雜草中的稗草是水稻的“頭號敵人”，其危害比水稻瘟菌更甚。但水稻也進化出了自己對抗稗草的“生化武器”——稻殼素。這是一種防御性的次生代謝產物，通過根系分泌，進而抑制周邊稗草等植物的生長。
過去5年，浙江大學農業與生物技術學院教授樊龍江團隊聯合日本科學家團隊努力攻關，首次揭示了相關基因在基因組上成簇排列是防御性化感化合物稻殼素合成的關鍵，同時證實這樣的基因成簇進化事件在植物界已獨立發生多次。該成果5月14日發表于美國《國家科學院院刊》。
根據國際糧農組織估計，雜草每年造成損失達950億美元。
為了更好應對以稗草為主的稻田雜草，農民種植一季稻谷至少要噴兩次除草劑。“如果不噴除草劑，成熟季節稻田里就看不到水稻了。”樊龍江說。
因此，稻殼素的“生化武器”作用對未來育種具有重要價值。探究稻殼素的生成機制顯得尤為必要。
目前已知植物中能產生稻殼素的只有水稻、大灰蘚和稗草。科學家已分別在水稻和稗草產生稻殼素的機制中發現，基因成簇似乎是必要條件。
基因成簇是指，合成稻殼素的基因比較密集地排列在一起，呈簇狀。樊龍江說：“基因簇在進化上有選擇優勢，快速合成，抵御外來影響。”
大灰蘚要產生稻殼素，是不是也必須具備基因成簇？
中日科研人員通力合作，通過基因組學、酶學和基因功能研究發現，大灰蘚基因組上稻殼素合成相關基因的確同樣成簇存在，并參與稻殼素合成。基于已測序的100多個植物基因組序列大規模分析發現，目前在植物界中只有上述三個物種進化出稻殼素基因簇。
樊龍江說，很多植物都進化出了稻殼素合成相關基因，但是它們都不能合成稻殼素，因為這些物種的相關基因沒有成簇，只是零散地分布在各條染色體上。所以，植物要合成稻殼素，基因簇的進化很重要。
　
稻殼素合成的基因簇是從古老的祖先物種中遺傳而來，還是各自獨立進化？
研究發現，這是物競天擇的獨立進化事件。“也就是說，未來還可能發現能產生稻殼素的其他植物。”樊龍江說。
稗草是惡性雜草，競爭力強。如不防治稗草，稻田就是它的天下。
既然水稻和其重要對手稗草都能分泌具有殺傷性的稻殼素，那么兩者競爭孰強孰弱？為什么水稻還會敗下陣來？
樊龍江團隊早前的研究已經揭示，稗草還有一種秘密“生化武器”——丁布。科研人員正在篩選對丁布不敏感，但又能產生大量稻殼素的水稻品種，這將對未來綠色育種產生積*影響。“植物合成大量次生代謝產物，我們的研究對于認識這些物質合成和進化機制具有意義。”他說。
相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.156 0190