玉米、水稻和小麥這三大農作物，為全球人類提供了50%以上的能量攝入。它們在長期的改良和選擇過程中，是否遵循了共同的遺傳規律?中國農大和華中農大的聯合研究團隊歷經18年，從基因和基因組兩個層面進行了系統的研究。其中，首次發現了玉米和水稻中都具有的一個關鍵基因KRN2。
基因編輯KRN2可以同時提高玉米和水稻的產量
團隊成員利用野生玉米資源創製了穗行數為6行的特異玉米材料，採用基因組學技術鑒定了一個調控玉米穗行數的基因KRN2。進一步研究發現，在玉米馴化和改良過程中，該基因上遊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。此後，在水稻基因組中鑒定出玉米KRN2同源基因OsKRN2，發現該基因在栽培稻馴化和改良過程中同樣受到了選擇，而且控制水稻的二次枝梗數和穗粒數。
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負調控玉米與水稻的穗粒數。團隊利用基因編輯技術創製了KRN2和OsKRN2基因功能喪失的新材料。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。
專家：具重大知識產權 有利於進一步保障國家糧食安全
中國農業大學經濟管理學院副教授朱晨對本網記者表示，編碼WD40蛋白同源基因的發現和識別將有助於對農作物進行定向改良和育種。通過良種培育可進一步達到保障我國糧食安全、提升農業率的重大社會意義。
「這是我們具有重大知識產權的基因，有可能為解決我們的糧食安全問題做貢獻。」該論文通訊作者，華中農業大學副校長，湖北洪山實驗室常務副主任、首席科學家嚴建兵接受採訪時亦表示，重要的功能基因的發現，將為作物遺傳改良、新作物的從頭馴化帶來新的契機。
嚴建兵稱，下一步，聚焦KRN2基因，聯合研究團隊將依託湖北洪山實驗室，組建玉米基因組、育種基因設計、分組育種等創新團隊，打通從基礎研究到標記基因的開發，以及品種選育、產業推廣運用全產業鏈。
