5000年「棒子」揭示玉米馴化

基因顯示，這個有5300 年歷史的玉米棒子是半馴化的產物。圖片來源：Bruce D. Smith

本報訊用墨西哥類蜀黍做一頓飯可不是一件容易事。這種草本植物是玉米的古老祖先，每一根棒子比你的小拇指還要短，並且僅有12個穀粒隱藏在堅硬的鞘中。然而距今約9000年前開始在墨西哥與美國發生的一切，戲劇性地展示了馴化的力量。這些來自西南部的墨西哥類蜀黍最終被改造成為今天在全世界養活了數億人口的多粒玉米。

研究人員之前已經確定了有少量基因與上述轉化有關。如今，兩個獨立研究團隊對古脫氧核糖核酸（DNA）進行的研究展示了這些植物的基因在約5000年前的中期馴化中發生了什麼。該研究揭示了隨著時間的推移，一代又一代的人根據他們喜愛的特徵選擇植物，進而使植物的遺傳特性發生了變化。

並未參與該項研究的加拿大溫哥華不列顛哥倫比亞大學人類學家Michael Blake表示：「這些研究成果重塑了我們對於這一早期階段所關注的焦點。」他說：「它們暗示了玉米馴化之後的發展，並且有助於我們了解人們在當時的選擇。」

科學家在上世紀60年代首次發現了人類對玉米的馴化，當時美國考古學家Richard MacNeish在墨西哥的Tehuacán山谷進行挖掘工作。在乾旱而黑暗的環境中，他發現了一些保存完好的玉米棒子，其年代可以追溯到距今5300年前。每個玉米棒子大概有50個穀粒，相比之下，現代的玉米有1000個穀粒。

在將近60年後，伴隨著現代基因測序工具的出現，墨西哥伊拉波圖市基因組生物多樣性國家實驗室先進研究中心遺傳學家Jean Philippe Vielle-Calzada和他的同事，想要找出有哪些基因在古代的馴化過程中無意識地被選擇了。但他擔心如今存放在博物館中的MacNeish的標本被不正確的操作或儲存破壞了。因此Vielle-Calzada和研究團隊決定重回Tehuacán山谷。

雖然MacNeish已經去世，但他的學生Angel Garcia Cook充當了嚮導。「他有所有的地圖，他也知道在哪裡挖掘。」Vielle-Calzada說：「他73歲時與我們重返那裡。而他第一次去Tehuacán山谷時只有21歲。」

研究人員在聖馬科斯洞穴發現了幾個具有5000年歷史的新標本。他們使用鳥槍法測序了3根玉米棒子，並提取了DNA，隨後將其分割為小的片段進行測序。計算機軟體之後將這些DNA片段重新組裝起來，最後重建了超過35%的古玉米基因組。

Vielle-Calzada的研究團隊發現有8個基因影響了玉米的關鍵特徵。研究人員日前在美國《國家科學院院刊》上報告了這一研究成果。他們發現，這些玉米攜帶了tb1（使植物更加容易收穫）和bt2（有助於促進澱粉含量並提高穀粒甜味）的現代變體。

與此同時，丹麥哥本哈根大學考古學家Nathan Wales和同事發現了MacNeish的原始樣本——在馬薩諸塞州安多佛的一家博物館中保持了60年。他與同事用鳥槍法對這個名為Tehuacan162的具有5300年歷史的玉米棒子的基因組進行了測序研究。

Wales的研究團隊能夠對這根玉米棒子基因組的21%進行測序。最終的結果證實並補充了Vielle-Calzada研究團隊的發現。他們在最新出版的《當代生物學》雜誌上報告指出，這個博物館中的玉米棒子同樣攜帶了td1和bt2的現代變體。

玉米起源於美洲大陸，原產地是墨西哥或中美洲。哥倫布發現新大陸後，把玉米帶到了西班牙，隨著世界航海業的發展，玉米逐漸傳到了世界各地，並成為最重要的糧食作物之一。玉米是世界上分布最廣的作物之一，從北緯58度到南緯35～40度的地區均有大量栽培。（趙熙熙）

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