如果時間回到8年前，中國科學院院士韓斌和合作者王佳偉可能不會想到，一次不經意的跨界合作，會讓他們找到控制水稻壽命的基因“鑰匙”。一粒稻種，落地生根，開花結實，隨後枯萎死亡——這是人類馴化水稻的生命軌跡。而今，這一“宿命”被打破了：中國科學院分子植物科學卓越創新中心（以下簡稱分子植物卓越中心）研究員韓斌與王佳偉團隊合作，挖掘出水稻“長壽”基因，有望讓人類馴化水稻在收穫後“返老還童”，從“一年生”作物回歸“老祖先”野生稻的“多年生”特性。近日，相關研究成果以封面論文形式發表於《科學》。國際科學界認為，這是一項非常重要的進展，有望讓水稻“像蘋果樹一樣，實現‘一次栽種，多年收穫’”。日本名古屋大學的植物遺傳學家Moto Ashikari在接受《科學》採訪時評價稱：“這項研究提供了強有力的概念驗證：通過基因手段，一年生作物有望被改造成多年生作物。”‘《科學》封面圖。聯手追蹤“遺失的鑰匙”故事的起點，源於2018年一場不經意的聊天。“韓老師，你們最近在忙啥？”“我們剛發現一個很有意思的基因片段，你有沒有興趣？”在匯聚植物學、昆蟲學與合成生物學等學科門類的分子植物卓越中心，很多時候，合作不需要什麼“正式”的程序。餐廳、咖啡廳，或是散步時偶爾碰到，聊上幾句，契機就來了。“60後”的分子植物卓越中心主任韓斌和“70後”的中生代科學家王佳偉就是在這樣的情境下一拍即合，決定一起尋找水稻的“長壽”基因——控制水稻生命周期的“開關”，讓這種主糧作物種一年、連收數年。“在植物學領域，有一句話是‘年年歲歲花相似，歲歲年年花不同’。”韓斌說，“很多植物，特別是一年生植物，一旦開花，就會走向死亡。”對於水稻來說，自然界未經馴化的野生稻是多年生的，但人類馴化的栽培稻卻是一年生的。這是人類上萬年選育的結果——要收穫有營養的種子，付出的代價就是壽命縮短。“袁隆平先生的夢想是‘禾下乘涼’。未來，能不能像收穫木本植物的種子那樣收穫水稻這樣的禾本植物，減少年年耕種對土地、勞動力的消耗？”這是韓斌多年的夢想。問題的關鍵在於找到遺失在歷史長河裡的那把“長壽”基因“鑰匙”。這並不容易。韓斌和王佳偉一開始並不確定，他們能做的只有儘可能發揮各自團隊的優勢。韓斌團隊長期深耕水稻基因組和遺傳學研究，擁有珍稀的野生稻資源、高效的複雜基因組鑑定方法；王佳偉團隊則擅長植物發育生物學研究，尤其是多年生植物年齡研究。“從理論上來說，這件事是可行的。”韓斌解釋說，將野生稻與栽培稻雜交並反覆回交，把野生稻的所有單基因片段全部“替換”到栽培稻的基因組中，再逐一檢測其能否讓栽培稻變成多年生，就能“揪出”那個“長壽”基因。這註定是一場“馬拉松式”的研究。由於生殖隔離，野生稻和栽培稻雜交成功的機率極低。海南小院裡的野生稻。2012年，韓斌帶領團隊開展水稻起源研究時，從全世界收集了400多份野生稻。為了養好這些“寶貝”，他在海南租了一個農家院。直到2018年，經過6年“蹲守”雜交，他們才將控制多年生性狀的基因鎖定在水稻1號染色體上的一個小區域。“有點眉目了，但還沒有完全確定。”韓斌回憶說。與王佳偉的合作恰逢其時。兩位科學家帶著一批“80後”“90後”青年學者攻克難關，經過反覆搜尋確定了一個目標。“無盡的分枝與分蘗”通過對446份野生稻資源的系統研究，合作團隊終於找到了那把“鑰匙”——植物發育生物學領域的“明星分子”miR156。過往研究認為，miR156在植物幼苗期高表達，維持幼年狀態；隨著植物生長，其表達量逐漸降低，植物隨之衰老並進入生殖生長。合作團隊發現，在野生稻中，miR156由兩個串聯排列的微小RNA——MIR156B和MIR156C組成。它們的表達量會隨著植物年齡增長而減少，但在野生稻開花後，串聯基因又會重新啟動，回到高水平，逆轉腋芽發育程序，使其恢復營養生長，不斷長出新分蘗，重複生長、開花、結籽的歷程。新發現讓團隊師生為之雀躍。分子植物卓越中心高級工程師呂丹鳳仍記得那個瞬間——當博士生戴冰馨將帶有螢光標記的基因轉入水稻生長點，她在顯微鏡下捕捉到miR156的表達在開花後先降後升、重新啟動。