這項為水稻品種多年生化改良及再生稻育種提供重要理論依據和基因資源的重要研究成果，由中國科學院分子植物科學卓越創新中心韓斌院士團隊、王佳偉研究員團隊合作完成，北京時間3月20日凌晨，相關論文以封面文章在國際學術期刊《科學》(Science)上線發表。

　　定位并克隆“長壽”基因

　　韓斌院士介紹說，栽培稻是全球最重要的一年生糧食作物之一，其祖先普通野生稻卻是一種多年生、匍匐生長的野草狀植物。在水稻馴化過程中，多年生的野生稻如何逐漸演化為一年生的栽培稻一直是未解之謎。

　　為破解謎團，研究團隊首先對446份野生稻資源進行系統分析，發現部分野生稻材料與一年生栽培稻不同，其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，以野草狀表型和“成花逆轉”現象(即開花后出現發育程序的逆轉，重新返回營養生長期)，呈現出一種無性繁殖的多年生生活習性。

　　為找到其決定性的“長壽”基因，研究團隊以多年生東鄉野生稻W1943與一年生栽培稻秈稻廣陸矮四號雜交，構建染色體替換系、開展遺傳學研究。他們利用精細的圖位克隆技術，最終定位并克隆出該“長壽”基因，命名為EBT1，寓意為“無盡的分枝與分蘗”。

　　EBT1基因突變是導火索

　　王佳偉研究員指出，進一步研究發現，EBT1基因座位由兩個串聯排列的微小RNA(miRNA156)基因(MIR156B和MIR156C)組成。

　　作為植物的“年齡開關”，miR156基因調控著植物的發育進程，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。本項研究卻發現，盡管野生稻MIR156B和MIR156C也遵循類似“隨年齡遞減”的傳統表達模式，但它們會在開花后分蘗節的腋芽中重新被激活。

　　深入分析發現，EBT1基因的突變是導致水稻由多年生“長壽”植物變為一年生“短命”植物的導火索。多年生野生稻長壽的秘密在于發育程序的逆轉，即可以從生殖生長(開花結果)逆轉為營養生長(長莖、分枝和葉片)，從而實現生理學年齡的重置。

　　至于水稻“長壽”基因的丟失之謎，研究團隊開展的野生稻和栽培稻群體基因組遺傳變異分析顯示，EBT1基因區域在水稻馴化過程中受到人工選擇，這意味著人類祖先在水稻馴化過程中，主要追求一年生栽培稻能夠株型緊湊、快速生長，并比多年生野生稻產出更多籽粒(高產與優質)，可能在不經意間“丟棄”了野生稻的多年生“長壽”基因。

　　成功創制出“類野生稻”

　　王佳偉稱，人類把多年生野生稻馴化成一年生栽培稻，提高了水稻單季產量，但也增加了栽培成本。如果能在目前一年生栽培稻的基礎上，添加多年生的能力，就有可能在條件適合的地方，實現水稻一次播種、多季收獲，既能節省勞力成本，也會減緩水土流失。

　　在最新發表“兩個串聯miRNA156基因的重置賦予水稻多年生特性”論文的研究中，中國團隊將“長壽”基因EBT1與已知兩個水稻匍匐基因PROG1和TIG1聚合，成功創制出“類野生稻”植株。截至目前的實驗研究表明，該聚合材料具有強大的無性繁殖能力，“類野生稻”在海南田間環境中可以存活至少兩年。

　　這一突破也表明，通過雜交育種將野生稻型EBT1等位基因導入栽培稻背景，有望將多年生生長特性重新引入高產栽培稻，為“多年生水稻”育種和“一種多收”的再生稻改良提供寶貴的遺傳信息和資源，對降低勞動投入和生產成本、保障糧食安全和推動農業可持續發展，也具有重要意義和深遠影響。

　　韓斌表示，以本項研究進展為基礎，后續加強產學研合作推進成果轉化應用，相信袁隆平院士“禾下乘涼夢”、國際科學評論人“稻田變果園”等愿景，在不久的將來有望成為現實。(完)