新研究发现：栽培水稻“返祖”现象全球普遍存在

栽培水稻发生返祖现象后会呈现出籽实变小、红皮的特征，经过环境适应进化，种子一成熟即散落田间，之后与栽培水稻伴生。这种“山寨版”的水稻被称为杂草稻，由于其遗传背景与栽培稻极其相似，除草剂难以根除，严重影响水稻生产。

不久前，由浙江大学农业与生物技术学院樊龙江教授领衔的国际研究团队完成了一项新研究，通过对涵盖各大洲来自16个主要水稻生产国的稻区进行抽样，在对524份杂草稻的研究中发现水稻在世界各稻区均存在返祖现象，杂草稻的某些特性或可应用于水稻改良。

 

 

图说：全球稻区杂草稻材料采集地区和数量分布

水稻返祖现象源于繁衍之需

返祖现象也称野化或去驯化，是生物界经常发生的一个遗传现象，指栽培作物和家养牲畜等从人工环境回归自然环境，恢复野生特征。

研究团队通过基因组重测序，并结合已有当地栽培稻和野生稻基因组数据资源，在对样本群体遗传学分析后发现，全球稻区发生的杂草稻都来自栽培稻，而且这个去驯化过程是一个持续的过程。

一般认为，水稻的起源历程，从野生经过驯化与现代遗传育种改良便结束了。有科学家认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使人类对作物发展的历史认知又向前延伸了。

樊龙江表示，每年收割水稻时都会有种子落粒，田里种子数量越多，进化出杂草稻的概率越大。因此，减少田间种子遗留的库容，是减少杂草稻的重要手段。

为什么进化中会出现返祖现象？研究结果表明，这是适者生存的自然选择。随着人们对水稻高产的不断改良，谷粒变大且不易脱落的水稻便于收割增产提效。这一改良虽满足了人类需求，却改变了水稻的生存法则——原有的繁衍生存机制被破坏。

“水稻的落粒特征，即种子成熟后回归土壤，是其繁衍生存的关键，是在自然界生存最重要的机制。同时将种子变小，也是为了便于传播生长。”樊龙江解释道。

 

 

图说：亚洲杂草稻群体来源于若干主要栽培稻品种（founder）。右图包括其中一个起源品种——“南京11”的选育系谱（上）及其与27份杂草稻材料（分别来自江苏、浙江和广州）的系统发育关系（下）

凭借杂交优势和水稻卯上劲

据了解，杂草稻在我国大面积存在，特别在江苏、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。

已有科学研究表明，杂草稻在有限的空间中与栽培稻开展竞争，比如争水分、争光照、争养料。杂草稻为何能这般神出鬼没？这很大一部分原因，要从其杂交起家的遗传背景说起。

在这次调查中，科研人员发现全球特别是在南美稻区，有大量杂交起源的杂草稻，它们或是杂草稻之间或是杂草稻与栽培稻之间杂交。这种杂交，导致杂草稻同样获得了除草剂的抗性等。科研人员建议，要尽可能防止不同水稻品种间的串粉，加强对育种过程的管控来减少杂草稻的出现。

难以除净杂草稻的另一个原因就是从外形上很难将其与水稻区别开来。在苗期杂草稻就与栽培稻“较劲”，抽穗之后还会率先成熟。

樊龙江认为，水稻通过稻苗移栽能够很好地防控杂草稻。育秧让水稻苗已经长得很大，这样一来杂草稻不容易赶上新插的秧。“现在水稻种植大多采用直接播种，省时省力。缺点就在于给了杂草稻与栽培稻一起发芽的机会，相同的‘起跑线’，是为什么杂草稻越来越多的原因之一。”

古老基因启发新型水稻育种

杂草稻的危害性还来自休眠特征，即在一定条件下能够度过田间冬季的严酷环境，直到稻季才发芽。

“这样年复一年的结果就是杂草稻越来越多，终成大害。”樊龙江介绍说，水稻长，它就长。“如果一块地闲置两年重新种植水稻，杂草稻又会‘复活’。”

栽培稻从野生稻驯化过来，是人类对其基因的重新选择。而去驯化过程，杂草稻发生了新的基因突变。在基因组选择信号分析发现，野化选择的区域与驯化选择的区域重叠率很低。

研究团队发现全球不同地区杂草稻存在一个共同的强烈基因组分化区域，即7号染色体一个0.5Mb区间。该区域包括与种子休眠、抗性相关基因等，对杂草稻环境适应非常重要。此外，休眠性相关基因经历平行进化，在粳型杂草稻和栽培稻间分化明显，可能在不同杂草稻群体野化过程中扮演重要作用。

历经寒冬再复苏——杂草稻这一能力来自从休眠中“觉醒”的种子及其强劲的发芽势。研究团队也试图通过对杂草稻的研究不断寻觅新的育种方向。

研究团队希望将这种“发芽率高长势强”的优点应用到水稻育种当中，通过提高自然适应能力，为增产增收开辟新的思路。上述研究成果已发表于学术期刊《基因组生物学》。