返祖现象也称野化或去驯化，指栽培作物和家养牲畜等从人工环境回归自然环境，恢复野生特征，是生物界经常发生的一种遗传现象。
就栽培水稻而言，去驯化后成为杂草稻。这种水稻作为稻田恶性杂草，严重影响水稻生产，被称为“鬼稻”。
经过3年多努力，浙江大学农业与生物技术学院教授樊龙江领导的国际研究团队，对来自16个主要水稻生产国的稻区进行了抽样调查。在对524份杂草稻的研究中，他们发现，水稻在世界各稻区均存在去驯化现象。
来自中国、美国、巴西等国内外12个研究团队参与了该研究，相关成果近日在线发表于《基因组生物学》。这项调查对水稻进化、资源利用和杂草稻防控具有重要意义。
返祖现象是进化的必然
通过基因组重测序，并结合已有当地栽培稻和野生稻基因组数据资源，研究人员在对样本群体遗传学分析后发现，全球稻区发生的杂草稻都来自栽培稻，而且这个去驯化过程是一个持续的过程。
一般认为，水稻的进化历程，从野生经过驯化以及现代遗传育种改良便结束了。因此有的科学家认为杂草稻与栽培稻只是“近亲”，没有直接的血缘关系。但这项最新研究让作物发展的历史又向前延伸了一段。
研究表明，返祖现象是适者生存的自然选择。随着人们对水稻高产的不断改良，谷粒变大且不易脱落，这样一来便于收割增产提效。但这一改良满足了人类需求却改变了水稻的生存法则——原有的繁衍生存机制被破坏。
因此，杂草稻需要不断适应新的变化，让自己生存下来。“落粒是种子回归土壤实现繁衍的关键一步，是在自然界生存最重要的机制。同时将种子变小，也是为了便于传播生长。”论文第一作者邱杰解释。
杂草稻的极强竞争力
杂草稻在我国大面积发生，特别在江苏、广东、辽宁和宁夏等地，已成为我国稻田除稗草外最严重的杂草。
杂草稻随耕作生长季节与栽培稻伴生。此前研究表明，杂草稻在有限空间中与栽培稻开展竞争，比如争水分、争光照、争养料。由于其遗传背景与栽培稻极其相似，除草剂难以根除，给水稻生产带来极大影响。
调查中，科研人员发现，全球特别是在南美稻区，有大量杂交起源的杂草稻，它们或是杂草稻之间或是杂草稻与栽培稻之间杂交而成。这种杂交导致杂草稻同样获得了除草剂抗性等。科研人员建议，要尽可能防止不同水稻品种间的串粉，通过加强育种过程管控来减少杂草稻的出现。
难以除净杂草稻的另一个原因是，从外形上很难区别。在苗期，杂草稻就与栽培稻“较劲”，抽穗之后还会率先成熟。邱杰认为，水稻通过稻苗移栽能够很好地防控杂草稻。
在危机中找到未来水稻育种的机遇
杂草稻的危害性还来自于其休眠特征，也就是说在一定条件下能够度过田间冬季的严酷环境，直到稻季才发芽。
这样年复一年的结果就是，杂草稻越来越多，终成大害。樊龙江说，水稻长，它就长。“如果一块地闲置两年重新种植水稻，杂草稻又会‘复活’。”
这种能力来自于从休眠中“觉醒”的种子及其强劲的发芽势。科学家们很希望将这种“发芽率高、长势强”的优点应用到水稻育种当中，通过提高自然适应能力，为增产增收开辟新的思路。
研究发现，全球不同地区杂草稻存在一个共同的强烈基因组分化区域，即7号染色体一个0.5Mb区间。该区域包括与种子休眠、抗性相关基因等，对杂草稻环境适应非常重要。此外，休眠性相关基因经历平行进化，在粳型杂草稻和栽培稻间分化明显，可能在不同杂草稻群体野化过程中发挥重要作用。
化危机为转机，中外科学家在对杂草稻的研究中不断寻觅新的育种方向。
相关论文信息：https://doi.org/10.1186/s13059-020-01980-x
