玉米源自几千年前的一株草,如今那株草帮助

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说起玉米,很多人不相信这种作物其实是源自于几千年前的大刍草,这种草能长出小小的一根“棒子”,只是这根“棒子”里的果粒只有少数的几颗,而且很硬,很难嚼,味道不怎么好。

是玛雅人对这种野草进行大规模种植,并不断进行人工选育,选择粒多饱满的植株进行培育,随着时间的推移他们最终培育出具备各种优良性状的植株——也就是今天粒大饱满,口感香甜的玉米。

很多持怀疑态度的人可能会问,你怎么知道玉米是源自几千年前的一种野草,你能穿越时空?这样的问题就好像在问,你怎么知道秦始皇嬴*统一了六国,难道你能穿越时空一样……玛雅人有自己的文明,他们的历史文献记录了他们是如何培育玉米的。并且,大刍草这种植物还没有灭绝,科学家们只要把玉米跟大刍草进行基因比对,它们之间的关系就一目了然了。

最近的一项新研究发现,玉米的祖先大刍草的一种特殊基因,还能帮助现代的玉米适应高海拔和高温环境。来自北卡罗莱纳州立大学的研究人员表明,一种名为HPC1的重要基因调节了某些有助于开花时间的化学过程,使其玉米能够在高地生长,而这种基因正是来自大刍草,这一发现提供了对植物进化和性状选择的深入了解,并可能对玉米和其他作物的低温适应产生影响。

玉米生长在更高的海拔,如墨西哥的高地,需要特殊的适应才能成功生长。与生长在低海拔和高温地区的玉米相比,这些山区的低温使玉米处于略微不利的地位。

在高海拔地区,在较冷的温度下,由于热量单位积累较低,种植玉米需要更长的时间,因为玉米需要积累热量或生长单位。在海拔米的地区,种植玉米所需的时间是低海拔地区的三倍。几千年来,人们选择了能够在低温下生长并在寒冷月份到来之前提前开花的玉米品种,这些玉米品种可以在这些特殊条件下茁壮成长。

研究人员说,这就是HPC1基因的作用。在低海拔地区种植的玉米品种中,该基因会分解磷脂,而在其他物种中,磷脂已被证明与加速开花时间的重要蛋白质结合。磷脂也是细胞膜的重要组成部分,所有脂质都有不同的形状,平衡这些形状是使细胞膜保持完整并帮助植物在应激期生存的原因。

在高地种植玉米人们,几千年来选择了一个有缺陷的基因版本,这导致了高水平的磷脂。研究人员开发了一个CRISPR-Cas9突变体,并确认了该基因的代谢功能,还显示了类似的磷脂-蛋白质相互作用,这在其他物种中已被描述为调节开花时间。因为在高地玉米品种中,没有分解的磷脂可能更好地保持膜的结合,使植物能够在不利的环境中生存。”。

在这项研究中,研究人员展示了在墨西哥各地的低地和高地进行的大量实验的结果,在这些地方存在该基因的高地版本。他们发现,具有高地版本基因的玉米比没有该版本基因的植物开花早一天。同时,在低地种植的具有高地版本基因的玉米,比没有该基因版本的植物开花晚一天。

“这有助于植物在当地环境中做得更好,”研究人员认为:“如果开花不起作用,就不会有种子,因此,与开花时间有关的某些东西也与局部适应有关也就不足为奇了。”在这项研究中,研究人员表明,来自大刍草的基因片段,即HPC1的高地版本,已保留在现代玉米中。

这种保留——科学家称之为渗入——类似于现代人类在其遗传密码中保留了尼安德特人的一部分。这些片段之所以被保留下来,是因为它们是随着时间的推移而被选中的,并带来了一些优势。




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