可怕！水稻竟然進(jìn)化開始和人類對(duì)抗了

大約1萬多年前，水稻就開始被人類馴化，并逐漸成為我們的重要糧食。誰能想到，馴化已久的水稻還會(huì)發(fā)生“去馴化”的變異呢？

近年來，一種形似水稻但實(shí)為雜草的“雜草稻”，正在成為全球水稻田的一大禍患。

浙江大學(xué)和中國(guó)水稻研究所科學(xué)家最新的研究揭開了“雜草稻”的身世：它正是栽培稻去馴化形成的品種。這一成果日前在線發(fā)表在《自然通訊》上，論文通訊作者為浙大農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院作物科學(xué)研究所樊龍江教授和中國(guó)水稻所陸永良研究員，第一作者為樊龍江團(tuán)隊(duì)的邱杰博士。
        

善于潛伏的“鬼稻”

雜草稻是“山寨版”的水稻，要清除它卻并不容易。在田間，雜草稻是一個(gè)滿分的“潛伏者”，人稱“鬼稻”。

首先，它會(huì)“擬態(tài)”。從苗期開始，雜草稻就與栽培水稻一同拔節(jié)長(zhǎng)葉，外型上極難區(qū)分。直到結(jié)穗之后，撥開稍有色素沉著的稻殼，露出棕褐色的米粒，才能判斷這是雜草稻。這時(shí)識(shí)別，為時(shí)已晚。

其次，它會(huì)休眠。樊龍江向記者描述了這種神奇的休眠機(jī)制：水稻長(zhǎng)，它也長(zhǎng)；水稻不長(zhǎng)，它不長(zhǎng)；如果一塊地改種玉米，種子就在土壤中休眠；隔兩年后灌水種了水稻，雜草稻又會(huì)“復(fù)活”了。據(jù)介紹，雜草稻的種子可以休眠10年。它們，完全是沖著栽培稻來的。

再次，它會(huì)落粒。常規(guī)的栽培稻為了便于人類收割，稻谷成熟后仍然掛在枝頭，不會(huì)落入土中。而雜草稻不這么干，它成熟后很快就落粒，“潛”入土中，隱蔽得很好。

▲紅色箭頭所指為“潛伏”在稻田中的雜草稻

如此“聰明”的搗亂分子出現(xiàn)在田間，與正常的栽培水稻爭(zhēng)陽(yáng)光、爭(zhēng)水、爭(zhēng)養(yǎng)分，嚴(yán)重影響水稻產(chǎn)量與品質(zhì)。而且，它們的米�？诟袌�(jiān)硬粗糙，如果收割時(shí)混入了這樣的“假”米，農(nóng)民就賣不出好價(jià)錢。
        

目前，雜草稻已成為全球稻田的疾患，也是我國(guó)稻田雜草中除稗草外最嚴(yán)重的雜草之一。它在東南亞、南美洲等稻區(qū)大面積分布，我國(guó)江蘇、廣東、遼寧和寧夏等地也已大面積發(fā)生“污染”。災(zāi)害嚴(yán)重的稻田甚至大面積絕收，農(nóng)民棄田而去；有的農(nóng)民則怪罪是種子公司賣了“假”的種子。

揭開“鬼稻”的身世

樊龍江課題組聯(lián)合陸永良課題組從我國(guó)江蘇、廣東、遼寧和寧夏四地收集了155份雜草稻材料和76份當(dāng)?shù)貧v年栽培稻品種，對(duì)這些材料進(jìn)行了全基因組重測(cè)序和群體分析后，得出一項(xiàng)重要結(jié)論：我國(guó)雜草稻均起源于栽培稻，其中江蘇、廣州雜草稻起源于秈稻，而遼寧、寧夏雜草稻起源于粳稻，且四個(gè)群體的起源方式為獨(dú)立去馴化起源。

也就是說，雜草稻的“前輩”正是經(jīng)過人類長(zhǎng)期馴化的栽培稻。樊龍江說，它們有可能是不同種類的水稻品種串粉后形成的“去馴化”品種。事實(shí)上，去馴化的現(xiàn)象在很多動(dòng)植物種都有發(fā)生，比如，家雞變得會(huì)飛，就是家雞“去馴化”以更加適應(yīng)環(huán)境機(jī)制。

“雜草稻去馴化過程并非是簡(jiǎn)單的將栽培型恢復(fù)為野生型，而是利用新的變異和分子機(jī)制適應(yīng)環(huán)境。”樊龍江說。課題組還發(fā)現(xiàn)了一些重要的受到平衡選擇的基因組區(qū)域，直接與雜草稻的果皮顏色和休眠有關(guān)。

這項(xiàng)研究加深了人類對(duì)作物馴化和去馴化進(jìn)化的遺傳機(jī)制認(rèn)識(shí)，對(duì)理解雜草稻環(huán)境適應(yīng)機(jī)制及其防控和制定合理水稻栽培措施具有重要理論指導(dǎo)意義。

全球科學(xué)家聯(lián)合向“鬼稻”宣戰(zhàn)

樊龍江說，目前，人們只能用一些基于經(jīng)驗(yàn)的辦法阻止雜草稻的肆虐，比如收割時(shí)注意盡量減少稻谷落粒；避免不同水稻品種之間的花粉串粉；加強(qiáng)田間管理減少田間雜草稻種子庫(kù)容等。但這些辦法并非一勞永逸，甚至收效甚微。鬼稻之“鬼”，名副其實(shí)。

針對(duì)這一情況，全世界的科學(xué)家正在聯(lián)合起來，組成雜草基因組國(guó)際協(xié)會(huì)組，對(duì)影響餐桌品質(zhì)的雜草宣戰(zhàn)，樊龍江是亞太地區(qū)科學(xué)家的召集人。

樊龍江不久前在英國(guó)參加雜草基因組國(guó)際協(xié)會(huì)組會(huì)議期間，聽一位巴西的同行講述了人類對(duì)付雜草稻曾有過一次短暫的勝利：科學(xué)家通過轉(zhuǎn)耐除草劑基因，培養(yǎng)出一種能對(duì)抵抗除草劑的水稻品種，這樣就可以通過噴施除草劑精準(zhǔn)地消滅處于苗期的雜草稻，而對(duì)水稻品種沒有任何影響，為栽培水稻的茁壯成長(zhǎng)鏟平道路。但是，沒過多久，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，雜草稻也進(jìn)化出了除草劑耐藥性。這一辦法宣告無效。

美國(guó)華盛頓大學(xué)的科學(xué)家正在進(jìn)行一項(xiàng)為期2年的植物基因組比較測(cè)序計(jì)劃，來研究栽培稻和雜草稻之間的分子差異，希望研究結(jié)果能幫助稻農(nóng)除去這一可怕雜草。樊龍江課題組也正在與他們共同研究雜草稻進(jìn)化之謎。