玉米、水稻和小麥這三大農(nóng)作物,為全球人類提供了50%以上的能量攝入。人類先祖從約1萬年前就開始了對野生植物的馴化。這些作物馴化發(fā)生在地球的不同地區(qū),祖先各不相同,形態(tài)和生長習(xí)性各異。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(guī)律？這是一個重大的基礎(chǔ)科學(xué)問題,對作物的遺傳改良也有重要的實踐意義。中國農(nóng)大和華中農(nóng)大的聯(lián)合研究團隊歷經(jīng)18年,從基因和基因組兩個層面進行了系統(tǒng)的研究。其中,首次發(fā)現(xiàn)了玉米和水稻中都具有的一個關(guān)鍵基因。

△基因編輯KRN2可以同時提高玉米和水稻的產(chǎn)量

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)副校長,湖北洪山實驗室常務(wù)副主任、首席科學(xué)家嚴建兵介紹,他們將新發(fā)現(xiàn)的這個關(guān)鍵基因命名為KRN2,通過對這一基因的編輯,可以調(diào)控玉米穗行數(shù),從而將玉米的產(chǎn)量提高10%,同時這一基因,在水稻的基因組里也同樣存在,進行基因編輯,它能夠使水稻的產(chǎn)量增加8%。這是我們具有重大知識產(chǎn)權(quán)的基因,有可能為解決我們的糧食安全問題做貢獻。

嚴建兵教授介紹,重要的功能基因的發(fā)現(xiàn),將為作物遺傳改良、新作物的從頭馴化帶來新的契機。科研團隊通過研究也解析了玉米和水稻趨同選擇的遺傳規(guī)律。

△玉米和水稻趨同選擇的分子機制

嚴建兵教授介紹,下一步,聚焦KRN2基因,聯(lián)合研究團隊將依托湖北洪山實驗室,組建玉米基因組、育種基因設(shè)計、分組育種等創(chuàng)新團隊,打通從基礎(chǔ)研究到標記基因的開發(fā),以及品種選育、產(chǎn)業(yè)推廣運用全產(chǎn)業(yè)鏈。