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，經過環(huán)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(yè)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(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，恢復野生特征。

研究團隊通過基因組重測序，并結合已有當?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，從野生經過馴化與現(xiàn)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(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(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(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。

在這次調查中，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。育秧讓水稻苗已經長得很大，這樣一來雜草稻不容易趕上新插的秧。“現(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’是導致雜草稻越來越多的原因之一。”

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酷環(huán)境，直到稻季才發(fā)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(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、抗性相關的基因等，對雜草稻的環(huán)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(fā)芽率高長勢強”的優(yōu)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(fā)表于學術期刊《基因組生物學》。(江耘)

關鍵詞： 水稻