Haben Sie das Geheimnis zur Steigerung der Nahrungsmittelproduktion entdeckt? Wissenschaftler entdecken Gen, das den Ertrag von Mais und Reis steigert

Es wird berichtet, dass das Magazin Science am frühen Morgen des 25. März (Peking-Zeit) die gemeinsamen wissenschaftlichen Forschungsergebnisse der Teams der China Agricultural University und der Huazhong Agricultural University online veröffentlichte. Es wurde ein Schlüsselgen entdeckt, das sowohl in Mais als auch in Reis vorkommt. Experimente haben gezeigt, dass durch die Bearbeitung und Verbesserung dieses Gens der Ertrag von Mais und Reis voraussichtlich um etwa 10 % bzw. 8 % gesteigert werden kann.

Das Zwei-in-Eins-Gen ist sowohl für den Mais- als auch für den Reisertrag nützlich, es fehlt nur noch der Weizen. Man kann sagen, dass diese Entdeckung eine gute Nachricht für die gesamte Menschheit ist. Es wurde in Science veröffentlicht und ist wohlverdient!

Lassen Sie uns heute darüber sprechen, worum es in diesem Artikel geht.

Tatsächlich stellt der Titel es kurz vor: Konvergente Selektion eines WD40-Proteins, das den Kornertrag bei Mais und Reis steigert

Das heißt, wir haben ein Gen gefunden, das den Ertrag bei Mais und Reis steigern kann, und wir haben die konvergente Selektion von Mais und Reis sowohl auf der Ebene einzelner Gene als auch auf der Ebene des gesamten Genoms systematisch analysiert.

Lassen Sie mich Ihnen diesen Artikel vorstellen.

01. Nahrung ist das erste Bedürfnis des Menschen, und die Samen der Nahrung sind das erste

Ich erinnere mich, dass vor ein paar Tagen im Internet eine Frage auftauchte: Können wir uns selbst mit Lebensmitteln versorgen, wenn uns die ganze Welt plötzlich den Rücken zukehrt?

Obwohl die Menschen den Problemen mit Lebensmitteln normalerweise keine Beachtung schenken, glaube ich, dass seit der Epidemie in den letzten Jahren viele Menschen die Probleme der Nahrungsmittelknappheit, die durch die Ausgangssperre verursacht werden könnten, selbst erlebt oder aus den Nachrichten miterlebt haben. Verglichen mit dem Mangel an Geld und Elektrizität ist der Hunger die wirkliche Einschränkung des Lebens. Es handelt sich lediglich um eine vorübergehende Isolation, es besteht keine allgemeine Nahrungsmittelkrise. Sollte es jedoch zu einer landesweiten Nahrungsmittelknappheit kommen, wäre dies kein kurzfristiges Problem, genauso wie das Nahrungsmittelproblem, mit dem die Menschheit im Film „Interstellar“ konfrontiert ist.

Daher ist die Nahrungsmittelkrise tatsächlich ein unsichtbares, aber immer schwebendes Schwert. Die drei wichtigsten Grundnahrungsmittel Mais, Reis und Weizen sind die wichtigsten Nahrungsmittel der Welt und für die Erhaltung der menschlichen Bevölkerung von Bedeutung. So gelang es uns beispielsweise durch die Einführung von Mais und Kartoffeln, das BIP unseres Landes auf über 100 Millionen zu stabilisieren.

Die Frage, wie ihre Produktion gesteigert werden kann, hängt mit dem Überleben der Menschheit zusammen. Denn ob die Verwendung direkt als Nahrungsmittel oder indirekt als Viehfutter erfolgt, ist von großer Bedeutung.

02. Zufall oder Zwangsläufigkeit? Mais und Reis

Weizen, die drei wichtigsten Grundnahrungsmittel der Welt, wurde von den Völkern Westasiens domestiziert, Reis von den Chinesen und Mais von den Amerikanern.

