返祖現(xiàn)象也稱野化或去馴化，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，是生物界經(jīng)常發(fā)生的一種遺傳現(xiàn)象。
就栽培水稻而言，去馴化后成為雜草稻。這種水稻作為稻田惡性雜草，嚴重影響水稻生產(chǎn)，被稱為“鬼稻”。
經(jīng)過3年多努力，浙江大學農(nóng)業(yè)與生物技術學院教授樊龍江領導的國際研究團隊，對來自16個主要水稻生產(chǎn)國的稻區(qū)進行了抽樣調查。在對524份雜草稻的研究中，他們發(fā)現(xiàn)，水稻在世界各稻區(qū)均存在去馴化現(xiàn)象。
來自中國、美國、巴西等國內外12個研究團隊參與了該研究，相關成果近日在線發(fā)表于《基因組生物學》。這項調查對水稻進化、資源利用和雜草稻防控具有重要意義。
返祖現(xiàn)象是進化的必然
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，研究人員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，水稻的進化歷程，從野生經(jīng)過馴化以及現(xiàn)代遺傳育種改良便結束了。因此有的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。但這項最新研究讓作物發(fā)展的歷史又向前延伸了一段。
研究表明，返祖現(xiàn)象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，這樣一來便于收割增產(chǎn)提效。但這一改良滿足了人類需求卻改變了水稻的生存法則——原有的繁衍生存機制被破壞。
因此，雜草稻需要不斷適應新的變化，讓自己生存下來。“落粒是種子回歸土壤實現(xiàn)繁衍的關鍵一步，是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。”論文第一作者邱杰解釋。
雜草稻的極強競爭力
雜草稻在我國大面積發(fā)生，特別在江蘇、廣東、遼寧和寧夏等地，已成為我國稻田除稗草外最嚴重的雜草。
雜草稻隨耕作生長季節(jié)與栽培稻伴生。此前研究表明，雜草稻在有限空間中與栽培稻開展競爭，比如爭水分、爭光照、爭養(yǎng)料。由于其遺傳背景與栽培稻極其相似，除草劑難以根除，給水稻生產(chǎn)帶來極大影響。
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而成。這種雜交導致雜草稻同樣獲得了除草劑抗性等。科研人員建議，要盡可能防止不同水稻品種間的串粉，通過加強育種過程管控來減少雜草稻的出現(xiàn)。
難以除凈雜草稻的另一個原因是，從外形上很難區(qū)別。在苗期，雜草稻就與栽培稻“較勁”，抽穗之后還會率先成熟。邱杰認為，水稻通過稻苗移栽能夠很好地防控雜草稻。
在危機中找到未來水稻育種的機遇
雜草稻的危害性還來自于其休眠特征，也就是說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’。”
這種能力來自于從休眠中“覺醒”的種子及其強勁的發(fā)芽勢?？茖W家們很希望將這種“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(chǎn)增收開辟新的思路。
研究發(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、抗性相關基因等，對雜草稻環(huán)境適應非常重要。此外，休眠性相關基因經(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發(fā)揮重要作用。
化危機為轉機，中外科學家在對雜草稻的研究中不斷尋覓新的育種方向。
相關論文信息：https://doi.org/10.1186/s13059-020-01980-x
