上海科学家找到玉米高蛋白秘籍

科研人员在给培育的玉米授粉 本报记者 陶磊 摄

野生玉米的蛋白含量高达30%，但在长达9000多年的驯化过程中，人们只顾着让玉米多结籽、长得壮，却把那些控制高蛋白的“好基因”弄丢了。好消息是，中国科学院分子植物科学卓越创新中心的巫永睿、王海海团队，联合上海师范大学和四川农业大学的科研人员，成功从野生玉米里“找回”了第二个高蛋白基因。加上2022年找到的第一个高蛋白基因，两个基因一配合，就能让普通玉米的蛋白含量大幅提高，而且产量一点不降！

这项研究成果在北京时间3日23时，在线发表于国际顶级学术期刊《自然》（Nature）。

有没有一项“劳动密集型”和“技术密集型”叠加的工作？还真有，上海科研团队的最新成果，就集齐了“面朝黄土背朝天”和“实验室精密操作”两大因素。

玉米是我国极为重要的粮食产物，也是猪、鸡、牛等畜禽的“当家口粮”。可大家不一定知道，我们平时种的玉米，蛋白含量只有8%左右，动物吃了还不够，还得额外添加大量从外国进口的豆粕来“补蛋白”。2025年，我国进口大豆超过1亿吨，这里面很大一部分都进了饲料槽。

怎么办？科学家把目光投向了玉米的“老祖宗”——野生玉米。

“1+1”育出新品种

玉米的蛋白质，主要来自土壤里的氮元素。氮元素被玉米根系吸收后，要经过一套复杂的“生产线”：先转化成一种叫谷氨酸的基础氨基酸，再进一步合成其他各种氨基酸，最后组装成蛋白质。

这套生产线里，有两个关键的“岗位”。2022年，巫永睿团队挖掘到首个高蛋白基因THP9-T。它好比一个“运输队长”，负责把氮元素高效地搬运到叶片和籽粒里。这次新发现的THP3-T基因，好比一个“加工厂厂长”，它编码一种关键酶，能大大加快氨基酸的生产速度。

两个基因单独使用时，都能让玉米蛋白含量提升一截；合在一起，效果更是远超“1+1”——在一种常用的玉米自交系中，原本蛋白含量只有10%，两个基因一聚合，直接升到了15%以上。我国推广面积最大的玉米杂交种“郑单958”，原本籽粒蛋白含量只有8.5%，导入这两个基因后，涨到了12%—13%。

野地找回“好传统”

研究团队在分析大量玉米品种的基因时，发现了一个有意思的事实：THP3-T在现代玉米里稀有——出现频率只有2.1%，也就是100株玉米里只有两三个还保留着它。

怎么会这样？巫永睿解释，在长达几千年的玉米驯化和育种过程中，人们主要盯着产量：穗子要大、籽粒要多、植株要抗倒伏……谁也没想到要去专门“保留”高蛋白的基因。久而久之，那些不增产，甚至可能稍微影响产量的高蛋白基因，就在不知不觉中被“淘汰”了。

好在野生玉米里还完整地保存着这些“好传统”。研究团队花了多年工夫，从野生玉米里把这个珍稀的基因重新“请”回来，再用现代的分子标记辅助育种技术，把它导入到现有的优良玉米品种中，而不影响玉米原来的高产特性。

记者获悉，目前，团队已经改良了80多个国内主栽玉米品种的亲本材料，改良后的亲本蛋白含量可以稳定超过14%。也就是说，育种专家以后可以直接用这些“高蛋白父母本”去配种子，种出来的玉米天生就是高蛋白的。

“大账”“小账”都合算

该成果具有重要的社会经济价值。先算一笔“大账”：我国每年生产约3亿吨玉米，如果全国饲用玉米的蛋白含量普遍提高4个百分点，那么增加的蛋白质总量，相当于3000多万吨进口大豆——这差不多是去年我国大豆进口总量的三成。

再算一笔“小账”：用这种高蛋白玉米配饲料，可以少加50%甚至100%的进口豆粕。豆粕现在不便宜，少加一半，一头猪从断奶到出栏能省下好几十元钱饲料费。养鸡场、养牛场同样受益。另外，在种植端，每吨高蛋白玉米的收购价比普通玉米高200元，可显著促进农民增收。

“我们计划五年内克隆野生玉米所有高蛋白主效基因，改良‘郑单958’。”巫永睿说，团队要让这项成果真正从论文里走出来，走进农田。而这种“产学研用”一体化的研究范式，为实现培育全株高蛋白玉米进行豆粕减量替代的“全产业链”构建奠定了坚实基础。

本报记者 郜阳