找回玉米丢失已久的基因

北京科技报,2012-07-10

有人说，美洲印第安人哪怕只将玉米这一件东西贡献给了人类，也值得全世界倾心感谢，因为，这种禾本植物成了人类和牲畜最主要的食品。可时至今日，尽管现代科技如此发达，人们依然无法解开存在于玉米之中近1万年之久的谜团，它究竟起源于什么，何时变成了能被人类享用的样子。

尽管难以确定具体地点，大多数人认为，玉米很可能在距今5000~7000年前发源于墨西哥一带。墨西哥的特华坎山谷博物馆，就陈列着迄今为止发现最早的玉米遗迹——距今7000年的野生玉米芯，它的长度仅5厘米左右。

正因为玉米的祖先与当今栽培玉米品种的外形差别实在太大，科学家试图找出它们之间发生的那一次重大转变。

2009年，科学家曾成功得到了玉米基因组的草图，但它的完成并没有让我们对于这种古老的农作物有全面的认识。近日，华大基因研究院联合全球16所科研机构对玉米进行了大规模全基因组重测序，这次迄今为止最全面的遗传学分析，让科学家意识到，千百年前古代农民的人工驯化过程，似乎比现代育种学家所使用的方法发挥了更大的作用。

“所谓驯化，通俗讲就是人类将野生动植物培育成家养动物或栽培植物的过程，最终使得动植物的性状向人类所要求的方向转变。”深圳华大基因研究院副院长张耕耘告诉记者，很可能是生活在今日墨西哥中南部地区的美洲大陆原住民——印第安人，在一次偶然的机会中，发现了一个基因突变的野生玉米种，并通过采集、筛选、杂交等一系列手段让野生玉米的遗传密码发生了变化，才最终出现了栽培品种。但他遗憾地表示，印第安人究竟是如何发现那个突变体，使用了什么农耕技术，依然无从考证。

精密的群体遗传学评分模型共鉴定了5500多万个遗传分子标记，发现染色体结构变异在玉米野生种和栽培种的基因组中是普遍存在的，正是这些结构变异造成了它们之间的巨大差别。比如，栽培玉米的芯变粗了，粒也变多了，产量也大大提升了。

但是，张耕耘坦言，人类在延续这种选育的过程中，玉米的遗传多样性也大大减少了。栽培品种变得越来越相似，与此同时，野生玉米耐冷和抗病虫能力强等优良品质也逐渐消失，种子中的蛋白质含量越来越少，其营养价值要低于其他谷物。

“因此，我们是在试图找回那些栽培农作物品种丢失已久的珍贵的基因。”张耕耘这样解释自己所从事的这份工作。

在美国学习、工作15年之久的张耕耘一直与最前沿的生物育种技术为伴，因此也格外能体会基因组学技术在遗传改良及育种中所发挥的巨大的科学价值。

作为玉米的故乡，墨西哥直到上个世纪60年代，玉米仍然可以自给自足，可自从1982年开始进口玉米，便每况愈下。现在，墨西哥每年进口800万吨玉米，占总消费量的近40%。墨西哥人咀嚼着来自美国的玉米，究竟是何等滋味。

“我国的玉米、大豆甚至种猪都主要依赖进口，我们已经生活在一个全面争夺基因资源的时代。”张耕耘说，“如果我们能够率先找到这些有限的动植物基因资源，培育出优良品种，迅速提高产量和品质，那么，我们提升的将是这个国家的粮食安全。”而这正是张耕耘选择在2009年回到祖国，加入华大基因并组建农业基因组平台的原因。