完全值得。”
王佳伟补充道：“未来我们将重点优化生长循环，让每个周期内的种子结实量尽可能提高，达到多年生特性与高产的协同平衡。”
值得关注的是，这项研究为作物多年生改良提供了全新的技术路径。2018年，云南大学胡凤益团队利用长雄野生稻地下茎特性培育多年生稻，历时数十年且遗传基础复杂。EBT1基因的发现，有望大幅缩短多年生作物育种周期。“如果在其他多年生谷物中发现类似机制，我们不会感到意外。”韩斌说，这意味着，EBT1基因的应用潜力不仅限于水稻，未来还可能拓展至小麦等重要粮食作物。
下一步，团队将继续解析EBT1基因的调控网络，推动多年生水稻育种从实验室走向田间地头，为保障国家粮食安全、推动农业可持续发展提供全新的中国方案。
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