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玉米的複雜基因組——包含多達 20 億個鹼基對（相比之下，人類基因組為 29 億個鹼基對）——已由 150 多名研究人員繪製出來，他們花費數年時間來破譯這種穀物的遺傳密碼。這是迄今為止破譯的最複雜的植物基因組，有望提高作物本身的效率。
康奈爾大學的研究合作者艾德·巴克勒表示：“它使我們能夠開始利用三百萬到五百萬年的多樣性”，而不是少數精選的性狀來提高產量。“這將使我們能夠進行許多改進，”他說。
這項為期四年的專案得到了包括國家科學基金會（撥款 3000 萬美元）在內的各個政府機構的支援，並於 20 世紀 90 年代由美國全國玉米種植者協會發起，有望為包括農業、能源甚至製造業在內的許多行業帶來大量新的見解。研究結果於 11 月 19 日線上發表在《科學》和《PLoS 遺傳學》上的一系列論文中。
深入玉米內部
然而，要探究這種主食的 DNA 的奧秘絕非易事。玉米基因組的基因數量實際上比人類多出 12,000 個，而且設法將它們塞到 10 條染色體上（而人類有 23 條）。所有這些資料以及玉米程式碼的重複性使得這項任務變得非常艱鉅。該團隊結合使用物理和光學對映來得出研究結果。
在定位和表徵了這種穀物的 32,000 個基因之後，研究人員現在預計會出現大量基因調優的新品種。該研究的作者、聖路易斯華盛頓大學（W.U.）的理查德·威爾遜表示：“擁有基因組序列就像擁有說明書的一部分。” 他呼應了2000 年著名評論，當時的人類基因組計劃負責人弗朗西斯·柯林斯稱瞭解我們的基因組為“瞥見我們的說明書”。
更好地瞭解植物的生化途徑甚至可以激發全新的用途。“我們非常興奮能夠生成大量人們可以使用的標記，”巴克勒說，他也是美國農業部農業研究局的一部分。“我們將能夠非常迅速地進行全基因組關聯研究，而這些研究已經在人類身上開始取得進展。”研究結果還可能幫助研究人員解開雜種優勢之謎，這是一個尚未解決的難題，即為什麼雜交後代被證明比其父母遺傳資產的總和預期的生長得更好。
這些資訊肯定會加快玉米新品種的開發時間。威爾遜解釋說，現在學術界和企業研究人員都可以在種子中進行基因測試，以檢視它們是否表現出所需的性狀，而不是等待整個生長季。巴克勒指出，去年在發現相關等位基因後，一項旨在提高玉米中維生素 A 含量的育種計劃已經啟動。“一旦我們找到具有良好等位基因的好基因，我們就可以立即進行雜交，”他說。
深入探究玉米的遺傳過去
該植物的新圖景也幫助研究人員更好地瞭解其進化和歷史。該作物大約在 10,000 年前由一種名為類蜀黍的中美洲草馴化而來。然而，巴克勒說，玉米的大部分遺傳多樣性可以追溯到近五百萬年前。其他人此前曾指出一些可能在馴化過程中不可或缺的基因（例如耳朵大小或籽粒嫩度的基因），但新的圖譜表明，至少有 100 到 200 個基因參與了該植物的馴化和選擇性育種，巴克勒指出。而且事實證明，“許多基因與形成一個大耳朵有關，”他說，並引用了從歷史上幾英寸到如今可以經常達到一英尺以上的雜貨店品種的增長。
研究人員選擇了 1970 年代在艾姆斯愛荷華州立大學開發的 B73 雜交玉米品種進行測繪。威爾遜指出，它是“一個最受歡迎的實驗室菌株”，其中許多基礎研究已經完成。
與哺乳動物不同，雜交玉米品種可以具有相當大的遺傳差異，並且仍然可以產生可存活的後代。對其他 27 個品種的部分測序顯示出一些驚人的差異。例如，Mo17 品種至少沒有 180 個出現在 B73 中的基因。“任何兩個玉米品種之間的差異都像人類與黑猩猩之間的差異一樣大，”巴克勒說。
大量的基因
人類 DNA 鹼基的數量應該幾乎可以忽略不計地高於玉米中的鹼基數量，這似乎很奇怪，但正如威爾遜所指出的那樣，重要的是“不要糾結於這些數字”。他說，如果我們的理解完全基於這些排名，那麼“我們與松樹相比就顯得蒼白無力”。重要的是基因組的組織方式。“人類基因要複雜得多，”W.U.醫學院基因組中心主任威爾遜指出。
關於某些植物與脊椎動物的相對複雜性的其他理論要求具有遺傳效率。高階動物通常可以移出次優環境（或者在人類的情況下，甚至可以改變環境）。另一方面，“植物基本上必須站在那裡接受它，”巴克勒說。“在某些方面，這更加複雜——你不能逃避正在攻擊你的病原體，因此你必須創造多種選擇來應對這些事情。”
儘管該作物進行了卓有成效的適應，但它因消耗寶貴的水和營養資源而受到指責，尤其是在其種植面積增加以滿足生物燃料和動物飼料需求的情況下。然而，該專案背後的許多人斷言，這項新知識將有助於創造更環保甚至更適合每個地點的品種（例如，更耐旱或需要更少的氮）。更多的玉米可能意味著在美國有更多的商機，美國已經種植了世界上約 44% 的供應量（並且也是該穀物的最大消費國）。僅今年一年，該國 8700 萬英畝的玉米預計將生產約 130 億蒲式耳，這可能會帶來超過 30 億美元的收入。
除了為經濟注入活力的潛力外，玉米還可以在養活不斷增長的全球人口方面發揮重要作用。根據聯合國估計，到 2050 年，額外增加 23 億人口可能意味著食物需求增加 70%。現在克服了玉米挑戰，研究人員有信心解決更復雜的作物基因組，例如小麥和大麥——這是對抗全球飢餓的其他潛在武器。
玉米專案的線索可能對醫學研究具有重要意義。作為一名遺傳學家，威爾遜還檢查人類 DNA。“癌細胞基因組在某些複雜性方面也很難弄清楚，”他說。“我認為玉米基因組中有很多微型的傑作，我們可以用來研究人類疾病。”