Science评论 | 突破！只需超表达一个基因，玉米产量增加10%！

iNature

2019年11月4日，PNAS杂志在线发表了来自种子公司Corteva Agriscience的Jeffrey E. Habben团队发表了题为“Overexpression of zmm28 increases maize grain yield in the field”的研究论文。该研究在玉米中超表达zmm28基因后，可以促进植物生长并将玉米产量提高10％。

此外，介于该文章的重要性，Science杂志在线发表了题为“New genetically modified corn produces up to 10% more than similar types”的评论文章。该文认为这是首次实现超表达单个基因就可以增加产量的例子，对其他作物可能具有参考价值！

玉米是许多人口的主食，被广泛用于动物饲料和生物燃料的生产以及作为工业原料。常规植物育种能提高了玉米产量。但是，当前的单产提高与该谷物的预期未来需求不符。在过去30年中，对植物基因组和基因功能的深入了解导致了基因工程技术的飞速发展。因此，许多基因工程方法在实验室条件下提高了农作物的产量，但其结果无法转化为大规模的田间试验。因此，只有少数品种表明，在田间条件下，基因工程可以产生比常规育种更高的谷物产量的转基因作物。

该研究选用了玉米中MADS-box的转录因子作为转基因的候选基因。之前研究表明植物MADS-box基因家族成员在植物生长和发育中发挥着不同的作用，包括调节与开花时间调节，花器官和分生组织发育，开裂区的形成，果实成熟以及胚，叶和根发育有关的基因。由于MADS-box转录因子可以调节植物生长和发育所涉及的途径，因此它们代表了提高作物产量的重要候选基因。但是，尚未有通过增加MADS-box转录因子的表达来增加任何谷物作物大田产量的实例。

首先该研究测试了数百种玉米转录因子（其中的一部分是MADS-box基因），并提供了与玉米gos2启动子ZmGos2融合的MADS-box转录因子zmm28。研究表明，相对于野生型（WT）对照，增加zmm28基因的表达可以提高谷物产量植物高3％至5％，甚至有的达到10%。这些主要原因是超表达zmm28导致玉米植物的生长，光合作用效率增加8％至9％和氮素利用提高了16％至18％。另一方面，zmm28转基因玉米植物的分子和生化特征表明，其增强的农艺性状与植物碳同化，氮素利用和植物生长的提高有关。同时最为重要的是，这些结果在多年，不同地点和优良种质背景下进行的高度重复的田间试验中得到了证明。此外，基于生化和分子实验的结果提出一个模型来解释提高谷物产量的作用机理如下。

论文链接：

https://www.pnas.org/content/pnas/early/2019/10/29/1902593116.full.pdf

https://www.sciencemag.org/news/2019/11/new-genetically-modified-corn-produces-10-more-similar-types

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