基因工程的支持者早就承諾，它將幫助滿足世界對食品日益增長的需求。但是，盡管創(chuàng)造了許多抗轉(zhuǎn)基因(GM)抗蟲和除草劑的農(nóng)作物，但科學(xué)家在促進(jìn)農(nóng)作物生長方面并未取得太大成功?，F(xiàn)在，研究人員首次確定性地表明，通過改變可促進(jìn)植物生長的基因，無論生長條件是否惡劣或最佳，他們都可以將玉米產(chǎn)量提高10%。

“這真是令人難以置信，”愛荷華州立大學(xué)愛荷華州立大學(xué)的分子生物學(xué)家坎·王說，他沒有參與這項(xiàng)新研究。她說，除了增加玉米收成外，新的改良方法還將激勵(lì)其他研究人員尋求從其他農(nóng)作物中誘使更高的產(chǎn)量。

世界上種植最廣泛的轉(zhuǎn)基因作物，包括大豆，玉米和棉花，都是通過一些相對簡單的基因調(diào)整而產(chǎn)生的。例如，通過將細(xì)菌中的單個(gè)基因添加到某些農(nóng)作物品種中，科學(xué)家們賦予了他們制造殺死多種昆蟲的蛋白質(zhì)的能力。另一種簡單的基因操作導(dǎo)致農(nóng)作物能夠耐受草甘膦或其他除草劑。好處之一是農(nóng)民可以殺死雜草而不會(huì)侵蝕土壤。還有另一種在干旱期間保護(hù)作物。但是，要想在良好條件下也能產(chǎn)出更多谷物的植物要困難得多，因?yàn)橹参锷L涉及復(fù)雜的遺傳學(xué)。

從2000年左右開始，世界各地的公司開始認(rèn)真篩選可能增加產(chǎn)量的單個(gè)基因。由于成功率低，只有少數(shù)已鑒定的基因顯示出希望，而且許多公司減少或停止了與作物產(chǎn)量相關(guān)的基因篩選。

但是位于特拉華州威爾明頓市的化學(xué)和種子公司Corteva Agriscience的研究人員決定研究基因，這些基因的功能類似于生長和產(chǎn)量的主開關(guān)。他們選擇了MADS-box基因(在許多植物中很常見)，然后定居在一個(gè)玉米植物上(zmm28)進(jìn)行改變。使用調(diào)控發(fā)育的基因的挑戰(zhàn)是確保它們在正確的時(shí)間和正確的組織類型中打開正確的量。Corteva的植物生理學(xué)家杰夫·哈本(Jeff Habben)表示：“如果基因太活躍，就很容易弄亂植物”。

該小組試圖將zmm28與一個(gè)新的啟動(dòng)子融合，該啟動(dòng)子是控制基因何時(shí)被激活的一段DNA。經(jīng)過一番嘗試后，他們發(fā)現(xiàn)了一種可靠的方法。通常，當(dāng)玉米植物開始開花時(shí)，zmm28打開。添加的啟動(dòng)子比自然發(fā)生的早打開了zmm28，并且在開花后也繼續(xù)增強(qiáng)了該基因的有益作用。Wang說：“如果使基因工作更長，更久，就可以使植物表現(xiàn)更好。”

研究人員在48種商業(yè)玉米中測試了這種增強(qiáng)基因的性能，這些玉米通常被稱為雜種，用于飼養(yǎng)牲畜。在2014年至2017年間對美國玉米種植地區(qū)進(jìn)行的田間試驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因雜種的谷物產(chǎn)量通常比對照植物高3%至5%。研究小組本周在《美國國家科學(xué)院院刊》上報(bào)道說，有些化合物的產(chǎn)率提高了8%至10%。不論生長條件好壞，都將獲得收益。“這是轉(zhuǎn)基因作物在田間環(huán)境中確實(shí)令人信服的最佳例子之一，”英國哈彭登Rothamsted Research的作物科學(xué)家Matthew Paul說。

增長的增長歸因于幾個(gè)因素。首先，工程植物的葉子稍大，將陽光轉(zhuǎn)化為糖的效果要好8%至9%。Corteva的植物生理學(xué)家吳靜瑞(Jingrui Wu)說：“這種增加確實(shí)是一個(gè)很大的問題，因?yàn)楣夂献饔煤茈y通過基因工程來改善。植物在利用氮(氮是一種關(guān)鍵的土壤養(yǎng)分)方面的效率也提高了16%至18%，這也是植物育種者由于復(fù)雜的遺傳因素而難以操縱的另一個(gè)特性。

“從商業(yè)角度看，這看起來非常有希望，”比利時(shí)佛蘭德斯研究所VIB的分子生物學(xué)家DirkInzé說。Corteva已向美國農(nóng)業(yè)部(USDA)申請批準(zhǔn)新的高產(chǎn)雜交種。(盡管zmm28及其啟動(dòng)子天然存在于玉米中，但它們是使用USDA作為生物技術(shù)進(jìn)行調(diào)控的技術(shù)進(jìn)行配對的。)

哈本估計(jì)，要在世界各國獲得正式批準(zhǔn)，將需要6到10年的時(shí)間。Inzé說，相關(guān)的調(diào)控基因很有可能提高其他谷物的產(chǎn)量。Wang說，在玉米上進(jìn)行的大規(guī)模田間試驗(yàn)“強(qiáng)化了我們的信念，即如果我們聰明地進(jìn)行，可以提高內(nèi)在產(chǎn)量。”“這確實(shí)會(huì)給人們靈感。”