提到玉米，你會將它與“高蛋白”聯(lián)系起來嗎？盡管現(xiàn)在玉米作物的蛋白質含量僅為8%-10%，可玉米的祖先大芻草的蛋白質含量卻高達30%。經(jīng)過十年努力，上海一對科學家夫婦聯(lián)手將玉米在人工種植中“丟掉”的高蛋白基因找了回來，成功讓整株玉米的蛋白質含量接近翻倍，玉米籽實中的蛋白質含量平均提升至14%，未來有望提高到20%。國際頂尖學術期刊《自然》今天零點在線發(fā)表了這一成果。

　　“飼料之王”蛋白提升1%，可節(jié)省800萬噸大豆

　　作為世界最高產(chǎn)的農(nóng)作物之一，玉米的全球年產(chǎn)量高達12億噸，我國年產(chǎn)玉米2.7億噸。其中，70%的玉米都用作飼料，有“飼料之王”之稱。不過，由于不少雜交玉米籽實的蛋白質含量不足8%，飼料中還需補充大豆蛋白。

　　如果讓玉米的蛋白質含量提升一個百分點，就相當于節(jié)省了800萬噸大豆。這對于保障國家糧食安全，以及我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)和飼料加工業(yè)健康發(fā)展，具有重要意義。

　　在南美洲墨西哥南部的巴爾薩斯河流域，玉米的祖先——大芻草有著高達30%的蛋白質含量。然而，經(jīng)過9000年的種植馴化，現(xiàn)在的玉米作物慢慢丟失掉了高蛋白的控制基因，變得更注重積累淀粉。

　　能否將玉米的高蛋白基因找回來？十年前，懷著尋覓玉米高蛋白控制基因的夢想，巫永睿從美國帶回大芻草的種子，來到中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心建立起自己的研究團隊。

　　破解野生玉米基因組，找到高蛋白控制基因

　　其實，早在幾十年前，植物學家就想從玉米祖先那里找回高蛋白控制基因?？上У氖?，9000年的漫漫野生歲月，讓現(xiàn)代大芻草的基因組變得駁雜難辨，同時也讓現(xiàn)代玉米與大芻草的基因組差別變得巨大，甚至超過了人與黑猩猩基因組之間的差距。這成為定位蛋白控制基因的“攔路虎”。

　　提取超過4萬個樣本的DNA進行基因型鑒定、測定超過2萬個樣本的蛋白含量并進行表型分析、三次大規(guī)模高蛋白遺傳群體測序……巫永睿與妻子上海師范大學教授王文琴一起，破解了高度復雜的野生玉米基因組，又連續(xù)創(chuàng)制了超過10代的遺傳材料，構建起了野生玉米和普通玉米的高世代近等基因系群體。

　　經(jīng)過反復實驗，研究團隊終于從野生玉米中成功克隆了首個控制玉米高蛋白含量的主效基因THP9。“THP9負責合成的酶，負責合成天冬酰胺，而天冬酰胺是植物合成蛋白質的重要基礎原料。”巫永睿介紹，現(xiàn)代玉米中THP9的突變形式THP9-B導致合成天冬酰胺的功能變?nèi)?，“我們將野生玉米中的THP9-T引入現(xiàn)代玉米后，種子中的蛋白質含量增加了約35%，根、莖、葉中的氮含量分別增加了54%、94%、18%左右”。

　　三地輪種加緊育種，有望生產(chǎn)更優(yōu)質的奶蛋肉

　　看到整株玉米的蛋白質含量大幅提升，巫永睿無比興奮?！坝衩咨L到灌漿中期，整株都可以加工青貯飼料?！憋暳系鞍踪|含量的提升，可讓人們吃上更優(yōu)質的牛奶、雞蛋和肉類。

　　在獲得了玉米高蛋白主效基因THP9-T后，巫永睿帶領團隊立即開展大規(guī)模田間試驗，將其導入我國推廣面積最大的玉米生產(chǎn)栽培品種鄭單958中。為了爭取時間，他們采取了上海-三亞-哈爾濱三地穿梭的輪種形式，盡可能不間斷種植。

　　今年，他們種植了10畝試驗田，共2萬株玉米，每一株都需要人工授粉，而且不能出錯，只能由研究組的學生和老師親自完成。“大太陽下走進玉米田，花粉嘩嘩灑到皮膚上奇癢無比，有時不得不穿‘大白服’工作。玉米葉子也像刀子一樣，一不小心就割一道口子?！闭撐牡谝蛔髡摺⒉┦亢簏S永財說，盡管非常辛苦，但當他們發(fā)現(xiàn)THP9-T還能減少玉米種植的氮肥施用，仍十分驚喜，“這對于在低氮條件下促進玉米高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義”。

　　巫永睿表示，團隊已在為新發(fā)現(xiàn)的基因申請專利，并與安徽一家農(nóng)業(yè)企業(yè)合作育種。此外，他們還發(fā)現(xiàn)了另外三個控制玉米蛋白含量的基因，未來將繼續(xù)將其克隆并引入現(xiàn)代玉米中，爭取讓玉米作物的蛋白質含量提升至20%。

　　（原載于《文匯報》 2022-11-17 第4版 教科衛(wèi)）

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