洪恒飞 柯溢能 科技日报记者 江耘
栽培水稻产生返祖现象后会显现出子实变小、红皮的特点,颠末情况顺应进化,种子一成熟即散落田间,以后与栽培水稻伴生。这类“盗窟版”的水稻被称为杂草稻,因为其遗传布景与栽培稻极为类似,除草剂难以肃除,严重影响水稻出产。
不久前,由浙江年夜学农业与生物手艺学院樊龙江传授领衔的国际研究团队完成了一项新研究,经由过程对涵盖各年夜洲来自16个首要水稻出产国的稻区进行抽样,在对524份杂草稻的研究中发现水稻活着界各稻区均存在返祖现象,杂草稻的某些特征或可利用于水稻改进。
图说:全球稻区杂草稻材料收集地域和数目散布
水稻返祖现象源于繁衍之需
返祖现象也称野化或往驯化,是生物界常常产生的一个遗传现象,指栽培作物和家养畜生等从人工情况回回天然情况,恢复野生特点。
研究团队经由过程基因组重测序,并连系已有本地栽培稻和野生稻基因组数据资本,在对样本群体遗传学阐发后发现,全球稻区产生的杂草稻都来自栽培稻,并且这个往驯化进程是一个延续的进程。
一般以为,水稻的发源过程,从野生颠末驯化与现代遗传育种改进便竣事了。有科学家以为杂草稻与栽培稻只是“近亲”,没有直接的血缘关系。但研究团队这项最新研究令人类对作物成长的汗青认知又向前延长了。
樊龙江暗示,每一年收割水稻时城市有种子落粒,田里种子数目越多,进化出杂草稻的几率越年夜。是以,削减田间种子遗留的库容,是削减杂草稻的主要手段。
为何进化中会呈现返祖现象?研究成果表白,这是适者保存的天然选择。跟着人们对水稻高产的不竭改进,谷粒变年夜且不容易脱落的水稻便于收割增产提效。这一改进虽知足了人类需求,却改变了水稻的保存法例——原本的繁衍保存机制被粉碎。
“水稻的落粒特点,即种子成熟后回回泥土,是其繁衍保存的关头,是在天然界保存最主要的机制。同时将种子变小,也是为了便于传布发展。”樊龙江诠释道。
图说:亚洲杂草稻群体来历于若干首要栽培稻品种(founder)。右图包罗此中一个发源品种——“南京11”的选育系谱(上)及其与27份杂草稻材料(别离来自江苏、浙江和广州)的系统发育关系(下)
凭仗杂交上风和水稻卯上劲
据领会,杂草稻在我国年夜面积压在,出格在江苏、广东、辽宁和宁夏等地,杂草稻已成为除稗草外影响国内稻田最严重的杂草。
已有科学研究表白,杂草稻在有限的空间中与栽培稻展开竞争,好比争水份、争光照、争养料。杂草稻为什么能这般出没无常?这很年夜一部门缘由,要从其杂交起身的遗传布景说起。
在此次查询拜访中,科研职员发现全球出格是在南美稻区,有年夜量杂交发源的杂草稻,它们或是杂草稻之间或是杂草稻与栽培稻之间杂交。这类杂交,致使杂草稻一样取得了除草剂的抗性等。科研职员建议,要尽量避免分歧水稻品种间的串粉,增强对育种进程的管控来削减杂草稻的呈现。
难以除净杂草稻的另外一个缘由就是从外形上很难将其与水稻区分开来。在苗期杂草稻就与栽培稻“较劲”,抽穗以后还会率先成熟。
樊龙江以为,水稻经由过程稻苗移栽可以或许很好地防控杂草稻。育秧让水稻苗已长得很年夜,如许一来杂草稻不轻易遇上新插的秧。“此刻水稻莳植年夜多采取直接播种,省时省力。错误谬误就在于给了杂草稻与栽培稻一路抽芽的机遇,不异的‘起跑线’,是为何杂草稻愈来愈多的缘由之一。”
古老基因开导新型水稻育种
杂草稻的风险性还来自休眠特点,即在必然前提下可以或许渡过田间冬季的严格情况,直到稻季才抽芽。
“如许年复一年的成果就是杂草稻愈来愈多,终成年夜害。”樊龙江先容说,水稻长,它就长。“若是一块地闲置两年从头莳植水稻,杂草稻又会‘新生’。”
栽培稻从野生稻驯化过来,是人类对其基因的从头选择。而往驯化进程,杂草稻产生了新的基因突变。在基因组选择旌旗灯号阐发发现,野化选择的区域与驯化选择的区域堆叠率很低。
研究团队发现全球分歧地域杂草稻存在一个配合的强烈基因组分化区域,即7号染色体一个0.5Mb区间。该区域包罗与种子休眠、抗性相干基因等,对杂草稻情况顺应很是主要。另外,休眠性相干基因履历平行进化,在粳型杂草稻和栽培稻间分化较着,可能在分歧杂草稻群体野化进程中饰演主要感化。
历经隆冬再苏醒——杂草稻这一能力来自从休眠中“醒觉”的种子及其强劲的抽芽势。研究团队也试图经由过程对杂草稻的研究不竭寻觅新的育种标的目的。
研究团队但愿将这类“抽芽率高长势强”的长处利用到水稻育种傍边,经由过程进步天然顺应能力,为增产增收斥地新的思绪。上述研究功效已颁发于学术期刊《基因组生物学》。
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