玉米、水稻和小麥?zhǔn)瞧耨Z化最為成功的三大農(nóng)作物，為全人類提供了50%以上的能量攝入。由于它們的馴化地區(qū)、祖先各不相同，形態(tài)習(xí)性各異，其馴化過程是否遵循共同的遺傳規(guī)律在科學(xué)界長期存在爭(zhēng)論。

   2022年3月25日，《科學(xué)》在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授楊小紅、李建生與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授嚴(yán)建兵聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的研究論文。經(jīng)過三代科學(xué)家18年研究發(fā)現(xiàn)，玉米基因KRN2和水稻基因OsKRN2受到趨同選擇，并通過相似的途徑調(diào)控玉米和水稻的產(chǎn)量。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在全基因組層面闡明了趨同進(jìn)化的遺傳規(guī)律。

   為全面挖掘更多玉米和水稻中的趨同選擇基因，該團(tuán)隊(duì)充分借助組學(xué)大數(shù)據(jù)，并利用多年收集的具有廣泛代表性的507份玉米自交系、70份野生玉米以及461份栽培稻、257份野生稻進(jìn)行全基因組選擇分析，分別在玉米和水稻里鑒定到3163和18755個(gè)受選擇基因。

   比較兩組受選擇基因集發(fā)現(xiàn)，共有490對(duì)直系同源基因在玉米和水稻中經(jīng)歷了趨同選擇，即在玉米和水稻中同時(shí)受到選擇。這一數(shù)字顯著高于同源基因?qū)﹄S機(jī)組合的概率，證明了趨同進(jìn)化的性狀雖然在全基因組范圍內(nèi)不完全由相同的遺傳機(jī)制決定，但也受到部分約束，即傾向于由相同的遺傳機(jī)制決定趨同性狀的演化。

   進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，趨同選擇基因?qū)υ谟衩缀退咎囟ǖ拇x途徑中顯著富集，包括淀粉和蔗糖代謝途徑、輔因子生物合成。在鑒定到的玉米25個(gè)和水稻93個(gè)參與淀粉代謝途徑的選擇基因中，11對(duì)直系同源基因受趨同選擇。

   淀粉是谷物類植物在種子中存儲(chǔ)能量的主要成分，也是水稻和玉米能夠被馴化成主要糧食作物的重要原因，是影響籽粒產(chǎn)量的重要因素。在馴化的過程中，水稻和玉米的淀粉效率可能受到了強(qiáng)化。

   據(jù)悉，這一成果不僅揭示了玉米與水稻的同源基因趨同進(jìn)化從而增加玉米與水稻產(chǎn)量的機(jī)制，為育種提供了寶貴的遺傳資源，而且為農(nóng)藝性狀關(guān)鍵控制基因的解析與育種應(yīng)用，以及其它優(yōu)異野生植物快速再馴化或從頭馴化提供了重要理論基礎(chǔ)。■