离“蛋白自由”的梦想又近一步，中国科学家成功从野生玉米中找回“丢失”的基因

文/奇来寒

2022年第三季度，受原料进口豆粕价格上涨影响，我国饲料价格不断攀升，创近12年历史新高。饲料中蛋白主要由豆粕提供，但中国大豆对进口依存度高，容易形成畜禽养殖业的“卡脖子”问题。因此，寻找能够替代豆粕的蛋白来源，对中国饲料加工业和畜禽养殖业来说意义重大。

经十年不懈努力，中国科研人员从野生玉米中克隆了控制玉米高蛋白品质形成和氮素高效利用的关键变异基因。这不仅有利于现代栽培玉米提高籽粒蛋白含量，还可能指导未来减少化肥施用和保护生态环境。

近日，国际科学顶级期刊《自然》发表了这一成果。据悉，该研究由中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿研究团队与上海师范大学王文琴研究团队合作完成。

找回“丢失”的高蛋白优质基因

玉米的“祖先”起源于南美洲，又叫“大刍草”，经过9000多年人工驯化，成功被改造成世界上产量最高的农作物之一——现代玉米。据洞见研报发布的《2022年全球玉米产业分析》报告显示，2021年，玉米全球年产量超过12亿吨、中国年产量超2.7亿吨，超过小麦成为最重要的谷物。与此同时，玉米作为高产农作物之一，也是最重要的饲料谷物，其中超过70%被用作饲料。

2021/22全球粮食产量，图片：洞见研报

众所周知，玉米和豆粕同为饲料原料。由于我国普通玉米籽粒蛋白含量较低，不到8%，因此通过豆粕来补充原料中蛋白含量是我国目前所使用的方法。

然而，我国豆粕却严重依赖进口，国内需求的很大一部分仍由进口来满足。主要外国供应商是巴西、美国、阿根廷和俄罗斯。”根据《2022年全球玉米产业分析》报告显示，中国在2021销售年度从美国购买了约8.45亿蒲式耳玉米。

2021年美国玉米的主要买家，图片：洞见研报

面对我国大豆对外依赖度较高的情况，中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员巫永睿表示“如果把大豆导入到栽培玉米里面，整个蛋白含量就从8%提高到14%。玉米的蛋白含量每提高一个百分点，每年就可以少进口700多万吨大豆。”

找回丢失的优质高蛋白基因，提高玉米蛋白含量不仅是保障国家粮食安全的重大战略需求，也是为我国饲料加工业和畜禽养殖业谋求健康发展的一条重要途径。

然而，野生玉米高蛋白优质基因形成的机理是让科学家们头疼的世纪难题，一直没找到控制玉米总蛋白含量和氮素高效利用的关键基因。

离“蛋白自由”又近一步

为了帮玉米找回“高蛋白”，中国科学院分子植物科学卓越创新中心和上海师范大学王文琴研究团队首先采用三代测序技术和三维基因组相结合的策略，提取超过4万个样本的DNA进行基因型鉴定，测定了超过2万个样本的蛋白含量进行表型分析，破解了高度复杂的野生玉米基因组，经过长达10年的不懈努力，成功从野生玉米“大刍草”中找回驯化过程中丢失的、用于控制高蛋白含量的优良基因THP9。17日，相关研究论文被发表在国际权威学术期刊《自然》杂志。

当然，这还远远不足以实现“蛋白自由”。为了表明高蛋白含量的主效基因THP9在培育“蛋白玉米”中具有重要应用潜力，研究团队在三亚南繁基地进行了大规模田间试验。同时，也做了大量利于玉米在低氮条件下高产、稳产的试验。

最后，巫永睿表示该研究不仅成功克隆了野生玉米变异基因Thp9-T，利于现代栽培高籽粒蛋白含量的玉米，而且对未来减少化肥施用和保护生态环境具有重要指导意义，为构建和实施新形势下的国家粮食安全战略，确保国家粮食安全和重要农产品有效供给，促进农业可持续发展提供新的解决方案。