為什麼「稻生南方則為秈、稻生北方則為粳」？

科技日報記者 李大慶

用農學家的話說，水稻是世界上極其特殊的農作物：它既能在溫度高的低緯度地方種植，又能在溫度低的高緯度區域栽培。8月17日，《自然-通訊》刊登了一項中國科學家的最新研究成果：找到了耐低溫水稻的幕後推手——耐低溫基因bZIP73。

國際農學界和考古學界現在比較一致的觀點認為，水稻最初起源於我國南方的亞熱帶地區。亞洲是水稻的最重要產區，全世界90%以上的稻米產於亞洲，而且集中在東亞、東南亞和南亞這三大地區。

亞洲栽培稻有兩個亞種——秈稻和粳稻。秈稻具有耐熱的特性，主要分布在我國南方、南亞及東南亞熱帶和亞熱帶地區。而粳稻經過近萬年的人工馴化和選擇，具備了耐低溫的特性，種植地域逐漸北移，主要分布在我國北方和東北亞溫帶地區。

什麼因素決定了「稻生南方則為秈、稻生北方則為粳」？

中國科學院遺傳與發育生物學研究所儲成才研究組從2010年就開始了對這一問題的研究。他們首先找到了美國農業部（USDA）種質資源庫中收集的202份代表世界不同水稻種植區的水稻種質資源，對這些種質資源進行低溫耐受性鑒定，通過與低溫耐受性相關因子的關聯分析，發現了一個與粳稻苗期低溫耐受性關聯的耐低溫基因——bZIP73。

秈稻和粳稻有著共同的原始祖先——野生稻。儲成才組通過研究發現，在原始祖先野生稻群體中，既含有秈稻中的bZIP73基因，也含有粳稻中的bZIP73基因，二者只差一個鹼基對。要知道，水稻基因組包含4億個鹼基對，這一個鹼基對的差別幾乎是微乎其微。

研究人員通過實驗證明，含有秈稻bZIP73基因的水稻對低溫敏感，可含有粳稻bZIP73基因的水稻卻對低溫具有耐受性，能抗冷。

儲成才對科技日報記者說：「那一個相差的鹼基對使秈稻和粳稻間低溫耐受性具有很大差異。遺傳及生物化學研究都表明，粳稻中的bZIP73基因是通過與其他蛋白協作來調節水稻體內植物激素脫落酸（ABA）和活性氧（ROS）水平，從而提高水稻對低溫的耐受性。」

有意思的是，研究人員把水稻原始祖先野生稻的分布區域同1960-1990年30年間的平均地表溫度數據做相關分析，結果發現，在印度、孟加拉國和中南半島以西地表溫度較高的地帶，有的野生稻中存在粳稻bZIP73基因，有的野生稻中存在秈稻bZIP73；但在相對地表溫度較低的中國南方野生稻分布區，野生稻僅存在粳稻bZIP73基因，沒有發現秈稻bZIP73基因。「這一發現表明，粳稻bZIP73與水稻的北移具有明顯的相關性。」儲成才說。

低溫是影響水稻地理分布、生長發育及產量的重要因素。近年來，極端氣候頻繁增多，倒春寒、寒露風等低溫災害逐年增加。每年我國因低溫造成的糧食損失高達3-5億噸，嚴重影響著糧食供給。專家指出，水稻耐低溫基因bZIP73的發現，不僅揭示了粳稻馴化過程中適應低溫環境的分子機制，而且對於培育適應高緯度高海拔地區水稻品種、對南方秈稻品種進行低溫耐受性改良以及水稻種植區北移都具有重要意義。

來源：科技日報 文中圖片均來自pixabay

編輯：岳靚

審核：王小龍

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