水稻是全球种植最广泛的主粮作物之一，为全球一半以上人口提供约20%的日常热量摄入。然而，目前广泛栽培的水稻属于一年生作物，每年都需要重新播种，而其野生近缘种则多为多年生植物，能够年复一年开花并持续从植株基部长出新芽。
一项发表于《Science》的最新研究显示，科学家在野生稻（Oryza rufipogon）中找到了决定多年生特性的关键遗传因素，并成功将相关基因导入栽培稻（Oryza sativa），培育出具备多年生生长能力的水稻材料。研究团队认为，当今栽培水稻很可能源自多年生祖先，但在长期驯化过程中，其再生能力逐渐丧失。
为追踪这种多年生特性，中国科学院遗传学家韩斌及其同事对446份野生稻样本与栽培稻材料进行了比较分析。他们在水稻第1号染色体上锁定了一个名为“无尽分枝与分蘖1”（Endless Branches and Tillers 1，简称EBT1）的基因组区域，该区域包含两个调控基因microRNA156的拷贝，分别被标记为B和C。
研究表明，在幼苗阶段，这段microRNA156 B和C序列高度活跃，能够将植株维持在营养生长期，使其持续长叶、长茎而不急于进入生殖发育。随着植株成熟，这一活性逐渐减弱，在普通栽培稻中意味着植株完成开花结实后生命周期即告结束，而在野生稻中，这一基因区域在开花后会被“重置”，从而让植株再次恢复营养生长而不是彻底衰亡。
研究团队进一步将野生稻与栽培稻进行杂交，以观察相关基因在活体植株中的功能表现。在众多杂交后代表型中，科研人员选出一份编号为G43的材料，该材料在开花后表现出停止生殖发育并重新启动营养生长的能力。
在恢复营养生长的过程中，G43会从植株基部大量长出被称为“分蘖”的侧枝。通常，一株普通水稻在从拔节到抽穗、结实直至死亡的生命周期中大约产生10个分蘖，而G43平均可产生超过70个分蘖，显著体现出多次再生和扩株能力。
不过，这种“无尽分蘖”目前也面临明显局限：这些二次生长形成的侧枝大多为不育分蘖，只会长出异常花而无法产生种子。研究团队认为，要获得真正可大规模推广的多年生栽培稻，还需要在基因组其他位置进一步导入或调控相关基因，以实现既能多年再生，又能保持充分结实的品种。
来自农业基因组研究机构的植物遗传学家普拉特（Salomé Prat）在接受《Refractor》采访时指出，目前EBT1位点在带来多年生特性的同时，也抑制了水稻的正常开花，从而降低了产量。她解释说，在该等位基因中，相关基因在开花之后会在分蘖芽中再次被激活，推动新分蘖形成，但这也意味着生殖阶段受到压制。
加州大学戴维斯分校植物生物学家杜布科夫斯基（Jorge Dubcovsky）则提醒，这种基因编辑水稻短期内“难以很快走向公众”。他指出，从广泛农业生产角度看，多年生作物往往单产低于一年生作物，在全球人口持续增长的背景下，人类恐怕难以承受用产量较低的多年生作物大规模取代现有高产一年生主粮，即便前者在生态和可持续性方面具有优势。
尽管前景与挑战并存，这项研究仍被视为水稻遗传改良领域的重要进展，为通过分子育种手段培育可多年收获的栽培水稻提供了关键线索。如果未来科学家能够在不明显牺牲产量的前提下，将多年生特性稳定导入主栽品种，水稻种植体系有望在减少播种、节约劳力与资源、改善土壤和生态环境等方面迎来深远改变。