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作者：史軍(jun)

來源：《星空体育官网入口网站就是力量》雜誌

十一前後是玉米收獲的季節。玉米被稱為(wei) “粗糧中的黃金”，粒粒金黃入口，唇齒留香，“香”“甜”“糯”俱佳，美味、營養(yang) 又健康！

不過，玉米的價(jia) 值可不止這些！玉米在科學發展史上，特別是遺傳(chuan) 學發展史上作出了突出貢獻。毫不誇張地說，玉米的一些特性徹底改變了人類對於(yu) 脫氧核糖核酸（DNA）的認識，這是一個(ge) 怎樣的故事呢？

古老的美洲食物

在歐洲最早的藥典——《佛羅倫(lun) 薩藥典》中有關(guan) 於(yu) 玉米的描繪：“在貧窮年代，人們(men) 會(hui) 嚼玉米稈和高粱稈來獲取糖分。”

人類種植和食用玉米的曆史相當悠久，在史前時期，中南美洲的印第安人就開始種植和食用玉米了。可以說，正是玉米這種植物撐起了南美洲的人類文明。玉米之於(yu) 南美人，就像水稻之於(yu) 東(dong) 亞(ya) 人、小麥之於(yu) 西亞(ya) 和歐洲人一樣重要。隨著意大利航海家哥倫(lun) 布發現美洲大陸，玉米的足跡也逐漸遍布世界各地，成為(wei) 不同人群的主食。

玉米的祖先——類蜀黍（大芻草）（繪圖：飛飛）

類蜀黍（大芻草）的果實（繪圖：飛飛）

不過，如果我們(men) 以今天糧食作物的標準審視玉米的祖先——類蜀黍（大芻草），那它可是一點可取之處都沒有——一棵類蜀黍上有很多分枝條，每個(ge) 分枝條上都有一些細瘦的穗子（就像我們(men) 今天看到的狗尾草），穗子上隻有寥寥數個(ge) 果粒，更要命的是，每個(ge) 果粒都被硬殼包裹著。

毫無疑問，類蜀黍的這些性狀都是符合達爾文自然選擇理論的：更多保護穩妥的種子會(hui) 帶來更多後代。但是，看到這個(ge) 模樣的類蜀黍，大概不會(hui) 有人能想到，人類祖先會(hui) 花力氣去啃這些費牙的野草，更不用說把它們(men) 當作寶貝種在農(nong) 田裏了。

不過，作為(wei) 玉米祖先的類蜀黍產(chan) 生了兩(liang) 個(ge) 關(guan) 鍵的基因突變：1號染色體(ti) TB1發生基因突變，突變體(ti) 不再產(chan) 生分枝條，而是隻有一根直立的莖稈，這樣就可以把更多的營養(yang) 投入籽粒生產(chan) 中，產(chan) 生更多可食用的飽滿玉米粒。更關(guan) 鍵的是，4號染色體(ti) TGA1發生基因突變，這個(ge) 突變導致類蜀黍的硬殼消失，突變體(ti) 的食用性大大提升，人類再也不用想辦法對付那個(ge) 大大的硬殼了。

那麽(me) ，為(wei) 什麽(me) 玉米的祖先恰好能變成人類喜歡的樣子呢？

這就需要講述另外一個(ge) 關(guan) 於(yu) 彩色玉米粒的故事了。

基因可以“跳”起來

圖為(wei) 跳躍基因的發現者美國科學家芭芭拉·麥克林托克。她因此項研究成果獲得諾貝爾生理學或醫學獎(圖源：維基百科)

在20世紀40年代之前，遺傳(chuan) 學界有一個(ge) 共識，那就是生物的DNA序列是恒定的。簡單來說就是基因在染色體(ti) 上的位置是一成不變的。但是，一位叫芭芭拉·麥克林托克的美國科學家發現了一種特殊的現象，在雜交試驗中，有一些基因在染色體(ti) 上的位置會(hui) 發生改變，就像是基因在染色體(ti) 上跳來跳去一樣，這就是跳躍基因（也被稱為(wei) 轉座子）。麥克林托克當時用到的研究材料是一些長期通過自交得到的玉米品係。這個(ge) 品係屬於(yu) 自花授粉，它們(men) 的基因組成應該是一成不變的。但是，麥克林托克在檢查基因在染色體(ti) 上的位置時，發現有一些基因並未出現在預期的位置。也就是說，這些基因“跳”到了一個(ge) 新位置。更有意思的是，這種位置變化會(hui) 影響植物的外在表現——玉米葉片出現了特定的白色斑點，而且位置相似。

跳躍基因會(hui) 影響玉米籽粒的顏色

後來，麥克林托克發現跳躍基因不僅(jin) 會(hui) 影響玉米葉片的顏色，還會(hui) 影響玉米籽粒的顏色。例如，當某個(ge) 基因發生跳躍時，玉米籽粒中合成花青素的基因就會(hui) 打開，這些玉米籽粒就會(hui) 變成彩色。而且，基因是否會(hui) 發生跳躍還會(hui) 受到其他基因的控製。

從(cong) “垃圾DNA”到“淘金勝地”

20年前的教科書(shu) 對於(yu) DNA序列功能的闡釋還停留在“編碼DNA”和“非編碼DNA”階段。當時的科學家認為(wei) ，DNA是遺傳(chuan) 信息的載體(ti) ，而想要執行功能，就必須由DNA產(chan) 生蛋白質，最終實現生物學的功能。

所謂的“垃圾DNA”發揮著難以想象的作用

值得關(guan) 注的是，生物的DNA上存在很多所謂的“垃圾片段”，因為(wei) 這些基因不能指導蛋白質的合成，自然就被認為(wei) 沒有什麽(me) 實際用途。由於(yu) 當時的科學界並不清楚這些“非編碼DNA”的實際功能，於(yu) 是在1972年，美國加州理工學院的科學家大野·乾賦予它們(men) 一個(ge) 名稱——“垃圾DNA”。

然而，隨著分子生物學的發展，人們(men) 發現，這些所謂的“垃圾DNA”發揮著難以想象的作用，甚至比編碼DNA更重要。比如跳躍基因就發揮著基因表達開關(guan) 的作用，它們(men) 可以決(jue) 定玉米籽粒中花青素基因是否打開。

2009年，全新的玉米基因組測序結果出爐。令人吃驚的是，玉米基因組中有85%的序列都屬於(yu) 麥克林托克發現的跳躍基因，這也就解釋了玉米的祖先——類蜀黍，為(wei) 什麽(me) 會(hui) 有那些匪夷所思的變化，畢竟抽獎的次數多了，總會(hui) 有撞大運的時刻。

其實，在人類基因組中，也有98%的信息是看似無用的“垃圾”。而這些非編碼DNA往往執行著重要的生命功能。當年的“基因垃圾場”已經成為(wei) 科學家們(men) 的“淘金勝地”，對於(yu) 非編碼DNA的深入研究，必將把人類對生命的認識推升到全新的高度。

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