喜欢玉米吗？感谢杂交

玉米的故事一点也不老套。这是一个关于韧性和生存的故事——这一切都是因为玉米是自私的（基因上）。玉米及其众多品种在几千年的时间里迅速适应了几种类型的气候，同时养活了美洲无数代人。现在，一组科学家认为，一种名为自私遗传的遗传过程可能是这种快速进化的原因。这项研究结果发表在 8 月 7 日发表在《自然》杂志上的一项研究中， 并且其应用范围不仅限于农业。

玉米迷宫

大约 9,000 年前，玉米首次被墨西哥低地的土著民族驯化。大约 5,000 年后，玉米与来自墨西哥高地的另一种玉米（墨西哥大刍草）杂交。杂交产生了对寒冷的适应性，这种作物迅速传遍了整个大陆。科学家们仍然不太确定它是如何如此迅速地实现这一切的。

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“文明依赖于玉米等主要农作物的驯化，而农作物与人类一样，也经常经历多轮进化。例如，现代人类与欧洲的尼安德特人和亚洲的丹尼索瓦人杂交，”研究合著者、冷泉港实验室 (CSHL) 遗传学家 Rob Martienssen 告诉《大众科学》 。“现代玉米仅在 4,000 年前与墨西哥大刍草杂交，并在很短的时间内获得了多种有益基因。”

马蒂森研究 RNA 干扰，即小 RNA 沉默基因并操纵基因表达方式的过程。威斯康星大学遗传学家杰瑞·克米克尔向马蒂森提出了一个有趣的观察。在将半不育大刍草杂交种与传统玉米杂交时，他注意到它们的后代表现异常。在正常遗传下，后代最终应该完全不育或可育。然而，克米克尔每次将杂交种与玉米杂交时，产生的后代都是半不育的。答案可能有点自私。

自私的继承

此前，科学家认为自私的遗传系统（或基因驱动）在自然界中相当罕见。

马蒂恩森说：“在玉米中发现这种基因驱动表明，它（基因驱动）可能在玉米的神秘起源中发挥了重要作用。”

在这项新研究中，Martienssen 和 CSHL 研究生 Ben Berube 对半不育后代的数百个花粉粒的基因组进行了测序。他们发现，每个花粉粒中都存在来自大刍草基因组的相同片段——一个位于 5 号染色体上，一个位于 6 号染色体上。这些片段始终是遗传的，因此导致这一结果的基因一定位于这些染色体的某个地方。

他们仔细观察了 5 号染色体，发现了一个名为 Dicer-like 2 的基因。该基因产生一组小 RNA，这些 RNA 始终存在于半不育杂交种中，但不存在于传统玉米中。通过这些数据，该团队能够确定一种“自私”的遗传系统，他们称之为Teosinte 花粉驱动。这个贪婪的系统会消除缺乏这种基因驱动的竞争花粉粒。然后，玉米-大刍草杂交种会更频繁地通过雄性而不是雌性传递某些特性。

“最令人吃惊的发现是，现代玉米通过花粉中单个基因的突变，对自私遗传产生了‘免疫’，这种突变可以追溯到从野草到热带玉米和爆米花，一直到现代玉米，”马蒂恩森说。“这表明自私遗传系统在很长一段时间内都很活跃。”

“玉米界的尼安德特人”

这一发现可能对农业产生更广泛的影响，但同时也揭示了所有生物驯化过程的更多细节。如果墨西哥大刍草是马丁森所说的“玉米界的尼安德特人”，因为它具有杂交能力，那么我们可能已经发现了这种自私基因驱动中缺失的一环，这可以解释玉米如何能够在整个美洲茁壮成长。这也可能解释为什么一些小RNA在植物和动物精子细胞中如此常见——包括人类。

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“植物生物学的基础发现可能产生远远超出农业范围的影响。我们在玉米花粉中描述的小RNA是遗传和进化的强大媒介，类似的小RNA也存在于动物的精子细胞中，包括我们自己的精子细胞，”Martienssen说。“它们可能在动物驯化中发挥了类似的作用，甚至在人类进化中也是如此。”