近日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心，植物性狀形成與塑造全國重點實驗室韓斌院士團(tuán)隊和植物高效碳匯重點實驗室（中國科學(xué)院）王佳偉研究員團(tuán)隊在《Science》期刊上發(fā)表題為“Resetting of a tandem microRNA156 enables vegetative perennial growth in rice”的封面論文。中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心韓斌院士和王佳偉研究員為論文的共同通訊作者，在站博士后戴冰馨（已畢業(yè)上海科技大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士）、高級工程師呂丹鳳和已畢業(yè)博士生陳二旺為論文的共同第一作者。

研究團(tuán)隊首先對446份野生稻資源進(jìn)行了系統(tǒng)的表型考查，發(fā)現(xiàn)部分野生稻材料與一年生栽培稻不同，這些植株在種子成熟后并未衰老死亡，而是在節(jié)間腋芽處持續(xù)萌發(fā)出新的側(cè)枝。這些分枝會不斷延伸，持續(xù)生長，落地后會生根并發(fā)育成為新的植株，從而呈現(xiàn)出野草狀的表型。也就是在開花后出現(xiàn)發(fā)育程序的逆轉(zhuǎn)，重新返回營養(yǎng)生長期（“成花逆轉(zhuǎn)”現(xiàn)象），從而呈現(xiàn)出一種無性繁殖的多年生生活習(xí)性。

為了找到?jīng)Q定該多年生表型的關(guān)鍵基因，研究團(tuán)隊以多年生東鄉(xiāng)野生稻W(wǎng)1943（Oryza rufipogon，野生稻的一種）與一年生栽培稻秈稻廣陸矮四號（GLA4）雜交，構(gòu)建染色體替換系，開展了正向遺傳學(xué)研究。利用精細(xì)的圖位克隆技術(shù)，最終定位并克隆到該基因，命名為Endless Branches and Tillers 1（EBT1），意為“無盡的分枝與分蘗”。研究發(fā)現(xiàn)，該基因座位由兩個串聯(lián)排列的微小RNA（microRNA）基因——MIR156B和MIR156C組成。

miR156是植物的“年齡開關(guān)”，調(diào)控了植物的發(fā)育進(jìn)程。經(jīng)典理論認(rèn)為，miR156在幼苗期高表達(dá)，隨著植物年齡的增長，其表達(dá)量逐漸降低，從而推動植物由營養(yǎng)生長向生殖生長的轉(zhuǎn)變。出人意料的是，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，盡管野生稻MIR156B和MIR156C也遵循類似“隨年齡遞減”的表達(dá)模式，但它們會在開花后分蘗節(jié)的腋芽中重新被激活。這種表達(dá)狀態(tài)的重啟（reset），使得腋芽能夠出現(xiàn)發(fā)育程序的逆轉(zhuǎn)，恢復(fù)營養(yǎng)生長能力，不斷產(chǎn)生新的分蘗，從而呈現(xiàn)出“無性繁殖”的發(fā)育模式。進(jìn)一步深入分析發(fā)現(xiàn)，這一獨特的重啟現(xiàn)象與野生稻EBT1（MIR156B和MIR156C）基因座位的表觀修飾狀態(tài)密切相關(guān)。

MIR156BC開花后表達(dá)的重啟是野生稻多年生生活習(xí)性建立的分子基礎(chǔ)

該位點的野生稻和栽培稻群體基因組遺傳變異分析顯示，該基因區(qū)域在水稻馴化過程中受到人工選擇。這意味著，在追求高產(chǎn)和株型緊湊的栽培稻時，人們可能無意中“丟棄”了野生稻的多年生基因。進(jìn)一步，研究團(tuán)隊通過將EBT1與已知的兩個水稻匍匐基因PROG1和TIG1聚合，成功創(chuàng)制出能夠復(fù)現(xiàn)野生稻野草表型的“類野生稻”植株。該聚合材料具有強(qiáng)大的無性繁殖能力，在海南田間環(huán)境中可以存活至少兩年。