近年来,全世界的水稻田中陆续出现了“山寨版”水稻,它们直接导致稻田减产,品质下降,人称“鬼稻”。“鬼稻”也叫杂草稻,被定性为田间的恶性杂草。浙江大学农业与生物技术学院作物科学研究所樊龙江教授团队联合中国水稻研究所科研人员通过基因组重测序及其群体遗传学分析,揭示了其中最基本的问题:鬼稻从何而来,它们“鬼”在何处?
相关论文《杂草稻通过基因组变异去驯化并适应环境》(Genomic variation associated with local adaptation of weedy rice during de-domestication) 2017年5月24日在线发表在《自然·通讯》(Nature Communications)上,第一作者为樊龙江团队的邱杰博士,通讯作者为樊龙江教授和中国水稻所陆永良研究员。
鬼稻之“鬼”,防不胜防。首先,它会“拟态”。从苗期开始,杂草稻就与栽培水稻一同拔节长叶,外型上极难区分。其次,它会休眠。水稻长,它也长;水稻不长,它也不长;如果一块地改种玉米,种子就在土壤中休眠;隔两年后灌水种了水稻,杂草稻又会“复活”。再次,它会落粒,种子成熟后很快“潜”入土中,隐蔽得很好。
“鬼稻”与正常的栽培水稻争阳光、水和养分,严重影响着水稻产量与品质。目前,在东南亚、南美洲,以及我国江苏、广东、辽宁和宁夏等地已经出现大面积杂草稻“污染”,杂草稻已成为我国稻田杂草中除稗草外危害最严重的杂草之一。
樊龙江课题组联合陆永良课题组从我国江苏、广东、辽宁和宁夏4省收集了155份杂草稻样本和76份当地或历年栽培的稻品种,对这些样本进行全基因组重测序和群体分析后,得出一项重要结论:我国杂草稻均起源于栽培稻,其中江苏、广州的杂草稻起源于籼稻,而辽宁、宁夏的杂草稻起源于粳稻,且4个群体的起源方式为独立去驯化起源。樊龙江说,它们有可能是不同种类的水稻品种串粉后形成的“去驯化”品种。
“杂草稻去驯化过程并非是简单地将栽培型恢复为野生型,而是利用新的变异和分子机制适应环境,”樊龙江说,“这个过程中,杂草稻通过平衡选择演化机制适应了复杂的自然稻田环境”。课题组还发现了一些重要的受到平衡选择的基因组区域,与杂草稻的谷粒表皮颜色和休眠有直接关系。
这项研究,加深了人类对作物驯化和去驯化演化的遗传机制的认识,对理解杂草稻环境适应机制,以及制定合理的水稻栽培措施具有重要的理论指导意义。樊龙江说,目前,人们只能用一些基于经验的办法阻止杂草稻的肆虐,但这些办法不能一劳永逸,而且收效甚微。
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