史軍

同學們，你們喜歡吃玉米嗎？你們可知道，人類栽培玉米的歷史相當悠久，在史前時期，中南美洲的印第安人就開始種植和食用玉米了。毫不夸張地說，正是玉米這種植物，撐起了南美洲的人類文明。

隨著哥倫布發(fā)現(xiàn)美洲大陸，玉米的足跡也開始延伸到世界各地。今天，玉米更是現(xiàn)代食品工業(yè)中不可缺少的重要原料。

正因為玉米如此重要，所以尋找玉米祖先的工作從來就沒有停止過。找來找去，科學家把目光聚焦在了一種叫“大芻草”的植物身上。

不起眼的大芻草

如果以今天糧食作物的標準來看大芻草，那它們是一點可取之處都沒有——作為玉米的祖先，一棵類蜀黍上有很多分枝，每個分枝上都有一些細瘦的穗子（就像我們今天看到的狗尾草），穗子上只有寥寥數(shù)個果粒，每個果粒都被一個硬殼包裹著。毫無疑問，這些性狀都是符合達爾文自然選擇理論的，很多保護穩(wěn)妥的種子會帶來更多后代，讓類蜀黍更好地繁衍生息。但是，看到這個模樣的類蜀黍，無論是誰，也想象不到人類祖先會花力氣去啃這些費牙的野草，更不用說把它們當作寶貝種在農田里。

基因突變了

大芻草變玉米，取決于兩個關鍵基因的突變。

第一個是第1號染色體上的TB1基因發(fā)生突變，結果就是突變體不再產生分枝，而是只有一根直立的莖稈，這樣就可以把更多營養(yǎng)投入籽粒生產中去，產生更多可食用的飽滿的玉米粒；更關鍵的是第4號染色體上的TGA1基因發(fā)生突變，這個突變導致硬殼消失，突變體的食用性大幅提升，人類再也不用想辦法對付那個大大的硬殼了。

那么，玉米祖先的基因為什么能如此巧合地突變，偏偏就變成人類喜歡的樣子呢？

這就要說到玉米中一些特殊的基因——跳躍基因。

在20世紀40年代之前，遺傳學界有一個共識：生物的DNA序列是恒定的。簡單說，就是基因在染色體上的位置是一成不變的。但是，一位叫芭芭拉·麥克林托克的科學家發(fā)現(xiàn)了一種特殊現(xiàn)象：在雜交試驗中，有一些基因會改變在染色體上的位置，就像是在基因組上跳來跳去一樣。

跳躍基因還會影響玉米籽粒的顏色。當特殊的基因“Dissociator”（Ds）發(fā)生“跳躍”時，玉米籽粒中合成花青素的基因就會打開，這些玉米籽粒就會變成彩色狀態(tài)。而且基因是否會發(fā)生跳躍，還會受到其他基因“Activator”（Ac）的控制。麥克林托克利用轉座理論，完美解釋了玉米親代和子代間某些基因的開啟和關閉。1983年，麥克林托克因跳躍基因研究獲得諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，可以說是實至名歸。

研究新發(fā)現(xiàn)

2009年，全新的玉米基因組測序結果出爐。令人吃驚的是，玉米基因組中有85%的序列都屬于麥克林托克發(fā)現(xiàn)的轉座子，這也就解釋了為什么野生的玉米祖先（類蜀黍）會有那些匪夷所思的變化。

到今天，大芻草變玉米的故事已經越來越清晰地展現(xiàn)在我們面前。不過，故事還沒有結束，玉米的祖先究竟是單一的，還是多元的呢？

之前學界認為，小穎大芻草亞種是玉米的唯一祖先?？蓡栴}出現(xiàn)了，這種植物主要生長在墨西哥西南部低海拔地區(qū)，并不適應高海拔環(huán)境。但是，有考古證據表明，玉米早在6200多年前就已適應了高海拔環(huán)境。此時，墨西哥高原大芻草亞種進入了研究人員的視野，這個物種主要生長在墨西哥中部高海拔地區(qū)。

華中農業(yè)大學作物遺傳改良國家重點實驗室嚴建兵教授團隊與美國加州大學戴維斯分校研究團隊合作，分析了超過1000份大芻草和現(xiàn)代玉米，以及9份來自北美洲和南美洲的古玉米基因組數(shù)據，發(fā)現(xiàn)玉米當中有墨西哥高原大芻草亞種基因滲透的情況。他們精準地鑒定了每份材料中墨西哥高原大芻草亞種基因滲透片段的比例，發(fā)現(xiàn)平均每份現(xiàn)代玉米中約有18%的基因組來自墨西哥高原大芻草亞種基因組的滲透，證明了墨西哥高原大芻草亞種為現(xiàn)代玉米的第二祖先。

所以，人類馴化玉米的故事又有了新篇章：初始馴化玉米起源于墨西哥西南部低海拔地區(qū)，后在人類活動影響下進行了第一次擴散。6000多年前，初始馴化玉米在墨西哥中部高海拔地區(qū)與墨西哥高原大芻草亞種偶然發(fā)生了一次雜交。這份雜合古玉米作為現(xiàn)代玉米擴散的新起點，在美洲進行了第二次馴化和擴散，并逐漸替代了第一次擴散留下的古玉米，成為現(xiàn)代玉米的“祖先”。

也許有同學要問：了解這個起源過程有何用？這為我們在未來篩選更優(yōu)良的玉米品種提供了新的思路和雜交材料選擇，并且對于我們理解人類的農業(yè)歷史也具有非常重要的意義。