从伊利诺伊大学118年的实验中发现的玉米基因可以提高当今优良杂交种的产量,而无需增加投入。该基因在最近的植物生物技术期刊研究中发现,可以控制玉米中衰老或季节性衰退的关键部分。当该基因被关闭时,田间生长的优良杂种平均每英亩产量比标准植物多4.6蒲式耳。

可追溯到1896年,伊利诺斯州的实验旨在测试玉米粒组成是否可以通过人工选择来改变,人工选择是查尔斯达尔文37年前引入的一个相对较新的概念。重复选择高蛋白质和低蛋白质玉米品系在约10代内具有预期效果。然而,随着对特征的选择的继续,额外的变化是显而易见的。

早在20世纪30年代就注意到的事情之一就是低蛋白质系列比高蛋白质系列保持更长时间。这非常明显,“伊利诺斯州农作物科学系教授斯蒂芬·穆斯说。 - 该研究的作者。

在季节中保持绿色更长时间意味着更高的产量。植物继续光合作用并将能量投入到发育谷物中。但是,到目前为止,还没有人知道造成玉米留绿特性的特定基因。

“保持绿色特性就像植物的'青春之泉',因为它可以延长光合作用并提高产量,”国家科学基金会的项目主任安妮西尔维斯特说。“这是一个具有实际影响的伟大基础发现。”

通过伊利诺伊州和Corteva Agriscience之间长达十年的公私合作,这一基因的发现成为可能。Moose和伊利诺伊州的合作者最初让科尔特瓦科学家接触了长期玉米蛋白质实验中的一个群体,这个群体的绿色性状存在差异。科尔特瓦科学家将这种保持绿色性状定位于特定基因NAC7,并开发出具有低表达特性的玉米植株。像低蛋白质的父母一样,这些植物长得更绿。他们在两个田间季节对全国各地的温室和田地进行了测试。

如果没有NAC7,玉米不仅生长良好,与传统杂交种相比,每英亩产量增加近5蒲式耳。值得注意的是,田间结果没有添加超过农民通常使用的氮肥。

“与伊利诺伊大学合作使我们有机会将最先进的技术应用于植物遗传学中最长的研究之一,”Corteva Agriscience的研究科学家,该研究的共同作者Jun Zhang说。“我们从这种关系中获得的见解可以带来更多的蒲式耳,而不会增加投入成本,从而可能提高农民的盈利能力和生产力。”

然后,Moose的团队对高蛋白质和低蛋白质玉米系中的NAC7基因进行了测序,并且能够弄清楚基因如何促进衰老以及为什么它停止在低蛋白质玉米中起作用。

“我们可以确切地看到突变是什么。它似乎发生在这个实验的最后100年的某个时间,幸运的是已经保留下来,以便我们现在可以从中受益,”Moose说。

当变异发生时,他无法肯定地说,因为在20世纪20年代,作物科学系从1896年抛出原始种子。

“他们当时无法知道我们有朝一日可以确定控制这些独特特征的基因。但我们已经研究过其他玉米,我们没有发现这种突变,”穆斯说。

这项创新的未来潜力可能包括没有或减少NAC7表达的商业化种子,使农民可以选择更多的产量而无需额外的肥料投入。

穆斯强调,如果没有双方合作伙伴上台,就无法取得进步。

“在进行这些长期试验时,种子行业和社会都有价值。人们问我为什么大学科学家在公司开展这项研究时费心去做玉米研究,”他说。“嗯,是的,他们是,并且他们可以在更大,更快的规模上做事,但他们并不经常投资那些可能需要几十年才能获得收益的研究。”