“稻田水淺，江湖水深?！?/span>走在秋天的田埂上，浙大農(nóng)學(xué)院的樊龍江教授發(fā)出感嘆。他左邊的稻田稻穗金黃飽滿，而右邊則是一番慘象，零星的水稻被雜草強(qiáng)勢(shì)圍攻，難覓蹤影。為了搞清楚這場(chǎng)“江湖”之爭(zhēng)，樊龍江團(tuán)隊(duì)對(duì)田間頭號(hào)雜草——稗草進(jìn)行了全基因組測(cè)序和水稻化感互作實(shí)驗(yàn)，找到了稗草與水稻相爭(zhēng)的“秘密武器”，并對(duì)水稻育種指出了一種新的基因資源。
10月18日，相關(guān)研究論文Echinochloa crus-galli genome analysis provides insight into its adaptation and invasiveness as a weed（www.nature.com/articles/s41467-017-01067-5）在Nature Communications在線發(fā)表。該研究前后歷時(shí)6年，共有來(lái)自5個(gè)國(guó)家16個(gè)研究團(tuán)隊(duì)參與研究。中國(guó)水稻所郭龍彪研究員和浙大邱杰博士為論文共同第一作者，通訊作者為樊龍江教授和湖南省農(nóng)科院柏連陽(yáng)研究員。
發(fā)現(xiàn)“秘密武器”
我國(guó)農(nóng)田中，稗草居15種危害嚴(yán)重的雜草之首。目前來(lái)說(shuō)，防范這種雜草必須依靠噴施化學(xué)除草劑。
稗草和水稻親緣關(guān)系不算近，相比之下，它與玉米和小麥關(guān)系更近。但不知從什么時(shí)候起，稗草卻和水稻伴生在一起了，而且在外形、生長(zhǎng)期和營(yíng)養(yǎng)的需求，與水稻越來(lái)越接近，麻煩也越來(lái)越大。今年3月，美國(guó)科學(xué)家牽頭國(guó)際雜草基因組協(xié)作組織（International Weed Genome Consortium, IWGC）組織第一次會(huì)議，來(lái)自七大洲的科學(xué)家確定了10個(gè)最優(yōu)先需要開(kāi)展基因組測(cè)序的單雙子葉雜草清單，稗草位列Ten Most Wanted之首。
圖：IWGC確定的10個(gè)優(yōu)先開(kāi)展基因組研究的單雙子葉雜草（名單后附），其中稗草是重中之重的“通緝”對(duì)象（引自Karl Ravet）
樊龍江是作物科學(xué)研究所的專家，為了弄清通緝犯的套路，他決定變成“臥底”去探探。他希望通過(guò)基因組測(cè)序，在植物間尋找化感作用的相關(guān)線索。
植物化感作用簡(jiǎn)單的說(shuō)就是植物的“化學(xué)武器”。生長(zhǎng)過(guò)程中，植物會(huì)向環(huán)境釋放特定的防御性化學(xué)物質(zhì)，從而影響鄰近植物生長(zhǎng)。這種“化學(xué)武器”因?yàn)槭莾?nèi)源性的，生態(tài)友好，所以在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛用來(lái)雜草防控。之前研究的研究顯示，水稻自身會(huì)分泌一種稻殼素，幫助其與稻田雜草（如稗草）競(jìng)爭(zhēng)。
樊龍江團(tuán)隊(duì)通過(guò)基因組研究發(fā)現(xiàn)，稗草能分泌一種叫丁布的次生代謝產(chǎn)物，可以明顯抑制水稻生長(zhǎng)。他們?cè)诨蚪M研究中找到了能合成丁布的三個(gè)基因簇。在與水稻混種時(shí)，該基因簇會(huì)快速啟動(dòng)“制造”丁布。樊龍江說(shuō)，丁布是稗草獨(dú)有的秘密武器，而水稻沒(méi)有。并且，水稻的“殺手锏”稻殼素，稗草也能合成。
因此，不倚仗除草劑的威力，水稻絕對(duì)“斗”不過(guò)稗草。
稗草“逆襲”
探清稗草“家底”，樊龍江又從“臥底”還原成作物學(xué)家，從水稻育種的角度想到了一件事。
蓋茨基金會(huì)自2008年以來(lái)一直資助多個(gè)科學(xué)機(jī)構(gòu)開(kāi)展C4（碳4）水稻育種研究。水稻為C3（碳3）植物，而玉米、高粱等作物為C4作物。C4植物的光合效率要高出很多?？茖W(xué)家們一直希望能創(chuàng)制出C4水稻品種，從而提高水稻產(chǎn)量。
樊龍江說(shuō)，可以利用稗草基因資源為水稻育種服務(wù)。稗草是典型的C4植物，與水稻有著相同的生境和株型，對(duì)于C4水稻育種來(lái)說(shuō)是非常理想的模式植物和C4途徑基因供體。“比如，我們可以先把稗草C4途徑關(guān)鍵基因一個(gè)個(gè)導(dǎo)入水稻中，通過(guò)雜交方式將基因聚合，來(lái)看看這樣聚合的水稻光合效率是否會(huì)提高，水稻的產(chǎn)量是否會(huì)明顯提高？”相關(guān)的實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)展中，樊龍江說(shuō)：“我希望稗草能‘逆襲’成功，成為水稻育種家門(mén)的掌上明珠?！?/span>
附：10種田間雜草中文名和拉丁文名
稗草Echinochola crus-galli；假高粱Sorghum halepense；黑麥草Lolium perenne；雜草稻Oryza sativa f.spontanea；看麥娘Alopecurus myosuroides；二穗短柄草Brachypodium distachyon；反枝莧Amaranthus retroflexus；豚草Ambrosia artemisiifolia；掃帚苗Kochia scoparia；小飛蓬Conyza Canadensis。
（文/周煒 朱原之）
