
作为年生粮食作物,栽培稻只能种次收茬。能否让栽培水稻也像果树样,次种下就能连续多年不停地收获籽实?其实,野生水稻就具有多年生、循环结籽的本,只是在数千年驯化过程中丢失了。上海科学经过8年努力,从野生稻中找回了这“长寿基因”,并将其成功送回栽培稻体内。
3月20日凌晨,这展露出未来农业前景的突破,登上了顶学术期刊《科学》杂志的封面。
《科学》杂志在其报道中称:“试想种每年自行生长,需频繁耕地、重新播种的谷物,不仅可使农民节省劳力,还能减缓水土流失。”这个被学界公认为“困难重重”的课题,在上海得到了关键突破。
锁定水稻“年龄开关”,开启“逆龄生长”
播种、插秧、施肥、放水、收割……每种季水稻都要花费大量劳力临汾家具封边胶厂家,这是因为水稻结籽后就会死亡,法像果树那样,让部分“身体”再次回到营养生长阶段的“幼态”,为下次开花结籽做准备。
“其实,野生水稻是多年生的,能像果树样反复结籽。”科学院院士、科学院分子植物卓越中心主任韩斌研究水稻多年,知要让水稻从“年生”变成“多年生”,关键就在于让它在抽穗结实后,再次回到营养生长阶段。
为此,韩斌找到了佳伟研究员。2018年,在他提议下,佳伟尝试将他寻找植物寿命“开关”的研究拓展到水稻所在的禾本科。“植物控制寿命的基因开关是度保守的,经过反复搜索、确认,我们锁定了两个串联排列的小RNA基因。”通过作,佳伟与韩斌起找到了让水稻多年生的基因——MIR156B和MIR156C,将它命名为EBT1基因。
佳伟解释,MIR156是很多植物的“年龄开关”,随着植物年龄增长,它的表达量会越来越少,植物也就从营养生长向生殖生长转变。不过,野生稻在开花后,这两个串联基因又会重新启动,使得水稻分蘖节的腋芽重新回到营养生长状态,将生长、开花、结籽的历程重复遍。
为了验证实验室里找到的结果,他们将EBT1与野生稻的匍匐基因聚——新创制的水稻能像野生稻样匍匐生长,而且在海南田间环境中已存活了两年,不止次结出籽实。研究人员还将继续观察它究竟能有多“长寿”。
种次收多茬临汾家具封边胶厂家,未来种水稻会省力
在分子植物卓越中心的人工气候室里,记者看到了来自海南的类野生稻——与茎秆直立、穗粒沉甸甸垂下的栽培稻不同,它匍匐在地,横向生长,连稻穗也只是略向上抬起。
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“这次,我们带回来三株,其中株已经存活了两年,万能胶生产厂家也就是《科学》封面图上的那株。”论文的三位作者之、韩斌研究组博士后戴冰馨说,另外两株只生长了4个月,是“同父异母”的两个品种,其中株上已冒出好几串绿的稻穗。研究人员正尝试通过杂交,让多年生水稻产籽能力不断提升。
仅生长4个月的多年生水稻,其中株已经抽穗
韩斌表示,由于分子机制清晰,从野生稻转入的多年生基因可以稳定遗传给后代,未来的重头任务将是提此类水稻的单产,“即便比不上现在的年生水稻,但其综益仍十分可观”。
在我国南山区,存在大量梯田、坡耕地,种植年生水稻,不利于水土保持。若能改种多年生水稻,次播种后,可连续收获几茬、甚至几十茬稻米,不仅可节省下大量劳力,而且随着水稻的根系入土壤,还能减少水土流失,将多碳留在土地里。
“未来的稻田可能与现在截然不同,会像果园,待到稻穗成熟,就能直接采摘。”佳伟设想,将来或许会有与之配套的智能农业机器人出现。
“不卷”研究组何以屡登顶刊
这项研究不可谓不难,过程也不可谓不苦,可戴冰馨却觉得“点也不卷”,日常并没有刻意加班熬夜,只是步步“慢慢做”。今年2月投稿到《科学》,只过了个多月就作为封面论文刊登。
其实,攻克个被公认为“困难重重”的课题,8年时间并不长。在佳伟看来,这得益于中心近几年的前沿布局——他们引入了研究向不同却互补的研究团队,使得创新养分的浓度迅速提。
佳伟、韩斌与博士后戴冰馨、工程师吕丹凤(从左到右)起研讨多年生水稻课题。
由于中心有着浓厚的相互信任、开放作的学术氛围,使得寻求支持为便捷。“我们遇到任何问题,几乎都能在中心找到人帮忙解决。”佳伟说,他们需要野生稻匍匐基因的材料,林鸿宣院士随手就拿了出来;他们要解析分子结构,植物结构生物学张余很快就帮忙解决……
该中心2024年共发表顶刊论文7篇,2025年升至13篇,在植物学基础研究域赢得了“”的口碑。韩斌表示,今年中心正在加紧组建知识产权转移转化职部门,以加速前沿成果赋能种业,为我国粮食安全、农业发展做出贡献。
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