Man kann sagen, dass sie über den eurasischen und den amerikanischen Kontinent verbreitet sind. Ihre Vorfahren sind anders und ihre Formen und ihr Wachstum variieren stark, aber unsere großen Vorfahren haben trotzdem hart daran gearbeitet, sie zu domestizieren. Dies hat einen langen Prozess der Verbesserung und künstlichen Selektion durchlaufen. Gibt es also eine gemeinsame Wahl unter ihnen? Ist es „zufällig“?

Dieses Mal kam ein gemeinsames Team der China Agricultural University und der Huazhong Agricultural University zusammen, um dieses Problem zu interpretieren. Wie haben sie das gemacht?

03. Welches Gen bestimmt die Anzahl der Maisreihen?

Zunächst haben sie aus Wildmais einen ganz „speziellen“ Mais gezüchtet, indem sie einen speziellen 6-reihigen Mais hergestellt haben. Frage hier: Wissen Sie, ob die übliche Anzahl von Maisreihen ungerade oder gerade ist?

Ziel ist es, die Schlüsselgene zu finden, die die Anzahl der Maisreihen steuern. Aber das ist nicht einfach. Lassen Sie es mich kurz erklären. Viele Merkmalsgene können grob in zwei Kategorien unterteilt werden.

Ein Typ ist das Qualitätsmerkmalsgen, was einfach bedeutet, dass es das Merkmal bestimmt und im Allgemeinen der 0/1-Regel entspricht, z. B. ist ein Junge ein Junge und ein Mädchen ein Mädchen. Ein Typ sind quantitative Merkmale, d. h. einfach Merkmale, die die Quantität bestimmen und oft kontinuierlich sind. Die Höhe kann beispielsweise zwischen einigen Dutzend Zentimetern und über zwei Metern variieren.

In der tatsächlichen Forschung ist Ersteres einfacher, schließlich lassen sich Existenz und Nichtexistenz relativ leicht feststellen. Letzteres ist jedoch viel schwieriger, da die Zahl kontinuierlich ist und es schwierig ist, Gene für signifikante Merkmale zu finden. Ist Ihnen aufgefallen, dass wir bis heute keine Gene für IQ und Körpergröße gefunden haben? Das ist das Problem. (Natürlich ist dies nicht absolut. Es wurden einige Größengene durch Zwergwuchs gefunden, aber sie sind nicht vollständig.) Auch der Maisertrag unterliegt diesem Gesetz und ist ein quantitatives Merkmal.

Der kreative Ansatz des Forschungsteams bestand diesmal darin, zunächst einen speziellen 6-reihigen Mais zu züchten, der sich deutlich vom üblichen Mais mit Dutzenden von Reihen unterscheidet und daher leichter zu untersuchen ist.

Als nächstes beschreibe ich mein Hauptfach: Bioinformatik. Sie haben lediglich das Genom sequenziert und dann nach Kandidatengenen gesucht.

Infolgedessen habe ich es tatsächlich gefunden, was ein ziemliches Glück war. Ich habe bereits zuvor ähnliche Untersuchungen durchgeführt, aber meine Bemühungen waren im Grunde vergeblich, da es sehr schwierig ist, das Schlüsselgen zu finden.

Die Antwort lautet: KRN2.

Dieses Gen kann die Anzahl der Maiskolbenreihen direkt regulieren.

Dieses Gen wurde einer starken Selektion unterzogen, insbesondere der Teil von –800 bis –100 bp.

Anschließend überprüften sie das KRN2-Gen experimentell:

Diese Studie ergab, dass KRN2 und ein anderes Gen, DUF1644, synergistisch wirken können.

Okay, das war’s, das Maisproblem ist gelöst.

04. Wie steht es um den Reisertrag?

Nachdem wir das Maisproblem gelöst haben, wie steht es mit anderen Nutzpflanzen? Zum Beispiel Reis.

Warum denkst du an Reis? Tatsächlich besteht eine gewisse Assoziationsbasis. Reis und Mais haben folgende Gemeinsamkeiten:

Verlust der Samenverbreitung: Stellen Sie sich zum Vergleich vor, wie Löwenzahn seine Samen verbreitet und wie Maiskörner am Kolben bleiben, wenn sie reif sind.

