離“蛋白自由”的夢想又近一步，中國科學家成功從野生玉米中找回“丟失”的基因 _玉米

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文/奇來寒
2022年第三季度，受原料進口豆粕價格上漲影響，我國飼料價格不斷攀升，創(chuàng)近12年歷史新高。飼料中蛋白主要由豆粕提供，但中國大豆對進口依存度高，容易形成畜禽養(yǎng)殖業(yè)的“卡脖子”問題。因此，尋找能夠替代豆粕的蛋白來源，對中國飼料加工業(yè)和畜禽養(yǎng)殖業(yè)來說意義重大。
經(jīng)十年不懈努力，中國科研人員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。這不僅有利于現(xiàn)代栽培玉米提高籽粒蛋白含量，還可能指導未來減少化肥施用和保護生態(tài)環(huán)境。
近日，國際科學頂級期刊《自然》發(fā)表了這一成果。據(jù)悉，該研究由中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心巫永睿研究團隊與上海師范大學王文琴研究團隊合作完成。
找回“丟失”的高蛋白優(yōu)質(zhì)基因
玉米的“祖先”起源于南美洲，又叫“大芻草”，經(jīng)過9000多年人工馴化，成功被改造成世界上產(chǎn)量最高的農(nóng)作物之一——現(xiàn)代玉米。據(jù)洞見研報發(fā)布的《2022年全球玉米產(chǎn)業(yè)分析》報告顯示， 2021年，玉米全球年產(chǎn)量超過12億噸、中國年產(chǎn)量超2.7億噸，超過小麥成為最重要的谷物。與此同時，玉米作為高產(chǎn)農(nóng)作物之一，也是最重要的飼料谷物，其中超過70%被用作飼料。

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2021/22全球糧食產(chǎn)量，圖片：洞見研報
眾所周知，玉米和豆粕同為飼料原料。由于我國普通玉米籽粒蛋白含量較低，不到8%，因此通過豆粕來補充原料中蛋白含量是我國目前所使用的方法。
然而，我國豆粕卻嚴重依賴進口，國內(nèi)需求的很大一部分仍由進口來滿足。主要外國供應(yīng)商是巴西、美國、阿根廷和俄羅斯。”根據(jù)《2022年全球玉米產(chǎn)業(yè)分析》報告顯示，中國在2021銷售年度從美國購買了約8.45億蒲式耳玉米。

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2021年美國玉米的主要買家，圖片：洞見研報
面對我國大豆對外依賴度較高的情況，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心研究員巫永睿表示“如果把大豆導入到栽培玉米里面，整個蛋白含量就從8%提高到14% 。玉米的蛋白含量每提高一個百分點，每年就可以少進口700多萬噸大豆。”
找回丟失的優(yōu)質(zhì)高蛋白基因，提高玉米蛋白含量不僅是保障國家糧食安全的重大戰(zhàn)略需求，也是為我國飼料加工業(yè)和畜禽養(yǎng)殖業(yè)謀求健康發(fā)展的一條重要途徑。
然而，野生玉米高蛋白優(yōu)質(zhì)基因形成的機理是讓科學家們頭疼的世紀難題，一直沒找到控制玉米總蛋白含量和氮素高效利用的關(guān)鍵基因。
離“蛋白自由”又近一步
為了幫玉米找回“高蛋白” ，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心和上海師范大學王文琴研究團隊首先采用三代測序技術(shù)和三維基因組相結(jié)合的策略，提取超過4萬個樣本的DNA進行基因型鑒定，測定了超過2萬個樣本的蛋白含量進行表型分析，破解了高度復雜的野生玉米基因組，經(jīng)過長達10年的不懈努力，成功從野生玉米“大芻草”中找回馴化過程中丟失的、用于控制高蛋白含量的優(yōu)良基因THP9 。17日，相關(guān)研究論文被發(fā)表在國際權(quán)威學術(shù)期刊《自然》雜志。