水稻是全球種植最廣泛的主糧作物之一，為全球一半以上人口提供約20%的日常熱量攝入。然而，目前廣泛栽培的水稻屬于一年生作物，每年都需要重新播種，而其野生近緣種則多為多年生植物，能夠年復一年開花并持續從植株基部長出新芽。

一項發表于《Science》的最新研究顯示，科學家在野生稻（Oryza rufipogon）中找到了決定多年生特性的關鍵遺傳因素，并成功將相關基因導入栽培稻（Oryza sativa），培育出具備多年生生長能力的水稻材料。研究團隊認為，當今栽培水稻很可能源自多年生祖先，但在長期馴化過程中，其再生能力逐漸喪失。

為追蹤這種多年生特性，中國科學院遺傳學家韓斌及其同事對446份野生稻樣本與栽培稻材料進行了比較分析。他們在水稻第1號染色體上鎖定了一個名為“無盡分枝與分蘗1”（Endless Branches and Tillers 1，簡稱EBT1）的基因組區域，該區域包含兩個調控基因microRNA156的拷貝，分別被標記為B和C。

研究表明，在幼苗階段，這段microRNA156 B和C序列高度活躍，能夠將植株維持在營養生長期，使其持續長葉、長莖而不急于進入生殖發育。隨著植株成熟，這一活性逐漸減弱，在普通栽培稻中意味著植株完成開花結實后生命周期即告結束，而在野生稻中，這一基因區域在開花后會被“重置”，從而讓植株再次恢復營養生長而不是徹底衰亡。

研究團隊進一步將野生稻與栽培稻進行雜交，以觀察相關基因在活體植株中的功能表現。在眾多雜交后代表型中，科研人員選出一份編號為G43的材料，該材料在開花后表現出停止生殖發育并重新啟動營養生長的能力。

在恢復營養生長的過程中，G43會從植株基部大量長出被稱為“分蘗”的側枝。通常，一株普通水稻在從拔節到抽穗、結實直至死亡的生命周期中大約產生10個分蘗，而G43平均可產生超過70個分蘗，顯著體現出多次再生和擴株能力。

不過，這種“無盡分蘗”目前也面臨明顯局限：這些二次生長形成的側枝大多為不育分蘗，只會長出異常花而無法產生種子。研究團隊認為，要獲得真正可大規模推廣的多年生栽培稻，還需要在基因組其他位置進一步導入或調控相關基因，以實現既能多年再生，又能保持充分結實的品種。

來自農業基因組研究機構的植物遺傳學家普拉特（Salomé Prat）在接受《Refractor》采訪時指出，目前EBT1位點在帶來多年生特性的同時，也抑制了水稻的正常開花，從而降低了產量。她解釋說，在該等位基因中，相關基因在開花之后會在分蘗芽中再次被激活，推動新分蘗形成，但這也意味著生殖階段受到壓制。

加州大學戴維斯分校植物生物學家杜布科夫斯基（Jorge Dubcovsky）則提醒，這種基因編輯水稻短期內“難以很快走向公眾”。他指出，從廣泛農業生產角度看，多年生作物往往單產低于一年生作物，在全球人口持續增長的背景下，人類恐怕難以承受用產量較低的多年生作物大規模取代現有高產一年生主糧，即便前者在生態和可持續性方面具有優勢。

盡管前景與挑戰并存，這項研究仍被視為水稻遺傳改良領域的重要進展，為通過分子育種手段培育可多年收獲的栽培水稻提供了關鍵線索。如果未來科學家能夠在不明顯犧牲產量的前提下，將多年生特性穩定導入主栽品種，水稻種植體系有望在減少播種、節約勞力與資源、改善土壤和生態環境等方面迎來深遠改變。