11月16日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心召開“野生玉米高蛋白優(yōu)異基因資源挖掘與利用新突破”新聞發(fā)布會,，該中心巫永睿研究團(tuán)隊(duì)與上海師范大學(xué)王文琴研究團(tuán)隊(duì)合作，成功從野生玉米中克隆出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Teo?sinteHighProtein9（THP9）,，該基因可提高玉米中氮的同化效率,，使蛋白質(zhì)含量大大提高,，將該基因?qū)胗衩鬃越幌礏73后，種子蛋白質(zhì)含量增加約35％,，根中氮含量增加約54％,。科研人員從2012年開始進(jìn)行玉米高蛋白供體材料的尋找,、蛋白含量測定,、遺傳分析以及群體構(gòu)建，歷經(jīng)10年終于取得突破,，研究論文于17日在《自然》雜志上發(fā)表,。業(yè)界專家高度評價，這項(xiàng)工作展示了將野生祖先的遺傳變異引入優(yōu)質(zhì)作物的巨大潛力,，有助于促進(jìn)更可持續(xù)的農(nóng)業(yè)和保障未來的糧食安全,。

據(jù)介紹，玉米的祖先是南美洲墨西哥南部巴爾薩斯河流域的野生玉米大芻草,，9000年前開始被人類馴化,。研究顯示，野生玉米在沒有施加氮肥條件下種子蛋白含量高達(dá)30％,，而普通玉米自交系蛋白含量約為10％,，這表明野生玉米含有控制高蛋白含量的關(guān)鍵基因。然而,，不同玉米自交系遺傳變異大于人類與黑猩猩之間的差異,，而9000年前的野生玉米與現(xiàn)代玉米的差異就更大了。長期以來,，野生玉米高蛋白含量的形成機(jī)理一直是懸而未決的世紀(jì)難題,。

為了充分利用野生玉米的基因資源，挖掘控制其高蛋白的優(yōu)良變異基因,，巫永睿研究團(tuán)隊(duì)首先破解了高度復(fù)雜的野生玉米基因組,。他們通過三代測序技術(shù)和三維基因組相結(jié)合的策略，摸索并成功拼裝出既雜合又復(fù)雜的野生玉米單倍體基因組,，用于野生玉米高蛋白基因的定位和克隆,。研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過艱苦攻關(guān)，連續(xù)創(chuàng)制了超過10代的遺傳材料,，終于構(gòu)建了野生玉米和普通玉米自交系B73的高世代近等基因系群體,。在這一過程中，研究團(tuán)隊(duì)提取了超過4萬個樣本的DNA,，測定了超過2萬個樣本的蛋白含量,，進(jìn)行3次大規(guī)模高蛋白遺傳種群的測序以及精細(xì)的圖位克隆，終于從野生玉米中克隆到首個控制玉米高蛋白的主效基因THP9,。該基因編碼天冬酰胺合成酶4,，天冬酰胺合成酶4負(fù)責(zé)合成天冬酰胺,，而植物中天冬酰胺的水平與其種子蛋白質(zhì)含量密切相關(guān)。

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),，結(jié)果顯示,，將Thp9-T（野生玉米上的THP9基因）導(dǎo)入現(xiàn)代玉米品種，可在不影響粒重的情況下增加種子蛋白質(zhì)含量,。用Thp9-T雜交改良我國推廣面積最大的品種“鄭單958”,，其親本自交系（“鄭58”和“昌7-2”）籽粒蛋白含量達(dá)到14％以上，雜交品種達(dá)到10％以上,，產(chǎn)量沒有降低,，并且能夠在低氮條件下，有效保持玉米的生物量以及植株和籽粒氮含量水平,。將該基因?qū)胗衩鬃越幌礏73后,，種子蛋白質(zhì)含量增加約35％，根中氮含量增加約54％,，莖中氮含量增加約94％,，葉片中氮含量增加約18％，植株整體重量（生物量）也大大增加,。

我國玉米年產(chǎn)量達(dá)2.7億噸,，其中有70％用作飼料。由于玉米籽粒蛋白含量普遍較低,，飼料中需要補(bǔ)充大豆蛋白,。據(jù)測算，普通玉米蛋白含量每提高一個百分點(diǎn),，可以少用近800萬噸大豆,。因此，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,，也是保障我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)和飼料加工業(yè)健康發(fā)展的重要途徑,。巫永睿團(tuán)隊(duì)研究結(jié)果顯示，當(dāng)?shù)蕼p少時,，高蛋白玉米生物量和正常施肥的普通玉米沒有明顯變化,，培育高蛋白玉米，可提高作物氮肥利用效率,，在低氮條件下促進(jìn)玉米高產(chǎn),、穩(wěn)產(chǎn)，對減少化肥施用,、降低種植成本,，從而減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。

該研究得到中國科學(xué)院先導(dǎo)B項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金,、中國博士后科學(xué)基金、上?！俺壊┦亢蟆奔钣媱澋馁Y助,。

（轉(zhuǎn)載自：中國農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)）