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玉米的复杂基因组——包含多达 20 亿个碱基对（相比之下，人类基因组为 29 亿个碱基对）——已由 150 多名研究人员绘制出来，他们花费数年时间来破译这种谷物的遗传密码。这是迄今为止破译的最复杂的植物基因组，有望提高作物本身的效率。
康奈尔大学的研究合作者艾德·巴克勒表示：“它使我们能够开始利用三百万到五百万年的多样性”，而不是少数精选的性状来提高产量。“这将使我们能够进行许多改进，”他说。
这项为期四年的项目得到了包括国家科学基金会（拨款 3000 万美元）在内的各个政府机构的支持，并于 20 世纪 90 年代由美国全国玉米种植者协会发起，有望为包括农业、能源甚至制造业在内的许多行业带来大量新的见解。研究结果于 11 月 19 日在线发表在《科学》和《PLoS 遗传学》上的一系列论文中。
深入玉米内部
然而，要探究这种主食的 DNA 的奥秘绝非易事。玉米基因组的基因数量实际上比人类多出 12,000 个，而且设法将它们塞到 10 条染色体上（而人类有 23 条）。所有这些数据以及玉米代码的重复性使得这项任务变得非常艰巨。该团队结合使用物理和光学映射来得出研究结果。
在定位和表征了这种谷物的 32,000 个基因之后，研究人员现在预计会出现大量基因调优的新品种。该研究的作者、圣路易斯华盛顿大学（W.U.）的理查德·威尔逊表示：“拥有基因组序列就像拥有说明书的一部分。” 他呼应了2000 年著名评论，当时的人类基因组计划负责人弗朗西斯·柯林斯称了解我们的基因组为“瞥见我们的说明书”。
更好地了解植物的生化途径甚至可以激发全新的用途。“我们非常兴奋能够生成大量人们可以使用的标记，”巴克勒说，他也是美国农业部农业研究局的一部分。“我们将能够非常迅速地进行全基因组关联研究，而这些研究已经在人类身上开始取得进展。”研究结果还可能帮助研究人员解开杂种优势之谜，这是一个尚未解决的难题，即为什么杂交后代被证明比其父母遗传资产的总和预期的生长得更好。
这些信息肯定会加快玉米新品种的开发时间。威尔逊解释说，现在学术界和企业研究人员都可以在种子中进行基因测试，以查看它们是否表现出所需的性状，而不是等待整个生长季。巴克勒指出，去年在发现相关等位基因后，一项旨在提高玉米中维生素 A 含量的育种计划已经启动。“一旦我们找到具有良好等位基因的好基因，我们就可以立即进行杂交，”他说。
深入探究玉米的遗传过去
该植物的新图景也帮助研究人员更好地了解其进化和历史。该作物大约在 10,000 年前由一种名为类蜀黍的中美洲草驯化而来。然而，巴克勒说，玉米的大部分遗传多样性可以追溯到近五百万年前。其他人此前曾指出一些可能在驯化过程中不可或缺的基因（例如耳朵大小或籽粒嫩度的基因），但新的图谱表明，至少有 100 到 200 个基因参与了该植物的驯化和选择性育种，巴克勒指出。而且事实证明，“许多基因与形成一个大耳朵有关，”他说，并引用了从历史上几英寸到如今可以经常达到一英尺以上的杂货店品种的增长。
研究人员选择了 1970 年代在艾姆斯爱荷华州立大学开发的 B73 杂交玉米品种进行测绘。威尔逊指出，它是“一个最受欢迎的实验室菌株”，其中许多基础研究已经完成。
与哺乳动物不同，杂交玉米品种可以具有相当大的遗传差异，并且仍然可以产生可存活的后代。对其他 27 个品种的部分测序显示出一些惊人的差异。例如，Mo17 品种至少没有 180 个出现在 B73 中的基因。“任何两个玉米品种之间的差异都像人类与黑猩猩之间的差异一样大，”巴克勒说。
大量的基因
人类 DNA 碱基的数量应该几乎可以忽略不计地高于玉米中的碱基数量，这似乎很奇怪，但正如威尔逊所指出的那样，重要的是“不要纠结于这些数字”。他说，如果我们的理解完全基于这些排名，那么“我们与松树相比就显得苍白无力”。重要的是基因组的组织方式。“人类基因要复杂得多，”W.U.医学院基因组中心主任威尔逊指出。
关于某些植物与脊椎动物的相对复杂性的其他理论要求具有遗传效率。高级动物通常可以移出次优环境（或者在人类的情况下，甚至可以改变环境）。另一方面，“植物基本上必须站在那里接受它，”巴克勒说。“在某些方面，这更加复杂——你不能逃避正在攻击你的病原体，因此你必须创造多种选择来应对这些事情。”
尽管该作物进行了卓有成效的适应，但它因消耗宝贵的水和营养资源而受到指责，尤其是在其种植面积增加以满足生物燃料和动物饲料需求的情况下。然而，该项目背后的许多人断言，这项新知识将有助于创造更环保甚至更适合每个地点的品种（例如，更耐旱或需要更少的氮）。更多的玉米可能意味着在美国有更多的商机，美国已经种植了世界上约 44% 的供应量（并且也是该谷物的最大消费国）。仅今年一年，该国 8700 万英亩的玉米预计将生产约 130 亿蒲式耳，这可能会带来超过 30 亿美元的收入。
除了为经济注入活力的潜力外，玉米还可以在养活不断增长的全球人口方面发挥重要作用。根据联合国估计，到 2050 年，额外增加 23 亿人口可能意味着食物需求增加 70%。现在克服了玉米挑战，研究人员有信心解决更复杂的作物基因组，例如小麦和大麦——这是对抗全球饥饿的其他潜在武器。
玉米项目的线索可能对医学研究具有重要意义。作为一名遗传学家，威尔逊还检查人类 DNA。“癌细胞基因组在某些复杂性方面也很难弄清楚，”他说。“我认为玉米基因组中有很多微型的杰作，我们可以用来研究人类疾病。”