3月25日，《科學》雜志在線發表了研究論文“Convergent selection of a WD40 protein that enhances grain yield in maize and rice”（《一個趨同選擇基因WD40能同時提高玉米和水稻產量》）。

該論文發現，玉米KRN2和水稻OsKRN2受到趨同選擇并通過相似的途徑調控玉米和水稻的產量。通過多年多點的田間小區試驗表明，玉米KRN2敲除系和水稻OsKRN2敲除系可分別提高10%的玉米產量和8%的水稻產量，并且對其他農藝性狀沒有明顯的負面影響，展現了巨大的應用潛力。

論文在線截圖

該論文由中國農業大學李建生、楊小紅團隊，與華中農業大學嚴建兵團隊聯合完成。華中農業大學作物遺傳改良國家重點實驗室副主任、湖北洪山實驗室常務副主任，首席科學家嚴建兵對第一財經記者表示，該研究的最重大意義在于WD40基因的發現，并從全基因組層面，對作物趨同的機制進行了回答，為未來作物育種奠定重要理論基礎。

在此基礎上，聯合研究團隊發現了控制玉米、水稻產量的“高產基因”。嚴建兵稱，這有可能使玉米、水稻單產得到大幅度提高，對保障國家糧食安全將有著重大價值和現實意義。目前，聯合研究團隊正在向這方面努力，爭取做更大范圍的試驗，放在更多條件、背景下來檢測效果。“玉米KRN2基因與水稻OsKRN2基因屬于同源基因，這兩個基因是以前沒有被科學界發現的，如今被中國科學家發現，擁有自主知識產權，并已經申請國際專利。這意味著，如果外國企業今后要使用這個專利需要向中國付錢。事實上，已經有國內外公司跟我們團隊聯系了。《科學》雜志剛才還專門刊發文章，展望是否可以應用于小麥作物。”

古代人類在大約一萬年前開始馴化動植物，玉米、水稻和小麥是迄今馴化最為成功的三大農作物，為全球人類提供了50%以上的能量攝入。這些作物馴化發生在地球的不同地區，祖先各不相同，形態和生長習性各異。比如，玉米的原產地是墨西哥，水稻的原產地是中國。嚴建兵稱，這三大作物在長期的改良和選擇過程中，到底發生了什么，是否遵循共同的遺傳規律，這是一個重大的基礎科學問題，對作物的遺傳改良有著重要的實踐意義。“論文研究成果，給出了遺傳規律層面的科學回答。”

玉米和水稻趨同選擇的分子機制

聯合研究團隊采用基因組學技術鑒定了一個調控玉米穗行數的基因KRN2。進一步發現在玉米馴化和改良過程中，該基因上游非編碼區受到了明顯的選擇，導致基因表達量降低，進而增加了玉米的穗行數和穗粒數，最終增加產量。同時在水稻基因組中鑒定出玉米KRN2同源基因OsKRN2，該基因控制水稻的二次枝梗數，最終影響穗粒數和產量。在栽培稻馴化和改良過程中，該基因也同樣受到了選擇，導致基因表達量降低。KRN2/OsKRN2編碼一種WD40蛋白，它與功能未知蛋白DUF1644互作，通過一條保守的途徑調控玉米穗行數與水稻穗粒數。

嚴建兵表示，WD40基因以及其它鑒定到的489對經歷趨同選擇的同源基因對，從全基因組層面回答了多年來科學界的關切，讓科學界認識到玉米和水稻存在趨同選擇的遺傳規律。這些結果不僅有助于深入認識和理解農作物的進化和改良過程，而且對加速作物的育種進程和為從頭馴化創制新型作物提供有價值的信息。

他說，由于發現了作物的遺傳規律，也就意味著這是可以“觸類旁通”的。至于大豆，是否有同樣的指導意義，希望科學家能夠繼續跟進。“今天上午，就有研究蔬菜的科學家發信息稱，該研究成果給予他們啟發。”當然，這只是一個階段性研究成果，也不能期待其解決作物改良的所有問題，科學研究永無止境，如果能給后來人帶來啟發和洞見，就已經是很大的進步了。

基因編輯KRN2 可以同時提高玉米和水稻的產量

尤為值得關注的是，該研究還利用基因編輯技術創制了KRN2和OsKRN2基因功能敲除的新材料。嚴建兵解釋稱，KRN2和OsKRN2基因在所有的材料中都有，對作物產量有抑制作用，運用基因編輯這種“超級手術刀”將其敲除，而且這種操作很容易做到，最終實現產量提高。最為重要的是，對作物不會產生其它農藝性狀的明顯負面影響。

他表示，從增產機制來講，轉基因技術是在作物中轉入外源基因，讓其獲得某種性狀，從而實現抗蟲、抗除草劑，減少作物產量損失，提高勞動生產效率；基因編輯技術，則是通過敲除抑制作物產量的基因，達到增產的目的。不過，無論是基因編輯，還是轉基因，都只是工具。最關鍵的仍然是上游的基因突破，是否發現具有自主知識產權、有重大價值的基因。

嚴建兵提到，今后，“高產基因”在什么條件下可以使用，如何有助于增產，將是下一步需要繼續研究的課題。

標簽： 基因編輯 高產基因