找回“丟失的”玉米高蛋白基因

　　日前，齊魯師范學院教授路小鐸團隊的“高蛋白玉米種質創制與新品種選育”項目獲批山東省重點研發計劃項目。

　　玉米是一種以淀粉為主要成分的作物，其蛋白含量相對較低。路小鐸團隊為何要讓玉米獲得高蛋白？他們又是如何創制高蛋白玉米種質，培育高蛋白玉米品種的？帶著這些問題，記者走進路小鐸團隊工作的山東省作物營養強化分子育種工程技術研究中心實驗室一探究竟。

　　在這里，玉米粒是主角。3位博士和8位碩士承擔起高蛋白基因克隆、優異基因挖掘、分子標記開發、含有目標高蛋白位點的原始種質資源創制等任務。

　　數據顯示，玉米是我國第一大作物，占糧食總產量的近40%。其中，60%以上的玉米被用于生產飼料。可以說，玉米是名副其實的“飼料之王”。

　　不過，路小鐸發現，普通玉米籽粒蛋白含量較低，大部分玉米雜交種蛋白含量不到8%。因此，在生產畜禽飼料時，大豆蛋白必不可少。

　　而大豆嚴重依賴進口，限制了我國畜禽養殖業的發展。“普通玉米蛋白含量每提高一個百分點，相當于中國可以少進口近800萬噸大豆。”路小鐸說，這意味著發展高蛋白玉米，可大幅減少我國對大豆進口依賴。

　　在采訪時，路小鐸向記者展示了一幅圖片。圖片的左半部分是野生玉米，這種玉米棒子小而細，玉米粒形似熏黑的瓜子。路小鐸解釋說，人類在對玉米的馴化過程中，過分追求產量，導致其蛋白基因逐漸丟失，使得當前玉米蛋白平均含量降至8％。

　　為了提升玉米的蛋白含量，路小鐸研究團隊在10年前便開始進行玉米高蛋白供體材料的篩選、蛋白含量測定、遺傳分析以及群體構建。研究團隊通過實驗發現，野生玉米種子蛋白含量都高達30%，是現代普通栽培玉米的3倍，這表明野生玉米含有控制高蛋白含量的關鍵基因。

　　2022年，路小鐸的研究團隊與中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員巫永睿團隊從野生玉米中克隆出玉米人工馴化過程中丟失的一個控制高蛋白含量的優良基因THP9。這一成果使得玉米的蛋白含量從原來的7%—8.5%提升至14%。

　　在提升玉米蛋白含量的研究中，巫永睿團隊負責基礎研究，路小鐸團隊承擔著育種重任。這讓他們多年如一日地奔波在三亞南繁基地、濟南基地、北京基地……

　　團隊在南北基地頻繁穿梭，馬不停蹄地進行大規模田間試驗，將THP9基因重新導入我國推廣面積最大的玉米栽培品種——“鄭單958”中。大田試驗給出了喜人的結果：不僅“鄭單958”的籽粒蛋白含量達到12%以上，而且在不影響產量的前提下節約10%的氮肥，這是THP9帶來的意外之喜。

　　找回“丟失的”玉米高蛋白基因后，路小鐸團隊和合作伙伴成功培育出“卓越一號”。它是第一個蛋白含量達到14％，且產量抗性未受影響的玉米品種。

　　如今，玉米籽粒蛋白含量14%的目標已經突破，但在路小鐸心目中，他們還有更高的目標：將玉米的蛋白含量提升18%，甚至22%。

　　談及團隊下一步的研究，路小鐸透露：“未來，我們將通過提高玉米籽粒及全株蛋白含量來緩解蛋白飼料缺乏問題。”