发现粮食增产秘诀？科学家发现玉米和水稻增产基因
科普中国
据报道，北京时间3月25日凌晨，《科学》杂志在线发表了中国农业大学团队和华中农业大学团队的联合科研成果，一个在玉米和水稻中都具有的关键基因被发现。试验表明，通过对该基因的编辑改良，有望能将玉米和水稻的产量分别提高10%和8%左右。
二合一基因，对玉米和水稻产量都有用，就差小麦了。可以说，这一发现，是全人类的福音。发表在了Science上，也是实至名归！
今天就来说说这篇文章做的是什么。
其实题目简明扼要的介绍了：Convergent selection of a WD40 protein that enhances grain yield in maize and rice就是，找到一种在玉米（Maize）和水稻（Rice）中可以增加产量的基因，从单基因和全基因组两个层次系统解析了玉米和水稻趋同选择。
下面来为大家介绍下这篇文章。
1. 民以食为天，食以种为先
记得前几天网上还有个问题，如果全世界突然封锁我们，我们能粮食自足吗？其实尽管大家平时对粮食问题不关注，不过这几年疫情以来，相信不少人无论是体会还是从新闻上看到了封禁可能带来的食物匮乏问题，比起缺钱缺电，饥荒才是真正制约生命的。这还只是暂时的隔离，粮食总体上并没有危机。但是，如果真的全国性缺粮了，那个时候，就不是短时间的问题了，就像电影《星际穿越》里人类面临的问题就是粮食问题。
所以粮食危机，其实是一把没被看到但是一直悬着的刀。而三大主粮，玉米、水稻和小麦，是全球最主要的粮食，也是人类族群维系的重要存在。比如当年玉米和薯类的引入就成功让我国人口稳定在了亿以上的规模。
如何提高它们的产量，可以说是关系到了人类的生存问题。毕竟无论是直接当食物还是间接地作为家畜饲料，都是非常重要的。
2. 巧合还是必然？玉米和水稻
作为世界三大主粮，小麦是西亚人民驯化的，水稻是中国人民驯化的，玉米是美洲人驯化的。
可以说是分布在了亚欧大陆和美洲大陆上，它们祖先各异，形态和生长更是千差万别，但是伟大的先民们还是努力地把它们驯化出来了。这里面，经历了漫长的改良和人工选择，那么，这其中有没有共同的选择？是否“不约而同”？
这次是来自中国农大和华中农大的联合团队一起来解读这个问题。他们是怎么做的呢？
3. 玉米的行数是什么基因决定的呢
首先，他们制作了一种很“特殊的”玉米，就是用野生的玉米去制作了一种特异的6行玉米。此处提问：你们知道常见的玉米行数是奇数还是偶数？
目的呢，就是寻找控制玉米行数的关键基因。但是这可不容易哈，这里稍微解释下。不少性状基因，大体上可以分为两大类。
一类是质量性状基因，简单地说就是决定性状的，一般符合0/1规律，比如，男就是男，女就是女。一类是数量性状性状，简单地说就是决定数量的，往往是连续的，比如，身高，可以从几十厘米到两米多。
在现实研究中，前者容易一些，毕竟有和无是比较容易确定的。但是后者就难多了，因为，数量是连续的，你就很难找到显著性状基因，因此大家发现没，直到今天，我们依然没找到智商基因和身高基因，这就是这个问题。（当然不是绝对的，我们已经通过矮小症找到了一些身高基因，但是还不全面）。玉米的产量，同样符合这个规律，是数量性状。
这次研究团队的创造性做法就是先搞了个特殊6行玉米，这样和常见的几十行玉米呈现明显差异，那么就容易研究了。接下来，就是测基因组，然后找候选基因（答案就是：KRN2）。
这个基因能够直接调控玉米的穗行数。
而这个基因上面，经历了非常多的选择，尤其是-800 ～ -100 bp这部分。
接下来，采用实验来验证KRN2基因：
这次研究发现KRN2 和另外一个基因DUF1644可以协同起来发挥作用。到此，玉米基因解决。
4. 水稻的产量呢
既然解决了玉米，那么其他作物呢？比如，水稻。
为什么会想到水稻呢？其实也有一点联想的依据，因为水稻和玉米有以下相似的内容：
种子传播丧失：作为对比，大家想象蒲公英如何传播种子，玉米种子成熟了也在玉米轴上不掉下来。
种子休眠减少：大家想象水稻可以夸张的一年三季，几乎是不眠不休。而很多种子是必须休眠的。进化过程中粒数增加：这个最容易理解了，粒数增加，自然产量增加。
正因为如此，二者似乎有一种趋同的趋势，所以，二者可能在进化上也趋同。
于是，接下来就是寻找相似基因了，也就是找同源基因，祖先相似的那个（大家想想基因是从0到多的）。还真的被研究团队找到了，玉米中的KRN2在水稻中真的有同源基因，叫OsKRN2，就是下面这种。
二者有很大的相似度（同源性），进化关系上也很接近。
接下来就是验证，如下。
不用多说，这基因果然对水稻也有效果，和水稻产量控制有关。
5. 结论
一图来看：
研究找到了控制玉米和水稻产量的重要基因，玉米是KRN2，水稻是OsKRN2，而这俩基因是同源基因。
看来在漫长的驯化过程中，可以说是不约而同。中国人民和美洲人民，远隔太平洋，最后把水稻和玉米用相似的基因方式选择出来。而遗传学上也证明了，这些基因在玉米和水稻中经历了相似的选择过程。
可见中美人民都找到了类似的思路。而这俩基因，的确可以决定玉米和水稻的产量。
研究人员做了以下基因编辑，结果如下：
基因編辑后，玉米穗行数增加，产量提高10%；
水稻的产量增加8%。
而对于这篇研究，这个基因是我国具有重大知识产权的基因，未来，可以用来改良水稻和玉米，提高产量，可以说未来解决我国粮食安全问题也是很重要的贡献。AC4D3F26-1317-47F5-B2B6-F24B4BEBD244
猜你喜欢 性状粮食基因 无为市太平山枫香树不同单株叶片性状多样性分析安徽农学通报(2022年6期)2022-04-07请珍惜每一粒粮食小天使·一年级语数英综合(2021年10期)2021-10-20逆向倒推，非比寻常发明与创新·小学生(2021年5期)2021-08-23珍惜粮食小星星·阅读100分(高年级)(2021年2期)2021-06-15修改基因吉凶未卜奥秘(2019年8期)2019-08-28甜玉米主要农艺性状的研究农民致富之友(2017年19期)2017-10-21基因事件小猕猴学习画刊(2017年3期)2017-07-19基因小猕猴智力画刊(2016年6期)2016-05-14基因搜索仪科学启蒙(2009年10期)2009-11-16“常染色体遗传”等于“杂交后代性状分离比与性别无关”吗中学生物学(2008年11期)2008-12-02