現如今，玉米是世界三大糧食作物之一，地位僅次于水稻和小麥。這樣的“光環”讓我們忽略了這種植物在科學發展史上，特別是遺傳學發展史上作出的突出貢獻。毫不夸張地說，玉米的一些特性徹底改變了人類對于脫氧核糖核酸（DNA）的認識，這是一個怎樣的故事呢？

跳躍基因會影響玉米籽粒的顏色（圖源《知識就是力量》雜志）

古老的美洲食物

人類種植和食用玉米的歷史相當悠久，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。玉米之于南美人，就像水稻之于東亞人、小麥之于西亞和歐洲人一樣重要。隨著意大利航海家哥倫布發現美洲大陸，玉米的足跡也逐漸遍布世界各地，成為不同人群的主食。

在歐洲最早的藥典——《佛羅倫薩藥典》中有關于玉米的描繪：“在貧窮年代，人們會嚼玉米稈和高粱稈來獲取糖分。”

不過，如果我們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，每個分枝條上都有一些細瘦的穗子（就像我們今天看到的狗尾草），穗子上只有寥寥數個果粒，更要命的是，每個果粒都被硬殼包裹著。

那么，為什么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關于彩色玉米粒的故事了。

基因可以“跳起來”

在20世紀40年代之前，遺傳學界有一個共識，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上的位置會發生改變，就像是基因在染色體上跳來跳去一樣，這就是跳躍基因（也被稱為轉座子）。

圖為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物學或醫學獎。（圖源《知識就是力量》雜志）

后來，麥克林托克發現跳躍基因不僅會影響玉米葉片的顏色，還會影響玉米籽粒的顏色。例如，當某個基因發生跳躍時，玉米籽粒中合成花青素的基因就會打開，這些玉米籽粒就會變成彩色。而且，基因是否會發生跳躍還會受到其他基因的控制。

從“垃圾DNA”到“淘金勝地”

值得關注的是，生物的DNA上存在很多所謂的“垃圾片段”，因為這些基因不能指導蛋白質的合成，自然就被認為沒有什么實際用途。由于當時的科學界并不清楚這些“非編碼DNA”的實際功能，于是在1972年，美國加州理工學院的科學家大野·乾賦予它們一個名稱——“垃圾DNA”。

然而，隨著分子生物學的發展，人們發現，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的作用，它們可以決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%的序列都屬于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，為什么會有那些匪夷所思的變化，畢竟抽獎的次數多了，總會有撞大運的時刻。

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”已經成為科學家們的“淘金勝地”，對于非編碼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。

責任編輯 | 史軍 岳煥琦

運營編輯 | 岳煥琦

質量審核 | 業蕾

? 來源：《知識就是力量》雜志 ?

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