我国科学家破解水稻"一年生"驯化密码 EBT1基因发现为粮食安全提供新路径

问题——水稻如何从“多年生野草”演化为“一年熟作物” 水稻是全球重要口粮作物之一,栽培稻长期以一年生种植制度为主,便于集中管理与收获。然而,水稻祖先普通野生稻多呈匍匐生长、能够多年存活的形态特征。数千年人工选择如何促成从多年生到一年生的关键跃迁,一直是作物驯化研究的核心科学问题之一。由于多年生性状受多基因与环境共同影响,过去难以找到决定性遗传因子,也限制了多年生对应的性状育种中的精准利用。 原因——系统资源筛查与遗传定位锁定“多年生开关” 为破解该难题,科研团队从野生稻资源入手,对大量材料开展表型鉴定与比较分析,建立多年生与一年生差异的可量化指标体系。在此基础上,研究人员选择多年生东乡野生稻材料与一年生栽培稻进行杂交,通过构建染色体替换系并采用正向遗传学策略,对目标性状进行逐步定位。研究显示,决定多年生特性的关键遗传信息被锁定在不足200 kb的基因组片段内,并最终确认关键基因EBT1。相关结果表明,EBT1在维持植株多年生存活、节间再生能力等具有重要作用,为解释一年生驯化提供了明确的分子层面证据。 影响——补上驯化链条“关键一环”,也为育种打开新窗口 该发现的科学意义在于,把长期难以解释的驯化性状转变与具体遗传因子建立了对应关系,补齐了从野生稻到栽培稻演化过程中“多年生性状被削弱或丢失”的关键环节。研究人员深入将EBT1与已知匍匐生长相关基因组合验证,获得具有类野生稻特征的材料,表现出较强的节间生根与持续存活能力,可在较复杂气候条件下保持多年生长。此类验证不仅证明EBT1的功能效应,也提示多年生相关性状并非不可逆,而是可以通过遗传改良在一定程度上“找回”。 从农业生产角度看,一年生栽培体系在历史上之所以被广泛采用,与其高产导向、株型紧凑、成熟一致、适合机械化收获等优势密切相关。在人类选择“高收获指数”和“易管理”的过程中,部分多年生相关基因可能被视为不利因素而逐渐被弱化。这一取舍提升了单位面积产出效率,但也带来新的现实挑战,例如频繁整地育秧、劳动力投入集中、部分地区连作压力上升,以及在极端天气条件下稳产能力不足等问题。EBT1的发现,使得科研界能够更清晰地评估一年生与多年生性状在不同生产体系中的成本收益,为分区分场景的品种设计提供依据。 对策——以分子靶标为牵引推进“定向回归”与集成改良 面向育种应用,EBT1提供了清晰可操作的分子靶标。一上,再生稻等生产模式中,通过保持茎秆基部潜伏芽活性与再生能力,有望提升“收割后再抽穗”的稳定性与产量潜力,从而在劳动力紧缺或生长季较长地区增强综合效益。另一上,在盐碱地、干旱或土壤贫瘠等边际环境中,野生稻材料往往具备更强的根系发育与逆境适应性。根据EBT1及相关性状开展组合改良,有望与耐盐碱、耐旱、抗倒伏等目标形成协同,提高作物在复杂环境下的稳产能力。 同时需要看到,多年生性状的引入并非简单“复原”,还需与现代高产、优质、抗病虫以及适配机械化目标统筹设计,避免出现株型过于松散、成熟期不集中或田间管理难度上升等新矛盾。因此,后续工作应在多生态区开展系统评估,建立以产量、品质、抗性、再生能力和管理成本为核心的综合评价体系,并与种植制度、农机农艺、病虫草害防控等环节合力推进。 前景——从解释“过去”走向服务“未来”的育种新范式 随着极端天气事件增多、耕地资源约束加剧与生产要素成本上升,农业对“高产稳产、节本增效、绿色低碳”需求日益迫切。以EBT1为代表的关键基因发现,为作物驯化研究与现代育种之间搭建了更直接的桥梁:既能从遗传层面解释作物如何被塑造,也能为下一步按需设计品种提供“可拆解、可组合”的工具箱。未来,围绕多年生性状与现代栽培体系的适配问题,若能在区域化试验、遗传机制解析与产业化路径上形成合力,有望催生更具韧性的稻作生产模式,为保障粮食安全提供新的技术支撑。

从揭示水稻驯化的关键基因开关,到探索可持续生产的新型性状组合,EBT1的发现提示人们:农业技术进步不仅关乎产量提升,也关乎在不确定性中增强系统韧性。面向未来,如何在高产、易管理与抗逆、低投入之间找到新的平衡点,将决定基因资源从实验室走向田间的实际价值,也将为端牢“中国饭碗”提供更有力的科技支撑。