栽培水稻發(fā)生返祖現(xiàn)象后會呈現(xiàn)出籽實變小、紅皮的特征，經(jīng)過環(huán)境適應(yīng)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(yán)重影響水稻生產(chǎn)。
不久前，由浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院樊龍江教授領(lǐng)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(chǎn)國稻區(qū)抽取的524份雜草稻樣本進行研究，發(fā)現(xiàn)水稻在世界各稻區(qū)均存在返祖現(xiàn)象。
水稻返祖現(xiàn)象源于繁衍之需
返祖現(xiàn)象也稱野化或去馴化，是生物界經(jīng)常發(fā)生的一個遺傳現(xiàn)象，指栽培作物和家養(yǎng)牲畜等從人工環(huán)境回歸自然環(huán)境，恢復(fù)野生特征。
研究團隊通過基因組重測序，并結(jié)合已有當(dāng)?shù)卦耘嗟竞鸵吧净蚪M數(shù)據(jù)資源，在對樣本群體遺傳學(xué)分析后發(fā)現(xiàn)，全球稻區(qū)發(fā)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(xù)的過程。
一般認為，水稻的起源歷程，從野生經(jīng)過馴化與現(xiàn)代遺傳育種改良便結(jié)束了。因此有科學(xué)家認為雜草稻與栽培稻只是“近親”，沒有直接的血緣關(guān)系。但研究團隊的這項最新研究使人類對作物發(fā)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(shù)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(xiàn)返祖現(xiàn)象？研究結(jié)果表明，這是適者生存的自然選擇。隨著人們對水稻高產(chǎn)的不斷改良，谷粒變大且不易脫落的水稻便于收割增產(chǎn)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(guān)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?！狈埥忉尩馈?/p>
憑借雜交優(yōu)勢和栽培稻“較勁”
據(jù)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(yán)重的雜草。
已有科學(xué)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(yǎng)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(guān)。
在這次調(diào)查中，科研人員發(fā)現(xiàn)全球特別是在南美稻區(qū)，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(dǎo)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(qū)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(jīng)長得很大，這樣一來雜草稻不容易趕上新插的秧?！艾F(xiàn)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(fā)芽的機會，相同的‘起跑線’是導(dǎo)致雜草稻越來越多的原因之一?！?/p>
古老基因啟發(fā)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(yán)酷環(huán)境，直到稻季才發(fā)芽。
“這樣年復(fù)一年的結(jié)果就是雜草稻越來越多，終成大害。”樊龍江說，水稻長，它就長?！叭绻粔K地閑置兩年重新種植水稻，雜草稻又會‘復(fù)活’?！?/p>
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(fā)生了新的基因突變。研究人員對基因組選擇信號分析發(fā)現(xiàn)，野化選擇的區(qū)域與馴化選擇的區(qū)域重疊率很低。
研究團隊發(fā)現(xiàn)全球不同地區(qū)雜草稻存在一個共同的強烈基因組分化區(qū)域，即7號染色體一個0.5Mb區(qū)間。
該區(qū)域包括與種子休眠、抗性相關(guān)的基因等，對雜草稻的環(huán)境適應(yīng)性非常重要。此外，休眠性相關(guān)基因經(jīng)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(fā)芽率高長勢強”的優(yōu)點應(yīng)用到水稻育種當(dāng)中，通過提高自然適應(yīng)能力，為增產(chǎn)增收開辟新的思路。上述研究成果已發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《基因組生物學(xué)》。
