A joint group of scientists from Huazhong Agricultural University (HZAU) and China Agricultural University (CAU) have found a gene in both corn and rice, which could boost the grain yield by 10 percent and eight percent respectively when it is properly edited.

    The gene in corn is named KRN2, and its ortholog in rice is called OsKRN2. Both underwent selection in the process of domestication and improvement, resulting in the reduction of their expression and an increased grain number through an increase in kernel rows.

    Grain yield was raised by the knockout of KRN2 in corn, or OsKRN2 in rice as demonstrated by field tests, while other agronomic traits were not obviously compromised.

    The scientists also conducted a deep analysis of the scope and mechanism concerning the convergent selection of corn and rice on a genome-wide scale. They identified a set of 490 orthologous genes that underwent convergent selection in the evolution of corn and rice, including KRN2/OsKRN2. These genes were significantly enriched in starch and sucrose metabolism, and in biosynthesis of cofactors.

    Starch is the core ingredient that stores energy in crop seeds, which is an important reason for corn and rice to be domesticated as major food crops. The result of the research not only helps to better understand the evolution and improvement of crops, but also offers valuable information for accelerating the breeding process of crops and creating new crops via domestication.

    From the perspectives of both gene and genome research, it took the joint group 18 years to reach this discovery and answer an important question of basic science. That is whether corn, rice and wheat, which offer more than 50 percent of the energy used by human beings, follow the same heredity laws in the long process of improvement and selection, since they are domesticated in different locations around the world with various ancestors.

    Published in Science online on March 25, the study provided a crucial theory foundation for the analysis of mechanisms regarding crop domestication and breeding in the future.