“从头驯化”：创造人类所需个性化“新”食物(2)

联合国粮食及农业组织数据显示，玉米的播种面积、单位产量及总产量均已经超过水稻和小麦，因此，玉米产量的遗传改良对保障世界及中国的粮食安全至关重要。

作物驯化改良的历史告诉我们，从野生植物到栽培作物，尽管其容貌大改，但实际却仅改变了少数几个关键基因，玉米从野生杂草到被人类驯化成栽培作物只需要5-6个关键基因改变，而数千年来产量等农艺和品质性状的持续改良，也只有差不多1200个基因受到改良，占基因组总量的3%左右。

“挖掘控制重要性状的基因是作物遗传改良的前提和理论基础。”华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室教授张祖新告诉《中国科学报》，自2009年以来，玉米基因组测序完成并不断完善。他们团队近期证实了一个编码丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的基因KNR6 ，该基因通过影响雌穗小花数目、穗长和行粒数进而控制玉米产量。

“不过，玉米基因组庞大复杂、可稳定转化的品系有限、靶向性及特异性不高、转化效率较低等问题，也是制约玉米产量功能基因研究的重要问题。”张祖新说。

若是掌握了玉米基因组大数据，那么，重新驯化一个新作物的历程将大大加速，而不会像先人那样经历1万余年。

工欲善其事，必先利其器。玉米专家们手中的“利器”便是CRISPR/Cas9基因编辑技术和大数据技术。

近年来，CRISPR/Cas9系统由于靶向性及特异性非常高、操作简单快捷等优势已被广泛用于各种物种的基因编辑，并已在水稻和大豆中实现了大规模的突变体资源的创制。

“但这些大规模基因编辑的研究主要将CRISPR/Cas9作为传统突变手段的替代品，如何针对植物特性完善从靶标设计到突变序列检测全流程的高通量体系，如何降低成本挖掘这一新兴技术应用后对基因组影响的规律等，尚缺乏深入研究。”严建兵说。

因此，他提出了综合传统遗传定位和高通量靶向基因编辑加速玉米功能基因挖掘的思路。

这一思路相当于为鉴定玉米功能基因组研究搭建了一条高效的“生产线”，从传统的先“万里挑一”出功能基因而后对其解析的作物遗传改良方式，改变为直接对成百上千个功能基因进行解析，大大提高了鉴定效率和成功概率，也降低了成本。

“基于知识驱动和新兴技术工具，对作物首先进行很好地设计规划而非盲目选择，这使得作物基因再鉴定甚至重新定位，让作物‘从头驯化’成为可能。”严建兵说。

张祖新也表示，“传统育种”是品种改良的基础，“现代技术”可在创造新的育种材料以及提高育种效率上有所突破。两者相互依存、不能分割。“传统育种”因“现代育种技术”的介入而实现精准选择、提高育种效率；“现代育种技术”只有与“传统育种”有机结合、合理地应用到育种的各个环节，才能体现出新技术的价值和优越性。

创新设计遗传群体

要想实现设想，除了得力的“利器”和高效“生产线”，找到一个合适的“生产对象”（育种材料）也十分重要。