在 2022 年 3 月 24 日《科学》杂志上发表的一项新研究中(“ WD40 蛋白的收敛选择可提高玉米和水稻的谷物产量”)，研究人员比较了世界上两种最重要的经济作物玉米的遗传区域水稻，它调节数量性状——玉米穗或稻秆上的谷粒行数。

随着人类驯化当今流行的谷类作物的祖先，特定的人类需求和农业实践随着时间的推移选择了某些基因和遗传途径。这是趋同选择的一个例子，不同的物种为了应对相似的环境压力而进化出相似的性状。在过去的研究中已经发现了谷类作物中聚合选择基因的一些实例，但人们对谷类作物在全基因组范围内分子聚合的程度和频率知之甚少。

尽管玉米和水稻在近 10 万年前就已被独立驯化，但它们具有共同的农业特性，例如易于耕种、谷物产量高和营养丰富。虽然这些性状似乎在不同的谱系中经历了趋同选择，但尚不清楚它们是否是由保守基因驱动的。在育种计划中针对此类保守基因可以提供开发改良谷物品种的方法。

“我们发现玉米中的数量性状基因座 KRN2 及其水稻直系同源物 OsKRN2 经历了趋同选择，”作者指出。玉米和水稻中的这些基因产生 WD40 蛋白，该蛋白与其他基因产物相互作用，从而减少这两种作物的籽粒数量。

该论文的第一作者、北京中国科学院植物基因组学国家重点实验室的科学家陈文康博士和他的同事探测了玉米及其进化祖先类蜀黍的基因组，以寻找选择和进化的进化信号。确定了与籽粒数量增加相关的数量性状基因座(QTL)。通过对该基因组区域的精细定位，研究小组在玉米中找到了KRN2 ，在水稻中找到了它的直系同源OsKRN2。

由于玉米中的 KRN2 和水稻中的 OsKRN2 都会负向调节籽粒数量，因此研究人员通过基因编辑实验和对照田间试验研究了敲除各个物种中这些基因的影响。他们发现这种基因操作使玉米产量提高了近 10%，水稻产量提高了近 8%，“对其他农艺性状没有明显的影响”。

此外，通过全基因组扫描，作者发现了 490 对直系同源基因，这些基因在玉米和水稻的进化过程中经历了趋同选择。他们表明这些基因包括属于两个共享分子途径的几个基因。

“更好地了解作物之间趋同选择的程度可以极大地改善育种计划。KRN2 与其他聚合选择的基因一起，为未来作物改良提供了一个极好的目标，”作者指出。

作者说，探索 KRN2 和 OsKRN2 直系同源基因在小麦等谷类作物中的作用，可以为开发提高产量的新型全球粮食作物提供机会。

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