野水稻人类如何无意中选择了杂草水稻

马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员发现，帮助杂草稻品种繁衍的解剖学适应性并不像以前认为的那样只限于这些有害稻品种。这项研究最近发表在《实验植物学杂志》上，表明尽管人类已经种植了10,000年，但一种使水稻植株能够轻松落籽的细胞组织仍然是几乎所有栽培稻品种的特征，尽管程度较轻且变异性较大。

杂草稻(一种在耕地中有害的水稻)的持续扩散表明，我们种植水稻的方式也在不经意间选择了杂草行为;栽培水稻不断去驯化为杂草品种的事实特别证明了这一点。

“过去几十年来，我们生物学家一直在讲述水稻驯化是如何发生的故事。”麻省大学阿默斯特分校生物学教授、论文资深作者安娜·凯塞多(AnaCaicedo)说道。“但当我们开始仔细研究各种不同的水稻品种时，发现这个老故事过于简单，掩盖了实际发生的事情。”

这个故事开始于人类出现之前很久，当时栽培水稻的野生祖先进化出了“破碎”的能力，或者说很容易地掉落和散播种子，而不是将它们保留下来。

“破碎”，或者说是轻易地掉落种子，是一种进化上优雅的繁殖策略，可以让植物广泛而迅速地传播，这是因为“脱落区”的形成：一种位于每粒米粒(我们吃的部分)底部的特殊组织，将米粒与植物连接起来。

进入人类。

虽然落粒现象对野生植物有益，但对收获谷物却不利，因为大多数种子在被饥饿的人类采摘之前就已丢失。几千年来，人类选择了不同的栽培水稻品种，每种品种都有自己的驯化历史，这些品种比野生祖先更能牢牢地抓住谷粒。长期以来，人们一直认为，落粒现象和落粒现象已从栽培水稻中消失。

然而，栽培稻也进化出了杂草稻品种，这些品种易碎且生长良好，是限制全球栽培稻产量的主要因素之一。事实上，杂草稻实际上是从各种栽培品种中去驯化或独立进化而来的多种不同群体。

“脱落区长期以来被认为是影响水稻落粒的关键因素，但尚未得到彻底研究，”该论文的共同主要作者、在马萨诸塞大学阿默斯特分校研究生学习期间完成了这项研究的李翔(XiangLi)说道。

“我们需要观察更多的水稻个体，以揭示这种特殊组织在不同水稻品种中的模式。这项解剖学研究将提高我们对水稻进化的理解，并为进一步研究潜在遗传学奠定基础。”

Li、Caicedo及其团队(包括共同主要作者DanielLowey，他在推动这项研究时还是马萨诸塞大学阿默斯特分校的本科生)收集了86个样本的显微镜图像，这些样本来自五种主要栽培水稻以及来自伊比利亚半岛、南亚、东北亚和美国等多个地区的去驯化杂草稻

他们发现，虽然温带粳稻这一栽培水稻种群几乎完全丧失了离区，但大多数其他栽培种群不同程度地保留了离区。但这些离区之间存在差异。

“从视觉上看，我们可以看到所检查水稻的离区之间的明显差异，但我们不能仅仅依靠感知，”洛伊解释道。“为了将我们的观察结果转化为数字，我们开发了一套由三种新方法组成的测量方法，以数字方式量化我们最感兴趣的离区的各个方面。”

研究小组进一步发现，离区相对长度(而非简单的组织存在与否)是预测哪些品种易碎、哪些品种抗碎性更强的最佳变量。虽然栽培群体的离区长度差异很大，导致其碎裂程度存在一定差异，但每种杂草品种，无论从哪里采集，离区都趋于较长。

“这告诉我们，”Caicedo说，“每次杂草稻进化时，它都会‘选择’较长的离区作为最佳的进化繁殖适应性。”相反，每次水稻品种被驯化时，它们的离区都会发生不同的改变，从而导致不同程度的落粒性丧失。

尽管人类花了一万年的时间努力将水稻保持在驯化的、不落粒的形式，但如此多不同的独立进化的杂草稻种群却都趋于同一种适应性——长落粒区和易落粒性，这意味着人类管理稻田的方式在无意中选择了这两个特征。这也表明，实现高落粒性的唯一方法是通过长落粒区。

这也意味着我们对人类和稻米悠久历史的理解需要更新。特别是，科学家以前认为栽培稻已经失去了离层，而稻粒底部的粗糙程度可以表明是否存在离层，从而判断稻粒是否破碎。

然而，凯塞多表示，“你不能简单地通过观察米粒的表面，无论是今天的米粒还是数千年前的考古样本，就判断它是否被栽培过或者是否破碎，因为几乎所有的米粒都具有一定程度的离区形成。”

李补充说：“我们研究的一个令人兴奋的方面是，它为研究潜在的遗传学奠定了基础。我们现在知道，我们需要找出控制不同水稻群体离区长度的基因。然后，我们将能够了解所有这些离区变化是何时以及如何发生的，以及它们如何影响水稻驯化和去驯化的故事。”

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