突破！只需超表達一個基因，玉米產量增加10%

2019年11月4日，PNAS雜誌在線發表了來自種子公司Corteva Agriscience的Jeffrey E. Habben團隊發表了題為「Overexpression of zmm28 increases maize grain yield in the field」的研究論文。該研究在玉米中超表達zmm28基因後，可以促進植物生長並將玉米產量提高10％。

此外，介於該文章的重要性，Science雜誌在線發表了題為「New genetically modified corn produces up to 10% more than similar types」的評論文章。該文認為這是首次實現超表達單個基因就可以增加產量的例子，對其他作物可能具有參考價值！

玉米是許多人口的主食，被廣泛用於動物飼料和生物燃料的生產以及作為工業原料。常規植物育種能提高了玉米產量。但是，當前的單產提高與該穀物的預期未來需求不符。在過去30年中，對植物基因組和基因功能的深入了解導致了基因工程技術的飛速發展。因此，許多基因工程方法在實驗室條件下提高了農作物的產量，但其結果無法轉化為大規模的田間試驗。因此，只有少數品種表明，在田間條件下，基因工程可以產生比常規育種更高的穀物產量的轉基因作物。

該研究選用了玉米中MADS-box的轉錄因子作為轉基因的候選基因。之前研究表明植物MADS-box基因家族成員在植物生長和發育中發揮著不同的作用，包括調節與開花時間調節，花器官和分生組織發育，開裂區的形成，果實成熟以及胚，葉和根發育有關的基因。由於MADS-box轉錄因子可以調節植物生長和發育所涉及的途徑，因此它們代表了提高作物產量的重要候選基因。但是，尚未有通過增加MADS-box轉錄因子的表達來增加任何穀物作物大田產量的實例。

首先該研究測試了數百種玉米轉錄因子（其中的一部分是MADS-box基因），並提供了與玉米gos2啟動子ZmGos2融合的MADS-box轉錄因子zmm28。研究表明，相對於野生型（WT）對照，增加zmm28基因的表達可以提高穀物產量植物高3％至5％，甚至有的達到10%。這些主要原因是超表達zmm28導致玉米植物的生長，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轉基因玉米植物的分子和生化特徵表明，其增強的農藝性狀與植物碳同化，氮素利用和植物生長的提高有關。同時最為重要的是，這些結果在多年，不同地點和優良種質背景下進行的高度重複的田間試驗中得到了證明。此外，基於生化和分子實驗的結果提出一個模型來解釋提高穀物產量的作用機理如下。

論文連結：

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