玉米高蛋白基因揭秘：两大老祖宗联手营养翻倍

有没有一项工作，既需要大量人力投入，又涉及尖端技术？上海科研团队的最新突破，恰好融合了田间地头的深耕苦干与实验室里的精密攻坚。

玉米是我国至关重要的粮食作物，更是猪、鸡、牛等畜禽的主要饲料来源。但很多人并不清楚：当前广泛种植的玉米，籽粒蛋白含量仅约8%。动物仅靠玉米难以满足营养需求，必须额外添加大量进口豆粕来补充蛋白。2025年，我国大豆进口量突破1亿吨，其中绝大部分流入了饲料槽。

这个难题如何破解？科学家把目光投向了玉米的“远古先辈”——野生玉米。

野生玉米的蛋白含量高达30%，然而在长达9000多年的驯化进程中，人类一味追求多结籽、长得壮，那些控制高蛋白的“优良基因”在不知不觉中逐渐丢失。好消息是，中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿、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，成功从野生玉米中“找回”了第二个高蛋白基因。加上2024年发掘的第一个基因，两者协同作用，能够将普通玉米的蛋白含量大幅提升，且产量丝毫不受影响。

科研人员在松江作物栽培基地的玉米田间进行交流 摄影：陶磊

这项研究成果，于北京时间6月3日23时，在线发表于国际顶级学术期刊《自然》（Nature）。

“运输队长”联手“加工厂厂长”

玉米蛋白质的合成，主要依赖于土壤中的氮元素。氮元素被根系吸收后，需要经历一套复杂的“生产流程”：先转化为基础氨基酸“谷氨酸”，再进一步合成其他各类氨基酸，最终组装成蛋白质。

这条生产线上，有两个关键“角色”。

2024年，巫永睿团队挖掘到的首个高蛋白基因THP9-T，好比一位“运输队长”，负责将氮元素高效输送到叶片和籽粒中。而此次新发现的THP3-T基因，则相当于一位“加工厂厂长”——它编码一种关键酶，能够极大加速氨基酸的生产速率。

THP3-T与THP9-T联合培育的高蛋白玉米，将杂交种郑单958的籽粒蛋白含量从8.5%提升至12%—13%，全株蛋白含量从7%提升至9%，且产量未受影响

两个基因单独使用时，均能使玉米蛋白含量显著提升；组合在一起，效果远超“1+1”。在一种常用玉米自交系中，原本蛋白含量为10%，两个基因聚合后，直接跃升至15%以上。我国种植面积最大的玉米杂交种“郑单958”，原本籽粒蛋白含量仅8.5%，导入这两个基因后，增至12%—13%。

优良“传统”为何丢失？

研究团队在分析大量玉米品种的基因时，发现了一个耐人寻味的现象：THP3-T在现代玉米中极为罕见——出现频率仅2.1%，也就是说，每100颗玉米里只有两三颗还保留着它。

为什么会这样？巫永睿解释，在长达数千年的玉米驯化和育种过程中，人类主要关注产量：穗子要大、籽粒要多、植株要抗倒伏……没有人特意去“保留”高蛋白基因。久而久之，那些不增产、甚至可能略微影响产量的高蛋白基因，在自然选择和人工筛选下被“淘汰”了。

科研人员将烘干的玉米粒研磨成粉末，用于测定玉米蛋白百分含量 摄影：陶磊

幸运的是，野生玉米中完整保存着这些“优良传统”。研究团队花费多年时间，从野生玉米中重新“请回”这个珍稀基因，再借助现代分子标记辅助育种技术，将其导入现有优良玉米品种中，且不破坏原有高产特性。

据新民晚报了解，目前团队已改良了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稳定超过14%。也就是说，育种专家今后可以直接用这些“高蛋白父母本”配制种子，种出的玉米天生就是高蛋白品种。

科研人员正在进行玉米高蛋白基因的遗传鉴定 摄影：陶磊

减少千万吨大豆进口，农民增收有路

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升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——约占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制饲料，可以少添加50%甚至100%的进口豆粕。当前豆粕价格不低，少加一半，一头猪从断奶到出栏能节省几十元饲料成本。养鸡场、养牛场同样受益。而且科学家已验证，这种高蛋白玉米的氨基酸全面增加，动物消化吸收效果良好，肉、蛋、奶的品质反而更优。

“我们计划五年内克隆野生玉米所有高蛋白主效基因，并改良‘郑单958’。”巫永睿表示，团队要让这项成果真正从论文走向农田。这种“产学研用”一体化的研究模式，为实现培育全株高蛋白玉米、推动豆粕减量替代的“全产业链”建设，奠定了坚实基础。

科研人员正在给玉米授粉 摄影：陶磊

值得一提的是，此次研究同样展现了分子植物卓越中心的协作“基因”——张余研究员团队为野生玉米酶活性的鉴定作出了重要贡献。

栏目编辑：马丹

来源：互联网