北京时间3月20日，国际顶级学术期刊《Science》刊登了中国科学院分子植物科学卓越创新中心的一项研究成果。韩斌院士团队与王佳伟研究员团队合作，回答了农业科学界长期关注的问题：水稻在人工驯化过程中，如何从能够多年持续生长的多年生植物，演化为需要每年播种的一年生作物。水稻是全球最重要的粮食作物之一，但现有栽培稻均为一年生，农民每年都要重复耕种、播种和收获。相比之下，水稻祖先之一的普通野生稻具备多年生和匍匐生长特性，开花结实后仍可继续生长，并通过无性繁殖实现自我更新。为何会出现这种差异，其背后的演化机制长期缺乏清晰解释。为揭示该过程，研究团队对446份野生稻资源进行了系统观察与分析。他们发现，一些野生稻在种子成熟后并不会像栽培稻那样整株枯死，而是在茎节腋芽处持续萌发新枝。新枝落地后可生根并形成独立新株，从而实现无性繁殖和多年持续生长。研究将这种开花后重新回到营养生长阶段的现象称为“成花逆转”，这是水稻多年生特性的重要基础。通过与一年生籼稻品种的杂交实验，研究团队结合染色体替换和图位克隆等技术，定位到控制该性状的关键基因EBT1。该基因由两个串联排列的微小RNA基因MIR156B和MIR156C组成，它们在植物发育中相当于“年龄开关”，调控植株从幼年向成年的转变。分子生物学分析显示，在野生稻中，这两个基因的表达量会随植株年龄增长而下降，但在开花之后会在腋芽中再次被激活。“年龄开关”重启后，腋芽表现出类似幼年期的旺盛营养生长能力，持续产生新分蘖，从而体现为多年持续生长。继续分析表明，这一过程与EBT1位点的表观修饰状态密切有关，涉及表观遗传调控。研究团队对大量野生稻和栽培稻基因组进行比较后发现，EBT1所在区域在水稻驯化过程中经历了强烈的人工选择。这提示在长期选育高产、株型紧凑的栽培稻过程中，与多年生相关的遗传变异可能被逐步筛除，从而提高单季产量的同时，也固化了“每年重种”的生产模式。为验证EBT1的功能，研究团队将其与另外两个控制匍匐生长的基因进行聚合，创制出可重现野生稻多年生表型的“类野生稻”材料。在海南的田间试验中，该材料表现出较强的无性繁殖能力，存活周期至少可达两年，为水稻多年生化改良提供了关键依据。这项研究的意义不止于解释驯化机制。若能培育出无需年年耕种的多年生谷物品种，有望显著降低劳动力投入，减少土壤扰动与水土流失，并降低生产成本。同期《Science》杂志的评论指出，充分利用野生稻保留的遗传资源，可能是实现多年生谷物育种的重要路径。
这项由中国科学家完成的原创性研究，既解开了作物驯化史中的关键问题，也为水稻育种提供了新的方向；随着多年生作物研究不断推进，对应的成果有望转化为更高效、可持续的农业生产方式，为应对全球粮食安全挑战提供新的思路与选择。