新型转基因玉米产量提高10%

增强基因可以增加玉米的收成。资料来源:OTICKI/SHUTERSTOCK。COM

长期以来，基因工程的支持者坚信它将有助于满足世界日益增长的粮食需求。然而，尽管许多抗虫和抗除草剂的转基因作物已经被开发出来，科学家们还不能在提高作物产量方面做很多工作。现在，研究人员首次证明，通过改变促进植物生长的基因，他们最终可以安全地将玉米产量提高10%，不管生长条件是好是坏。

“这太不可思议了。”美国艾奥瓦州立大学的分子生物学家王侃没有参与这项研究，他说。她说，除了增加玉米产量，新的转基因技术还将鼓励研究人员努力提高其他作物的产量。

世界上种植最广泛的转基因作物(包括大豆、玉米和棉花)是通过相对简单的基因改良创造出来的。例如，通过将细菌的基因添加到特定的作物品种中，科学家已经赋予它们合成一种能杀死许多昆虫的蛋白质的能力。另一个简单的基因操作结果可以使作物对草甘膦或其他除草剂产生抗性。这样做的一个好处是农民可以在不侵蚀土壤的情况下清除杂草。还有一项在干旱期间保护农作物的行动。然而，因为植物的生长过程涉及许多复杂的遗传因素，所以很难培育出在良好条件下能生产更多食物的作物。

从2000年起，世界各地的转基因公司开始仔细筛选能够提高作物产量的单个基因。然而，只有少数已鉴定的基因显示出希望，由于成功率低，许多公司已经减少或停止筛选与作物产量相关的基因。

但是位于特拉华州威尔明顿的化学和种子公司科特瓦农业科学公司的研究人员决定像主开关一样研究影响作物生长和产量的基因。

研究人员在许多植物中选择了一个通用的类名MADS-box基因，然后选择了一个基因(zmm28)来改变玉米植株。研究调节发育的基因的挑战是确保它们在正确的时间以正确的组织类型开启正确的数量。领导这项研究的科尔特瓦农业科学公司的植物生理学家杰夫·哈本说，如果基因过于活跃，“很容易把植物搞得一团糟”。

该研究小组的目标是将zmm28与一个新的启动子融合，该启动子是控制基因激活时间的脱氧核糖核酸。经过十几次尝试，他们找到了一个可靠的方法。

通常，zmm28会在玉米开始开花时开始。然而，增加的启动子可以比自然发生更早地激活zmm28，并在开花后继续促进基因的有益效果。

"如果你让基因工作得更努力、更长久，你就能让植物表现得更好."王说。

研究人员在48种商业玉米品种中测试了增强子基因的表现，这些品种被称为杂交玉米，通常用于饲养牲畜。从2014年到2017年，研究人员发现，在美国玉米种植区的田间试验中，转基因杂交作物的产量通常比对照作物高3%到5%。

该研究小组在本周的《美国国家科学院院刊》上报道称，一些玉米产量增长了8%至10%。与此同时，无论增长条件是好是坏，这些好处都是存在的。

"这是转基因作物在田间环境中发挥实际作用的最好例子之一。"英国哈珀洛桑研究所的作物科学家马修·保罗说。

增加玉米产量有几个原因。首先，转基因植物的叶子稍大，因此植物将阳光转化为糖的能力提高了8%到9%。

“这种增长确实是一件大事。”科尔特瓦农业科学的植物生理学家景瑞·吴说，通过基因工程来改善光合作用是很困难的。

同时，这些植物利用氮的效率也提高了16%至18%。氮是一种重要的土壤养分。由于复杂的遗传因素，这已成为植物育种者难以控制的另一个特点。

比利时佛兰德VIB研究所的分子生物学家德克·因兹说:“从商业角度来看，这看起来很有希望。”科尔特瓦农业科学公司已经向美国农业部申请批准新的高产杂交品种。(虽然zmm28及其启动子天然存在于玉米中，但它们是通过美国农业部监管的生物技术配对的。)

Habben估计，这项新技术需要大约6到10年的时间才能得到世界所有国家的正式批准。因兹说，相关的调节基因可能会增加其他谷物的产量。

玉米的大规模田间示范“坚定了我们的信念，如果我们处理得当，内部产量是可以增加的。”王说:“这将真正激励人们。”

相关论文信息:https://doi.org/10.1073/pnas.1902593116