Rijst is een van de meest verbouwde basisvoedselgewassen ter wereld en levert ongeveer 20% van de dagelijkse calorie-inname voor meer dan de helft van de wereldbevolking. De momenteel op grote schaal verbouwde rijst is echter een eenjarig gewas dat elk jaar opnieuw moet worden gezaaid, terwijl de wilde verwanten meestal meerjarige planten zijn die jaar na jaar kunnen bloeien en nieuwe scheuten aan de basis van de plant kunnen blijven ontkiemen.
Een laatste studie gepubliceerd in Science laat zien dat wetenschappers belangrijke genetische factoren hebben gevonden die de meerjarige kenmerken van wilde rijst (Oryza rufipogon) bepalen, en met succes relevante genen in gecultiveerde rijst (Oryza sativa) hebben geïntroduceerd om rijstmaterialen te creëren met meerjarige groeimogelijkheden. Het onderzoeksteam is van mening dat de huidige gecultiveerde rijst waarschijnlijk afkomstig is van eeuwige voorouders, maar dat het regeneratievermogen ervan geleidelijk verloren is gegaan tijdens het langdurige domesticatieproces.
Om dit eeuwige kenmerk te volgen, voerden Han Bin, een geneticus aan de Chinese Academie van Wetenschappen, en collega's een vergelijkende analyse uit van 446 wilde rijstmonsters en gecultiveerde rijstmaterialen. Ze identificeerden een genomisch gebied genaamd "Endless Branches and Tillers 1" (EBT1) op chromosoom 1 van rijst, dat twee kopieën bevat van het regulerende gen microRNA156, respectievelijk gelabeld B en C.
Onderzoek toont aan dat deze microRNA156 B- en C-sequentie in het zaailingstadium zeer actief is en de plant in de vegetatieve groeifase kan houden, waardoor deze bladeren en stengels kan blijven groeien zonder overhaast te beginnen met reproductieve ontwikkeling. Naarmate de plant ouder wordt, verzwakt deze activiteit geleidelijk. Bij gewone cultuurrijst betekent dit dat de levenscyclus van de plant eindigt na de bloei en vruchtvorming. Bij wilde rijst wordt dit gengebied na de bloei 'gereset', waardoor de plant de vegetatieve groei weer kan hervatten in plaats van volledig af te sterven.
Het onderzoeksteam kruiste verder wilde rijst met gecultiveerde rijst om de functionele prestaties van relevante genen in levende planten te observeren. Uit de vele hybride nageslachtfenotypes selecteerden de onderzoekers een materiaal met het nummer G43, dat het vermogen aantoonde om de reproductieve ontwikkeling te stoppen en de vegetatieve groei na de bloei opnieuw te starten.
Tijdens het proces van herstel van de vegetatieve groei zal G43 vanaf de basis van de plant een groot aantal zijtakken laten groeien, zogenaamde 'tillers'. Normaal gesproken produceert een gewone rijstplant ongeveer 10 uitlopers in zijn levenscyclus, van verbinding tot kop, vruchtvorming en dood, terwijl G43 gemiddeld meer dan 70 uitlopers kan produceren, wat een significant bewijs is van zijn vermogen om meerdere keren te regenereren en uit te breiden.
Dit ‘eindeloze uitbouwen’ kent momenteel echter duidelijke beperkingen: de meeste zijtakken die door deze secundaire groeisels worden gevormd, zijn steriele uitlopers, die alleen abnormale bloemen zullen laten groeien maar geen zaden kunnen produceren. Het onderzoeksteam is van mening dat om meerjarige gecultiveerde rijst te verkrijgen die echt op grote schaal kan worden gepromoot, relevante genen elders in het genoom verder moeten worden geïntroduceerd of gereguleerd om een variëteit te verkrijgen die vele jaren kan regenereren en voldoende vruchtbaarheid kan behouden.
Salomé Prat, een plantengeneticus van het Agricultural Genome Research Institute, wees er in een interview met Refractor op dat de huidige EBT1-locus weliswaar meerjarige kenmerken met zich meebrengt, maar ook de normale bloei van rijst remt, waardoor de opbrengst afneemt. In dit allel, legt ze uit, wordt het gen na de bloei opnieuw geactiveerd in de bloemknoppen, waardoor nieuwe bloemknoppen worden gevormd, maar dit betekent ook dat de voortplantingsfase wordt onderdrukt.
Jorge Dubcovsky, een plantenbioloog aan de Universiteit van Californië, Davis, waarschuwde dat dit soort gen-bewerkte rijst "waarschijnlijk niet snel beschikbaar zal zijn voor het publiek" op korte termijn. Hij wees erop dat, vanuit het perspectief van de brede landbouwproductie, meerjarige gewassen doorgaans lagere opbrengsten opleveren dan eenjarige gewassen. In de context van de aanhoudende groei van de wereldbevolking is de mens wellicht niet in staat zich de grootschalige vervanging van bestaande, hoogproductieve eenjarige basisgewassen door meerjarige gewassen met een lagere opbrengst te veroorloven, ook al heeft de eerste voordelen op het gebied van ecologie en duurzaamheid.
Ondanks de vooruitzichten en uitdagingen wordt dit onderzoek nog steeds beschouwd als een belangrijke vooruitgang op het gebied van genetische verbetering van rijst, en levert het belangrijke aanwijzingen voor het creëren van gecultiveerde rijst die vele jaren kan worden geoogst via moleculaire veredelingsmethoden. Als wetenschappers in de toekomst gestaag meerjarige kenmerken in de belangrijkste variëteiten kunnen introduceren zonder de opbrengst aanzienlijk op te offeren, wordt verwacht dat het rijstplantsysteem verreikende veranderingen zal inluiden in termen van het verminderen van het zaaien, het besparen van arbeid en hulpbronnen, en het verbeteren van de bodem en het ecologische milieu.