“高蛋白”玉米要來了
來源：新民晚報(bào) 發(fā)布時(shí)間：2022-11-18 16:13:41
人類祖先9000多年前就開始馴化野生玉米了，從墨西哥南部的巴爾薩斯河流域?qū)⑺鼛У绞澜绺鞯?，成為世界上最高產(chǎn)的農(nóng)作物之一。然而，現(xiàn)代玉米卻在追求產(chǎn)量、淀粉含量更高的育種目標(biāo)中“丟失”了玉米祖先的高蛋白好“品質(zhì)”。
經(jīng)過十年的努力，上海夫妻檔科學(xué)家從野生玉米中克隆了控制玉米高蛋白品質(zhì)形成和氮素高效利用的關(guān)鍵變異基因。相關(guān)研究成果于北京時(shí)間今天凌晨在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)上發(fā)表。
提高蛋白含量很重要
如今用玉米做成的食品多種多樣，不過，它還另有大用途，70%的玉米都是用作飼料——誰(shuí)讓人家全球年產(chǎn)12億噸，而且有效能量多。
普通玉米籽粒蛋白含量較低，大部分雜交種籽粒蛋白含量不到8%，作為畜禽飼料還需補(bǔ)充大豆蛋白，而大豆嚴(yán)重依賴進(jìn)口，這成為了我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的“卡脖子”問題。
中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員巫永睿算過一筆賬：普通玉米蛋白含量每提高一個(gè)百分點(diǎn)，相當(dāng)于中國(guó)可以少進(jìn)口近800萬(wàn)噸大豆。
十年前，巫永睿從美國(guó)博士后學(xué)成歸國(guó)時(shí)，就和妻子王文琴開始布局通過提高玉米自身蛋白含量來緩解蛋白飼料缺乏的現(xiàn)狀。兩人很清楚，國(guó)際上基因資源爭(zhēng)奪日趨白熱化，要把飯碗牢牢端在自己手上，就得找到新基因！
4萬(wàn)個(gè)樣本孕育新發(fā)現(xiàn)
研究團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，普通玉米自交系蛋白含量約為10%，而玉米的祖先野生玉米在沒有施加氮肥條件下種子蛋白含量都高達(dá)30%，其含量是現(xiàn)代普通栽培玉米的3倍！
一系列科學(xué)問題隨著調(diào)查結(jié)果被提出：野生玉米控制高蛋白含量的關(guān)鍵基因是什么？它們能否被挖掘用于提高現(xiàn)代玉米的蛋白含量？
研究團(tuán)隊(duì)通過三代測(cè)序技術(shù)和三維基因組相結(jié)合的策略，提取了超過4萬(wàn)個(gè)樣本的DNA，測(cè)定了超過2萬(wàn)個(gè)樣本的蛋白含量，共展開3次大規(guī)模高蛋白遺傳群體的測(cè)序以及精細(xì)的圖位克隆，最終從野生玉米中克隆到首個(gè)控制玉米高蛋白含量的主效基因THP9。
這一野生玉米的優(yōu)良基因被導(dǎo)入“普通玉米”后，神奇的結(jié)果出現(xiàn)了——種子蛋白質(zhì)含量增加約35%，并且植株整體重量也大大增加，“THP9簡(jiǎn)直是一座高蛋白的‘工廠’！”
附贈(zèng)綠色基因“彩蛋”
THP9可不僅能提高蛋白質(zhì)含量，它還贈(zèng)給科學(xué)家們一個(gè)“彩蛋”！研究發(fā)現(xiàn)，它還具有氮高效的特性。換句話說，即使氮肥減少，攜帶這一基因的玉米和正常施肥的普通玉米產(chǎn)量相當(dāng)——這可是個(gè)降低種植成本、減少環(huán)境污染的“綠色基因”！
研究團(tuán)隊(duì)在三亞南繁基地進(jìn)行了大規(guī)模田間試驗(yàn)，將野生玉米高蛋白基因雜交導(dǎo)入我國(guó)推廣面積最大的玉米生產(chǎn)栽培品種“鄭單958”中，大田試驗(yàn)給出了喜人的結(jié)果：不僅“鄭單958”的籽粒蛋白含量顯著提高——自交系達(dá)到14%以上，而且在低氮條件下能有效保持玉米的生物量以及植株和籽粒氮含量水平。
“牛奶玉米”更名副其實(shí)
在巫永睿心里，有個(gè)高蛋白玉米基因挖掘和材料創(chuàng)制的“三步走”計(jì)劃，第一步克隆一個(gè)主效高蛋白基因已然完成；下一步是要克隆4個(gè)最主效高蛋白基因，使其親本自交系籽粒蛋白含量達(dá)到16%以上；而“終極目標(biāo)”是克隆自然群體中所有高、低蛋白基因，改良“鄭單958”，讓蛋白含量突破20%大關(guān)！
現(xiàn)在市場(chǎng)上有所謂的“牛奶玉米”，是因其籽粒如牛奶般白皙，并且入口鮮甜、汁水多能爆漿而得名。巫永睿說，未來當(dāng)更多高蛋白基因被導(dǎo)入廣泛栽培的玉米后，“牛奶玉米”會(huì)更名副其實(shí)。
本報(bào)記者 郜陽(yáng)
責(zé)任編輯：邢敏
