玉米起源于美洲大陆，原产地是墨西哥或中美洲，哥伦布发现新大陆后，把玉米带到了 西班牙，随着世界航海业的发展，玉米逐渐传到了世界各地，并发展成为最重要的粮食作物之一。玉米是世界上分布最广的作物之一，从北纬58度到南纬35-40度的地区均有大量栽培。我国幅员辽阔，玉米种植形式多样，东北、华北北部有春玉米，黄淮海有夏玉米，长江流域有秋玉米，在海南及广西可以播种冬玉米。随着高产、抗逆的优良玉米杂交种不断选育成功与推广，水利设施的不断完善，化肥、农药施用水平的提高，以及养殖业、加工业大量需求的拉动，我国的玉米种植面积迅速扩大，产量急剧增长。

玉米是一年生雌雄同株异花授粉植物，植株高大，茎强壮，是目前全世界总产量最高的农作物，其种植面积和总产量仅次于水稻和小麦。玉米含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素、微量元素、纤维素等，具有开发高营养、高生物学功能食品的巨大潜力。但由于其遗传性较为复杂，变异种类丰富，在常规的育种过程中存在着周期过长、变异系数过大、影响子代生长发育的缺点，而现代生物育种技术不但克服了上述缺点和不足，同时也提高了育种速度和质量。

作为一种重要的粮食和饲料作物，玉米在世界农业生产中扮演着越来越重要的角色。从基因层面上研究玉米籽粒发育，不仅有助于我们认识其发育的分子机制，而且能为玉米分子改良提供新的方法和途径。玉米籽粒发育是一个非常复杂的生物学过程，受到成百上千的基因调控，籽粒性状作为影响玉米产量形成的重要因素之一，受到各种环境因素和遗传因素的影响。因此，对控制玉米籽粒发育进程的关键基因进行克隆并探索其分子机制，有助于促进我们对玉米籽粒发育调控网络的解析，从分子水平为玉米籽粒性状和产量性状的遗传改良提供理论依据。

近日，由中国农业科学院作物科学研究所李文学研究员和河南农业大学农学院汤继华教授领衔的协作团队在玉米籽粒发育的研究中取得重要进展，揭示了Urb2基因在玉米籽粒发育中的关键作用。相关研究结果发表在国际刊物《New Phytologist》上，题为“Maize Urb2 protein is required for kernel development and vegetative growth by affecting pre-ribosomal RNA processing”。这一发现对于揭示玉米籽粒发育的调控机制和产量形成的分子基础具有重要意义。该研究首先通过筛选田间育种材料中的自然突变体，发现一个籽粒大小明显分离的材料，将突变体作为供体亲本，与自交系B73构建了BC1分离群体；然后通过图位克隆，初步证实ZmUrb2是控制籽粒发育性状的目标基因；进一步通过构建CRISPR/Cas9基因敲除载体对候选基因进行等位验证，确定了候选基因的准确性；然后通过蔗糖密度梯度超速离心、Northern Blot和Circular RT-PCR等方法进一步解析ZmUrb2的作用机制，结果证实在玉米中同时存在类似于小鼠和人类等多细胞动物与类似于酵母的pre-rRNA加工路径，Urb2主要通过影响核糖体的生物合成和核糖体rRNA前体的加工来影响籽粒发育和整个营养生长过程；最后通过单倍型分析，证明了Urb2基因的Hap3单倍型可能作为一个优良的等位基因，在玉米从热带到温带的驯化过程中被人工选择。

图1：Urb2基因在玉米籽粒发育中的关键作用及其调控机制