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提升稻米與玉米產量的同源基因KRN2

 

圖片來源：維基百科

要增加作物的產量，最直接的方法當然是找尋多產的品系；但是到底有多少個基因會影響到作物的產量呢？要怎麼去找呢？這就比較讓人費心了。

最近有研究團隊為了要提高玉米的產量，將馴化品系的玉米B73與基因體中含有四分之一的大芻草（teosinte）基因的品系MT-6進行雜交。雜交後再將雜交種進行分析後發現，在第二條染色體的短臂上有一個數量性狀基因座（QTL，quantitative trait loci）與產量有關。

接著研究團隊針對這個數量性狀基因座進行了進一步的研究，找到了一個被命名為KRN2的基因。B73與MT-6因為KRN2的不同，造成B73平均比MT-6多了1.4籽粒行數。失去KRN2的突變株，其籽粒行數MT-6多了1.8行，而B73的KRN2的表現也比MT-6多了要低，顯示KRN2的確與控制籽粒行數的性狀相關。

分析KRN2的蛋白質序列，發現它帶有WD40重複。這類的蛋白多半都是透過與其他蛋白質進行互動來影響發育、代謝物合成以及免疫功能。研究團隊以酵母菌雙雜交（yeast two-hybrid）技術，找到了六個與它有互動的基因。其中的DUF1644基因與KRN2有協同作用：兩個基因都失去功能時，籽粒行數比只缺少KRN2增加得更多。但目前對於DUF1644到底有什麼功能，還不是很清楚。

搜尋基因庫時，研究團隊發現KRN2在許多主要穀物中都有。其中稻米的KRN2位於第四條染色體，分析顯示水稻的KRN2也有經歷選擇壓力。研究團隊以基因編輯的技術讓水稻不表現它的KRN2，結果次生穗分枝從16個增加到18.9個。透過改變KRN2的表現，玉米的產量增加了10%，水稻的產量則上升了8%。

田間試驗也發現，透過基因編輯不表現KRN2的玉米與水稻，其產量分別增加了9.8-10.3%以及7.9-8.2%。所以，減少KRN2的表現的確可以提升玉米與水稻的產量，未來也可以透過這個方法，來讓玉米與水稻更多產。

參考文獻：

Convergent selection of a WD40 protein that enhances grain yield in maize and rice. Science. DOI: 10.1126/science.abg7985

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