中國科學(xué)院最新研究論文，登上Science封面

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

植物展現(xiàn)出多種多樣的生活史策略。水稻（栽培稻）是全球種植最廣泛的主糧作物之一，作為一年生植物進(jìn)行栽培，而其祖先野生稻，卻具有多年生的生長習(xí)性，表現(xiàn)為持續(xù)的營養(yǎng)生長和反復(fù)的繁殖。在水稻馴化過程中，這種多年生的生長習(xí)性基本喪失，這代表著水稻生活史策略的一個(gè)重要轉(zhuǎn)變。然而，導(dǎo)致這一轉(zhuǎn)變的遺傳基礎(chǔ)，一直是未解之謎。

2026 年 3 月 19 日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心韓斌院士團(tuán)隊(duì)、王佳偉研究員團(tuán)隊(duì)合作（戴冰馨、呂丹鳳、陳二旺為論文共同第一作者），在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Science上發(fā)表了題為：Resetting of a tandem microRNA156 enables vegetative perennial growth in rice 的研究論文，該論文還被選為當(dāng)期封面論文。

該研究首次克隆了決定野生稻多年生生活習(xí)性的關(guān)鍵基因——EBT1，并闡明了該基因座位表達(dá)模式的改變是水稻在馴化過程中由多年生向一年生轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。

野生稻是栽培稻的祖先，是一種多年生的匍匐植物，這項(xiàng)最新研究揭示了野生稻多年生生長習(xí)性的秘訣在于由miRNA引導(dǎo)的發(fā)育逆轉(zhuǎn)。封面圖展示了將多年生基因與匍匐生長基因相結(jié)合，使栽培稻能夠模擬野生稻的生長發(fā)育過程，這些發(fā)現(xiàn)為未來開發(fā)多年生水稻品種鋪平了道路。

在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)利用 446 份多年生野生稻材料，對(duì)與多年生生長習(xí)性相關(guān)的性狀進(jìn)行了研究。在栽培稻的直接祖先——普通野生稻（Oryza rufipogon）中，與多年生生長習(xí)性相關(guān)的一個(gè)關(guān)鍵性狀是草本狀的植株結(jié)構(gòu)，其特征為分蘗廣泛、花序逆轉(zhuǎn)和營養(yǎng)繁殖——這種表型在現(xiàn)代栽培稻中基本不存在。

研究團(tuán)隊(duì)鑒定出一個(gè)含有串聯(lián) microRNA156 基因（MIR156BC）的基因位點(diǎn)。通過表達(dá)模式分析和表觀基因組學(xué)分析，研究團(tuán)隊(duì)分析了 miR156 豐度的動(dòng)態(tài)變化如何促進(jìn)普通野生稻的營養(yǎng)多年生生長習(xí)性。最后，研究團(tuán)隊(duì)探討了通過將該基因位點(diǎn)以及與匍匐生長相關(guān)的位點(diǎn)導(dǎo)入栽培稻，是否能夠重現(xiàn)普通野生稻的營養(yǎng)多年生生長習(xí)性。

具體來說，研究團(tuán)隊(duì)鑒定并命名了決定野生稻多年生的關(guān)鍵基因——EBT1（Endless Branches and Tillers 1），該基因座由兩個(gè)串聯(lián)排列的微小 RNA（microRNA）基因——MIR156B 和 MIR156C（MIR156BC）組成。攜帶 EBT1 等位基因的野生稻在開花后會(huì)表現(xiàn)出旺盛的分蘗芽生長和持續(xù)的營養(yǎng)生長。

從機(jī)制上講，與現(xiàn)代一年生栽培稻品種中的 MIR156BC 不同，野生稻中的 MIR156BC 在開花后發(fā)育中的分蘗芽中可以重新設(shè)定表達(dá)。這種表達(dá)模式與 EBT1 調(diào)控區(qū)域的染色質(zhì)可及性增加以及抑制性表觀遺傳標(biāo)記 H3K27me3 的減少有關(guān)。

在上述發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)將 EBT1 基因與已知的兩個(gè)水稻匍匐基因 PROG1 和 TIG1 聚合，成功讓一年生栽培稻在很大程度上重現(xiàn)了野生稻的營養(yǎng)生長多年生習(xí)性，在海南田間環(huán)境中至少可以存活兩年。

總的來說，該研究確定了 MIR156BC 是水稻多年生的關(guān)鍵決定因素。在野生稻中，MIR156BC 位點(diǎn)獨(dú)特的表觀遺傳狀態(tài)使其在開花后能夠重置，進(jìn)而導(dǎo)致花器官退化和營養(yǎng)生長的多年生特性。這項(xiàng)研究不僅為谷類作物多年生特性的遺傳基礎(chǔ)提供了新的見解，也為未來開發(fā)可持續(xù)的多年生水稻品種鋪平了道路。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv2188