田間試驗表明，敲除該基因可使玉米和水稻的產(chǎn)量分別提高10%和8%，且對其他農(nóng)藝性狀沒有任何明顯的負面影響。

這一發(fā)現(xiàn)來自研究人員對玉米和水稻馴化過程的分析。大約在一萬年前，人類就已經(jīng)馴化和栽培了這兩種草。為了滿足人類的需求，它們現(xiàn)在在許多形態(tài)和生理特征上都與野生祖先有很大不同。

盡管玉米和水稻走了不同的馴化路徑，但作為人類青睞的作物，它們經(jīng)歷了一些共同的變化，比如：種子不像它們的野生祖先那樣成熟后自動脫落（使人類更容易收獲）；種子休眠減少（有利于發(fā)芽和收獲同時進行）；植物上的種子更多或顆粒更大（以滿足我們高產(chǎn)的要求）。

科學(xué)家推斷，這兩種馴化作物的共同特征可能是由保守基因驅(qū)動的。如果是這樣，找到經(jīng)過趨同選擇的關(guān)鍵基因并在育種計劃中針對它們可能會導(dǎo)致改良作物品種的開發(fā)。

基于這個想法，研究團隊首先探索了玉米及其野生近緣類蜀黍的整個基因組，尋找控制玉米粒數(shù)量的基因。通過對基因組區(qū)域的精細作圖，他們發(fā)現(xiàn)了一個候選基因KRN2（內(nèi)核行號2）。這種基因在栽培玉米和野生類蜀黍之間有所不同，它與玉米棒上有多少行籽粒有關(guān)，因此對玉米產(chǎn)量有很大影響。

在水稻中，正如研究人員猜測的那樣，他們發(fā)現(xiàn)了KRN2的同源基因OsKRN2。該基因也經(jīng)歷了從栽培稻到野生稻的選擇，OsKRN2 調(diào)節(jié)水稻產(chǎn)量的一個決定因素：水稻穗中次生分枝的數(shù)量。

在全基因組范圍內(nèi)，研究人員在玉米和水稻中鑒定出了490對經(jīng)過趨同選擇的種間同源基因，其中包括玉米的KRN2和水稻同源基因OsKRN2（圖片來源：參考文獻[1]）

進一步分析表明，這對同源基因均編碼WD40蛋白，并與另一個功能未知的基因DUF1644相互作用，對兩種作物的籽粒數(shù)產(chǎn)生負調(diào)控。也就是說，敲除這個基因可以通過增加玉米粒行數(shù)和增加稻穗次生分枝數(shù)來增加玉米和水稻的粒數(shù)。這一結(jié)果分別在基因編輯實驗和田間試驗中得到了驗證。

內(nèi)蒙古巴彥淖爾、海南三亞、遼寧鐵嶺等多個田間對照試驗表明，KRN2基因編輯玉米和OsKRN2基因編輯水稻產(chǎn)量增加（圖片來源：參考資料[1]）

值得一提的是，包括這對種間同源基因KRN2和OsKRN2在內(nèi)，研究團隊共鑒定出490對在玉米和水稻馴化過程中經(jīng)歷趨同選擇的種間同源基因。對這些基因的深入了解有望為作物育種工作提供更多見解，加速玉米和水稻種質(zhì)的創(chuàng)新，也為從無到有的新作物馴化提供信息，以滿足全球糧食生產(chǎn)的多樣化需求。