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            水稻在世界各稻區均存在返祖現象

            是什么讓栽培水稻變“野”了

            發布時間:2020-04-21來源:科技日報作者:洪恒飛 柯溢能 江耘105

              栽培水稻發生返祖現象后會呈現出籽實變小、紅皮的特征,經過環境適應進化,種子一成熟即散落田間,之后與栽培水稻伴生。這種山寨版的水稻被稱為雜草稻,由于其遺傳背景與栽培稻極其相似,因此除草劑難以根除,嚴重影響水稻生產。

              不久前,由浙江大學農業與生物技術學院樊龍江教授領銜的國際研究團隊,通過對從涵蓋各大洲16個主要水稻生產國稻區抽取的524份雜草稻樣本進行研究,發現水稻在世界各稻區均存在返祖現象。

              水稻返祖現象源于繁衍之需

              返祖現象也稱野化或去馴化,是生物界經常發生的一個遺傳現象,指栽培作物和家養牲畜等從人工環境回歸自然環境,恢復野生特征。

              研究團隊通過基因組重測序,并結合已有當地栽培稻和野生稻基因組數據資源,在對樣本群體遺傳學分析后發現,全球稻區發生的雜草稻都來自栽培稻,而且這個去馴化過程是一個持續的過程。

              一般認為,水稻的起源歷程,從野生經過馴化與現代遺傳育種改良便結束了。因此有科學家認為雜草稻與栽培稻只是“近親”,沒有直接的血緣關系。但研究團隊的這項最新研究使人類對作物發展的歷史認知又向前推進了。

              樊龍江表示,每年收割水稻時都會有種子落粒,田里種子數量越多,進化出雜草稻的概率越大。因此,減少田間種子遺留的庫容,是減少雜草稻的重要手段。

              為什么進化中會出現返祖現象?研究結果表明,這是適者生存的自然選擇。隨著人們對水稻高產的不斷改良,谷粒變大且不易脫落的水稻便于收割增產提效。這一改良雖滿足了人類需求,卻改變了水稻的生存法則,使其原有的繁衍生存機制被破壞。

              “水稻的落粒特征,即種子成熟后回歸土壤,是其繁衍生存的關鍵,是其在自然界生存最重要的機制。同時將種子變小,也是為了便于傳播生長。”樊龍江解釋道。

              憑借雜交優勢和栽培稻“較勁”

              據了解,雜草稻在我國大面積存在,特別在江蘇、廣東、遼寧和寧夏等地,雜草稻已成為除稗草外影響我國稻田最嚴重的雜草。

              已有科學研究表明,雜草稻在有限的空間中與栽培稻開展競爭,爭水分、爭光照、爭養料。雜草稻實力強勁的很大一部分原因,與其雜交起家的遺傳背景有關。

              在這次調查中,科研人員發現全球特別是在南美稻區,有大量雜交起源的雜草稻,它們或是雜草稻之間或是雜草稻與栽培稻之間雜交形成。這種雜交,導致雜草稻同樣獲得了除草劑的抗性等。

              難以除凈雜草稻的另一個原因就是從外形上很難將其與水稻區別開來。此外,在苗期雜草稻就與栽培稻“較勁”,抽穗之后還會率先成熟。

              樊龍江認為,水稻通過稻苗移栽能夠很好地防控雜草稻。育秧讓水稻苗已經長得很大,這樣一來雜草稻不容易趕上新插的秧。“現在水稻種植大多采用直接播種,省時省力。缺點就在于給了雜草稻與栽培稻一起發芽的機會,相同的‘起跑線’是導致雜草稻越來越多的原因之一。”

              古老基因啟發新型水稻育種

              雜草稻的危害性還來自其休眠特征——它在一定條件下能夠度過田間冬季的嚴酷環境,直到稻季才發芽。

              “這樣年復一年的結果就是雜草稻越來越多,終成大害。”樊龍江說,水稻長,它就長。“如果一塊地閑置兩年重新種植水稻,雜草稻又會‘復活’。”

              栽培稻從野生稻馴化而來,是人類對其基因的重新選擇。而在去馴化的過程中,雜草稻發生了新的基因突變。研究人員對基因組選擇信號分析發現,野化選擇的區域與馴化選擇的區域重疊率很低。

              研究團隊發現全球不同地區雜草稻存在一個共同的強烈基因組分化區域,即7號染色體一個0.5Mb區間。

              該區域包括與種子休眠、抗性相關的基因等,對雜草稻的環境適應性非常重要。此外,休眠性相關基因經歷平行進化,在粳型雜草稻和栽培稻間分化明顯,可能在不同雜草稻群體野化過程中扮演重要角色。

              研究團隊希望將雜草稻“發芽率高長勢強”的優點應用到水稻育種當中,通過提高自然適應能力,為增產增收開辟新的思路。上述研究成果已發表于學術期刊《基因組生物學》。


            《科技日報》2020年4月21日04版


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