我們(men) 平時吃的糧食作物，都有其野生來處，不過想要找到它們(men) ，並不總是那麽(me) 簡單。比如玉米。直到21世紀的頭幾年，玉米的身世，仍然是個(ge) 謎題。

最大的問題在於(yu) ，在之前的幾百年時間裏，人類都沒有在野外找到玉米的野生祖先。雖然，大家都認為(wei) 中南美洲是玉米的起源地，但是，在科學家把這個(ge) 地方的植物類群翻個(ge) 底朝天之後，愣是沒有找到一個(ge) 長相與(yu) 玉米一樣的野生物種。

玉米這種作物，仿佛就是石頭縫裏蹦出來的孫猴子。事情真的是這樣嗎？

人類栽培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。毫不誇張地說，正是玉米這種植物撐起了南美洲的人類文明。在瑪雅人的文化中，玉米神是非常重要的神明。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。

隨著哥倫(lun) 布發現美洲大陸，玉米的足跡也開始伸展到世界各地，逐漸成為(wei) 不同人群的主食。到今天，玉米更是現代食品工業(ye) 不可缺少的重要原料，玉米澱粉和玉米糖漿在食品工業(ye) 中的出場頻率，堪比夜空中月亮的出場頻率。

正因為(wei) 和玉米如此重要，所以，尋找玉米祖先的工作從(cong) 來就沒有停止過。找來找去，科學家把目光聚焦在了一種叫大芻草的植物身上。

如果以今天糧食作物的標準來看大芻草，那它們(men) 是一點可取之處都沒有——作為(wei) 玉米的祖先，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），穗子上隻有聊聊數個(ge) 果粒，更要命的是每個(ge) 果粒都被一個(ge) 硬殼包裹著。

毫無疑問，這些性狀都是符合達爾文自然選擇理論的，很多保護穩妥的種子會(hui) 帶來更多後代，讓類蜀黍更好地繁衍生息。但是，看到這個(ge) 模樣的類蜀黍，無論是誰也想象不到人類祖先會(hui) 花力氣去啃這些費牙的野草，更不用說把他們(men) 當作寶貝種在農(nong) 田裏麵了。

大芻草變玉米，取決(jue) 於(yu) 兩(liang) 個(ge) 關(guan) 鍵基因的改變。

第一個(ge) 突變發生在第1號染色體(ti) 上TB1基因發生突變，結果就是突變體(ti) 不再產(chan) 生分枝條，而是隻有一根直立的莖幹，這樣就可以把更多營養(yang) 投入籽粒生產(chan) 中去，產(chan) 生更多可食用的飽滿的玉米粒；

更關(guan) 鍵的是第二個(ge) 突變，在第4號染色上一個(ge) 名為(wei) TGA1基因發生突變，這個(ge) 突變導致硬殼消失了，突變體(ti) 的食用性大大提升了，人類再也不用想辦法對付那個(ge) 大大的硬殼了。

那麽(me) 玉米祖先的基因為(wei) 啥就有如此巧合的突變，偏偏就變成人類喜歡的樣子呢？

這就要說到玉米當中一些特殊的基因，跳躍基因了。

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，簡單點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·麥克林托克的科學家發現了一種特殊現象，在雜交試驗中，有一些基因會(hui) 改變自己在染色體(ti) 上的位置，就像是在基因組上跳來跳去一樣。

這種跳躍還會(hui) 影響玉米籽粒的顏色。當特殊的基因“Dissociator”（Ds）發生“跳躍”的時候，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) 變成彩色狀態，而且基因是否會(hui) 發生跳躍還會(hui) 受到其他基因比如“Activator”（Ac）的控製。

麥克林托克利用轉座理論完美解釋了玉米親(qin) 代和子代間某些基因的開啟和關(guan) 閉。1983年，麥克林托克因跳躍基因研究獲得諾貝爾生理學獎，可以說實至名歸。

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) 麥克林托克發現的轉座子，這也就解釋了為(wei) 什麽(me) 野生的玉米祖先（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。

到今天，大芻草變玉米的故事已經越來越清晰地展現在我們(men) 麵前。不過，故事還沒有結束，玉米的祖先究竟是單一的，還是多元的呢？

之前學界認為(wei) 小穎大芻草亞(ya) 種是玉米的唯一祖先。但是問題出現了，這種植物主要生長在墨西哥西南部低海拔地區，並不適應高海拔環境。但有考古證據表明，玉米早在6200多年前就已適應了高海拔環境。

此時，另外一種叫墨西哥高原大芻草的亞(ya) 種進入了研究人員的視野，這個(ge) 物種主要生長在墨西哥中部高海拔地區。

2023年12月，在《科學》雜誌發表的一項研究中，華中農(nong) 業(ye) 大學作物遺傳(chuan) 改良國家重點實驗室的嚴(yan) 建兵教授團隊與(yu) 美國加州大學戴維斯分校研究團隊，分析了超過1000份大芻草和現代玉米，以及9份來自北美洲和南美洲的古玉米基因組數據。結果發現，玉米當中有墨西哥高原大芻草亞(ya) 種基因滲透的情況。

在此基礎上，團隊精準鑒定了每份材料中墨西哥高原大芻草亞(ya) 種基因滲透片段的比例，發現平均每份現代玉米中有約18%的基因組來自墨西哥高原大芻草亞(ya) 種基因組的滲透，證明了墨西哥高原大芻草亞(ya) 種為(wei) 現代玉米的第二“祖先”。

所以，人類馴化玉米的故事又有了新篇章。初始馴化玉米單起源於(yu) 墨西哥西南部低海拔地區，後來在人類活動影響下進行了第一次擴散。6000多年前，初始馴化玉米在墨西哥中部高海拔地區與(yu) 墨西哥高原大芻草亞(ya) 種偶然發生了一次雜交，幫助玉米適應了高海拔環境。

這份雜交古玉米作為(wei) 現代玉米擴散的新起點，在美洲進行了第二次馴化和擴散，並逐漸替代了第一次擴散留下的古玉米，成為(wei) 現代玉米的“祖先”。

你要問，了解這個(ge) 起源過程有啥用，這對於(yu) 我們(men) 在未來篩選更優(you) 良的玉米品種，提供了新的思路和雜交材料選擇。並且對於(yu) 我們(men) 理解人類的農(nong) 業(ye) 曆史，也具有非常重要的意義(yi) 。

我們(men) 平時吃的糧食作物，都有其野生來處，不過想要找到它們(men) ，並不總是那麽(me) 簡單。比如玉米。直到21世紀的頭幾年，玉米的身世，仍然是個(ge) 謎題。

本文為(wei) 科普中國·星空計劃扶持作品

作者：史軍(jun) 中科院植物學博士

審核：楊來勝 蘭(lan) 州農(nong) 科院研究員

出品：中國科協科普部

監製：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳(chuan) 媒有限公司

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