科学家发现古代水稻的“绿色革命”

　　

　    日本科学家最新研究发现，人类在大约一万年前开始驯化水稻时，就选择出了一个与高产有关的重要基因，尽管他们对现代遗传学一无所知。

        这个基因叫做半矮秆基因１，它使水稻长得较矮，从而能结出更多谷粒，并且抗倒伏的能力更强。围绕这个基因进行的水稻矮化育种，是２０世纪中期全球第一次绿色革命的关键内容。

        科学家此前已经发现，半矮秆基因１制造的酶影响着水稻茎叶的生长。日本名古屋大学的植物遗传学家松冈信领导的研究小组报告说，他们通过实验观察半矮秆基因１的各种突变版本制造酶的能力，发现其中一个古老的突变与水稻的矮秆特性密切相关。

        分析显示，这个突变在粳稻中常见，在籼稻不同品种中的分布则没有那么广。而在水稻的祖先——普通野生稻中，不存在这个突变。这意味着，这个突变可能是在水稻驯化的过程中被选择出来的，起初只存在于粳稻中，后来通过杂交进入了籼稻。相关论文发表在新一期美国《国家科学院学报》网络版上。

        英国伦敦大学学院的植物考古学家多里安·富勒说，这一发现与中国华北等地的早期稻作考古记录相符。他认为，野生水稻生长在深水中，稻秆较高是有利的，而古代人类在浅水中种植水稻，可能无意中选择了稻秆更矮的品种。

        美国康奈尔大学的植物遗传学家苏珊·麦库奇则提出，由于矮秆品种产量更高、抗倒伏性能更好，古人可能有意选择矮秆特性，从而选择出了半矮秆基因１的这个突变。

 

　    1960年代亚洲掀起了稻米种植的“绿色革命”：通过人工选择拥有特定基因的品种来提高产量。不过，一项新的研究指出从10000年前的稻米种植开始时，农民们就已经开始了他们的绿色革命。

　　现今所有的栽培稻(Oryzasativa)，都拥有共同的祖先普通野生稻(Oryzarufipogon)。栽培稻有两个亚种，颗粒较短的粳稻和颗粒较长、主要在东南亚和中国南部种植的籼稻。1960年代，亚洲的稻米种植者利用人工选择促成半矮杆基因(semi-dwarf1,SD1)的突变增加了稻米产量。矮杆植物用于生长的能量和养分少，结实更多，不易倒伏。

　　SD1基因产生的酶会影响稻米茎叶生长的生化过程，名古屋大学的松冈信(音译，MakotoMatsuoka)研究小组检视了SD1基因的突变历史，他们将携带这一突变体的基因注入细菌体内，并观察产生的酶，以此判断不同SD1突变体造成的影响。松冈小组发现了一种野生稻中不存在而较多出现在日本粳稻中的古代突变体SD1-EQ与矮杆性状关联紧密，可能经过人工选择。接下来他们研究了粳稻、籼稻、野生稻基因组中于SD1相近的基因变异。一般来说，如果一种基因是经过选择的，不同个体中的邻近基因显示的变异会少得多。结果他们发现日本粳稻中SD1邻近基因的变异只有2%出现在野生稻身上（而籼稻还有75%），说明实际上SD1的突变体在古代已经过选择。

　　松冈小组6月6日发表在《国家科学院院刊》上的论文总结说，日本粳稻中的矮杆基因突变体SD1-EQ的选择在稻米栽培开始时就已出现。粳稻和籼稻的分化在栽培稻之前就已经出现，并有各自独立的栽培过程。而籼稻中出现的SD1-EQ可能来源于两个亚种的杂交繁育。这一结果也与考古植物学相符。野生稻为了吸收深处水分，会生长得高大杆长。而古代农民在湿地上种植稻米，不需要吸收深处的水分，这可能在有意无意间促成了基因突变的人工选择，尽管他们并不知道SD1-EQ基因的存在。