玉米、水稻和小麦这三大农作物，为全球人类提供了50%以上的能量摄入。它们在长期的改良和选择过程中，是否遵循了共同的遗传规律?中国农大和华中农大的联合研究团队历经18年，从基因和基因组两个层面进行了系统的研究。其中，首次发现了玉米和水稻中都具有的一个关键基因KRN2。
基因编辑KRN2可以同时提高玉米和水稻的产量
团队成员利用野生玉米资源创制了穗行数为6行的特异玉米材料，采用基因组学技术鉴定了一个调控玉米穗行数的基因KRN2。进一步研究发现，在玉米驯化和改良过程中，该基因上游非编码区受到了明显的选择，导致基因表达量降低，进而增加了玉米的穗行数和穗粒数。此后，在水稻基因组中鉴定出玉米KRN2同源基因OsKRN2，发现该基因在栽培稻驯化和改良过程中同样受到了选择，而且控制水稻的二次枝梗数和穗粒数。
KRN2/OsKRN2编码一种WD40蛋白，它与功能未知蛋白DUF1644互作，通过一条保守的途径负调控玉米与水稻的穗粒数。团队利用基因编辑技术创制了KRN2和OsKRN2基因功能丧失的新材料。多年多点的田间小区试验表明，玉米KRN2敲除系和水稻OsKRN2敲除系可分别提高~10%的玉米产量和~8%的水稻产量。
专家：具重大知识产权 有利于进一步保障国家粮食安全
中国农业大学经济管理学院副教授朱晨对本网记者表示，编码WD40蛋白同源基因的发现和识别将有助于对农作物进行定向改良和育种。通过良种培育可进一步达到保障我国粮食安全、提升农业率的重大社会意义。
“这是我们具有重大知识产权的基因，有可能为解决我们的粮食安全问题做贡献。”该论文通讯作者，华中农业大学副校长，湖北洪山实验室常务副主任、首席科学家严建兵接受采访时亦表示，重要的功能基因的发现，将为作物遗传改良、新作物的从头驯化带来新的契机。
严建兵称，下一步，聚焦KRN2基因，联合研究团队将依托湖北洪山实验室，组建玉米基因组、育种基因设计、分组育种等创新团队，打通从基础研究到标记基因的开发，以及品种选育、产业推广运用全产业链。
