基因微小变化形成现代玉米
众所周知,玉米是世界三大粮食作物之一,也是重要的谷物之一,拥有400多年的栽培历史,它具有很高的食用价值、饲用价值和经济价值。
玉米经历了久远的进化历程。大约在1万年前,美洲大陆的古印第安人就开始不断地选育玉米了,在此期间为适应各种复杂的自然条件,玉米发生了多次自然突变和种族间杂交,小果穗的被淘汰,果穗硕大、淀粉含量高的品种被保存下来,玉米棒逐渐变得更大,籽粒也越来越饱满,最终演变成现在的玉米。今天的玉米无稃(果实硬壳)及果穗外的苞叶便是人们长期选育的结果。
作为一种驯化作物,玉米的延续完全依赖于人类。我们知道,生物的进化不仅可以缓慢渐进,还可以因为体内某个基因的微小变化而迅速剧变,玉米便是如此。科学家发现,大刍草的果实与玉米有着相同数目的染色体和类似的基因序列,并且它们之间可以杂交,繁殖为新品种,这说明,虽然外表差异较大,但是从根本上来说,它们的亲缘关系十分相近。玉米驯化最早的时候,单个基因的微小变化就产生了这样戏剧性的结果,它们产生巨大差异的原因至少涉及了6个基因的变化,其中的主要基因是tgal,tgal基因在植物中调控花器官发育和抗性。大刍草中的tgal基因调控籽粒外壳的形成,而在现代玉米中的tgal基因则破坏了籽粒外壳的形成过程。这两种tgal基因到底有什么区别呢?原来,现代玉米tgal基因的一段序列中的碱基C,在大刍草中是碱基G,正是这个碱基的变化导致了tgal基因所编码的蛋白质发生变化,由大刍草中的赖氨酸变成了现代玉米中的天冬酰胺酸。也就是说,不同的tgal基因控制着不同的籽粒外壳,大刍草中的tgal基因使得其籽粒被坚硬的壳包裹,玉米中的tgal基因使得其籽粒无壳且柔软。除了tgal基因外,tbl也是一个重要基因,它与玉米的分蘖有关。该基因在大刍草中被抑制,结果产生许多分蘖,而在玉米中表达增加,使得玉米少分蘖或无分蘖。
尽管在驯化过程中,玉米籽粒的外壳消失了,但它们依然牢牢黏着在芯上,而不像大刍草的籽粒容易散落。因此,每个突变、每种进化都有它的作用和意义,都是符合大自然进化规律的,人类只能在遵循自然规律的基础上寻求和改造出更多的新物种。就像如今的玉米,作为高新农业育种的产物,已出现各种抗逆性的新品种来满足人类所需。