“觀察到那個結果的時候，我們特別興奮，覺得太神奇了。”韓斌的學生、如今在德國萊布尼茨植物遺傳與作物研究所進行博士後研究的陳二旺，給這個基因起了一個形象的名字——EBT1（Endless Branches and Tillers 1），意為“無盡的分枝與分蘗”。有趣的是，miR156是王佳偉研究了近20年的“老朋友”。此次在野生稻中的意外發現，讓兩個團隊的研究奇妙交匯。“看到這個結果時，我簡直是拍著大腿恍然大悟：我怎麼早沒有想到這個基因！”王佳偉難掩興奮。研究到這裡只進行了一半，還要驗證這把“鑰匙”的功能。戴冰馨記得，2020年的一次討論中，韓斌在辦公室小黑板上邊畫出一株水稻邊說：“如果將EBT1基因和匍匐基因聚合到栽培稻中，讓水稻分蘗角度變大，莖稈倒伏後，分節落地紮根，豈非又會形成一個新的植株？”根據這個設想，團隊經歷了四五年的水稻雜交、自交，終於將EBT1與科學家已經發現的兩個水稻匍匐基因PROG1和TIG1聚合。新創製的水稻能像野生稻一樣匍匐生長，在海南田間環境中已存活兩年，不止一次結出籽實。回憶8年研究歷程，戴冰馨坦言，壓力是實實在在的。她從2017年入學起便投身這項研究，直到2023年博士畢業，一篇論文也沒發表。看著同學陸續有成果產出，“同輩壓力”一度讓她焦慮到極點。關鍵時刻，兩位老師的支援讓她堅持了下去。戴冰馨每周六去王佳偉實驗室討論，有時沒有新進展，她覺得“交不了差”。王佳偉寬慰她，分享最近的文獻也有裨益，不一定每次都要匯報新進展。韓斌則常告訴她：“道可致而不可求。可以努力去實現，但不要強求。功夫到了，結果自然會來。”研究團隊在交流（從左至右依次為王佳偉、韓斌、戴冰馨、呂丹鳳）。在海南，他們在烈日與風雨中反覆淬煉。炎熱的夏天，他們“全副武裝”——穿長靴、裹防曬，在濕熱中作業。有時遇到暴雨，水深齊膝，田裡的水渠都被沖垮了。暴雨稍歇，他們就會蹚著看不見路的積水，推著自行車慢慢挪進田裡，“心裡只希望我的苗不要被沖走了”。這份淬煉，最後都化為滿滿的喜悅。不是句號論文登上封面的背後，還有一段不為人知的曲折經歷。2024年12月，在論文修改階段，審稿人要求補充田間試驗資料，證明材料能存活兩年以上。團隊在海南大田裡補充了10個月的田間試驗，雜交稻“在田里長得特別好看”。然而，一場意外的農田整修時，大車開過，把田裡的苗全部壓死了。所幸，戴冰馨“留了一手”——在小院的缸裡也種了一份。缸裡的苗因空間受限，長得像蘑菇頭，無法呈現大田裡的舒展姿態。為了向編輯展示，他們把缸裡的苗挖出來，擺成一個圓盤狀拍照。沒想到，這張“陰差陽錯”的照片，最終被《科學》選為封面。“這或許是堅持帶來的好運。”呂丹鳳笑著說。王佳偉表示，這項研究的成功得益於分子植物卓越中心多年來形成的多學科交叉優勢。“關起門來，靠自己力量總是弱一些的，合作起來能夠更好地促進發展。”他說。四位論文作者。韓斌（左一）和王佳偉（右一）為通訊作者，戴冰馨（右二）和呂丹鳳（左一）為第一作者。受訪者供圖儘管水稻“長壽”基因成果已登上《科學》封面，但相關研究尚未畫上句號，從“植株”到“品種”還有很長的路要走。多年生野生稻籽粒小、產量低。將栽培稻從一年生變成多年生後，如何提高品質和產量是個難題。韓斌對此持樂觀態度。“雖然多年生栽培稻的單季產量可能略低於傳統高產稻，但考慮到節省種子、人力和減少耕作等，其綜合效益巨大。”他說。同時，這一基因資源不僅可用於水稻，還有望拓展至飼草作物。“如果把EBT1導到飼草裡，讓它長得更茂盛，對提高飼草產量有很大意義。”韓斌說。韓斌認為，做“從0到1”的強芯研究很重要，但“從1到10”的落地也需要投入。據介紹，分子植物卓越中心為此成立了智慧財產權轉移轉化處，鼓勵每個課題組把成果主動地、有組織地加以轉化。關於“長壽”基因的落地，他希望用四至五年的時間，選育出品質更好的多年生水稻材料。王佳偉則描繪了一幅未來農業的圖景：“在貴州、雲南的坡耕地、梯田上，大型機械化裝備上不去。有了多年生水稻之後，農民就可以像種茶樹一樣，每年收穫。” (中國科學報)