Reduzierte Samenruhe: Jeder stellt sich vor, dass Reis drei Saisons im Jahr fast ununterbrochen wachsen kann. Viele Samen müssen ruhen.

Die Anzahl der Körner nimmt im Laufe der Evolution zu: Dies ist am einfachsten zu verstehen. Mit zunehmender Kornzahl steigt der natürliche Ertrag.

Aus diesem Grund scheinen die beiden eine Tendenz zur Konvergenz zu haben, sodass es sein kann, dass sie sich auch in der Evolution annähern.

Der nächste Schritt besteht also darin, ähnliche Gene zu finden. Das ist einfach. Wir müssen nur homologe Gene finden, also solche mit ähnlichen Vorfahren (denken Sie nur darüber nach, es gibt Gene von 0 bis viele).

Ich habe es tatsächlich gefunden. KRN2 im Mais hat ein homologes Gen im Reis, genannt OsKRN2.

Schauen Sie, es ist das Folgende

Die beiden weisen große Ähnlichkeiten (Homologie) auf und sind entwicklungsgeschichtlich sehr eng miteinander verwandt.

Der nächste Schritt ist die Verifizierung.

Es ist unnötig zu erwähnen, dass dieses Gen tatsächlich Auswirkungen auf Reis hat und mit der Kontrolle des Reisertrags zusammenhängt.

05. Fazit

Nun, an diesem Punkt ist der Artikel im Wesentlichen zu Ende.

Schauen Sie sich das Bild an:

Die Studie fand wichtige Gene, die den Ertrag von Mais und Reis steuern. Das Gen für Mais ist KRN2 und das Gen für Reis ist OsKRN2. Diese beiden Gene sind homologe Gene.

Es scheint, dass unsere Vorfahren beim Domestizierungsprozess dieselbe Idee hatten. Die durch den Pazifischen Ozean getrennten Völker Chinas und Amerikas selektierten schließlich Reis und Mais auf genetisch ähnliche Weise wie Rinder.

Die Genetik hat außerdem bewiesen, dass diese Gene bei Mais und Reis ähnliche Selektionsprozesses durchlaufen haben.

Es zeigt, dass große Geister gleich denken. Die Chinesen und die Amerikaner haben ähnliche Ideen entwickelt.

Und diese beiden Gene können tatsächlich den Ertrag bestimmen.

Der Autor hat einige Genbearbeitungen vorgenommen und die Ergebnisse sind wie folgt

Nach der Genomeditierung erhöhte sich die Anzahl der Maiskolbenreihen und der Ertrag stieg um 10 %; der Reisertrag stieg um 8 %.

Was diese Forschung betrifft, handelt es sich bei diesem Gen um ein Gen mit bedeutenden Rechten am geistigen Eigentum in meinem Land. Damit können künftig Reis und Mais verbessert und die Erträge gesteigert werden. Man kann sagen, dass es auch in Zukunft einen sehr wichtigen Beitrag zur Lösung des Ernährungssicherheitsproblems meines Landes leisten wird.

Nachdem ich diesen Artikel gelesen habe, bin ich zu dem Schluss gekommen, dass die Landwirtschaft wirklich nicht einfach ist. Die drei ländlichen Probleme sind für unser Land wichtige Probleme, aber sie waren schon immer schwierig. Nehmen wir zum Beispiel diesmal die Ertragsgene für Mais und Reises. Es dauerte drei Generationen und 18 Jahre, bis an den beiden führenden landwirtschaftlichen Hochschulen, der China Agricultural University und der Huazhong Agricultural University, endlich ein großer Durchbruch gelang. In dieser Zeit kamen zahlreiche Master- und Doktoranden am Strand ums Leben.

Ich hoffe, dass das Land und die Gesellschaft den in der Landwirtschaft Beschäftigten gegenüber aufgeschlossener sein können.