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“高蛋白”玉米要来了

“高蛋白”玉米要来了

  • 发布时间:2022-11-18 15:21
  • 来源:新民晚报
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“高蛋白”玉米要来了

【概要描述】人类祖先9000多年前就开始驯化野生玉米了。

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高蛋白”玉米要来了

    人类祖先9000多年前就开始驯化野生玉米了,从墨西哥南部的巴尔萨斯河流域将它带到世界各地,成为世界上最高产的农作物之一。然而,现代玉米却在追求产量、淀粉含量更高的育种目标中“丢失”了玉米祖先的高蛋白好“品质”。

 

   经过十年的努力,上海夫妻档科学家从野生玉米中克隆了控制玉米高蛋白品质形成和氮素高效利用的关键变异基因。相关研究成果于北京时间今天凌晨在国际顶尖学术期刊《自然》(Nature)上发表。

  提高蛋白含量很重要

  如今用玉米做成的食品多种多样,不过,它还另有大用途,70%的玉米都是用作饲料——谁让人家全球年产12亿吨,而且有效能量多。

  普通玉米籽粒蛋白含量较低,大部分杂交种籽粒蛋白含量不到8%,作为畜禽饲料还需补充大豆蛋白,而大豆严重依赖进口,这成为了我国畜禽养殖业的“卡脖子”问题。

  中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员巫永睿算过一笔账:普通玉米蛋白含量每提高一个百分点,相当于中国可以少进口近800万吨大豆。

  十年前,巫永睿从美国博士后学成归国时,就和妻子王文琴开始布局通过提高玉米自身蛋白含量来缓解蛋白饲料缺乏的现状。两人很清楚,国际上基因资源争夺日趋白热化,要把饭碗牢牢端在自己手上,就得找到新基因!

  4万个样本孕育新发现

  研究团队实验发现,普通玉米自交系蛋白含量约为10%,而玉米的祖先野生玉米在没有施加氮肥条件下种子蛋白含量都高达30%,其含量是现代普通栽培玉米的3倍!

  一系列科学问题随着调查结果被提出:野生玉米控制高蛋白含量的关键基因是什么?它们能否被挖掘用于提高现代玉米的蛋白含量?

  研究团队通过三代测序技术和三维基因组相结合的策略,提取了超过4万个样本的DNA,测定了超过2万个样本的蛋白含量,共展开3次大规模高蛋白遗传群体的测序以及精细的图位克隆,最终从野生玉米中克隆到首个控制玉米高蛋白含量的主效基因THP9。

  这一野生玉米的优良基因被导入“普通玉米”后,神奇的结果出现了——种子蛋白质含量增加约35%,并且植株整体重量也大大增加,“THP9简直是一座高蛋白的‘工厂’!”

  附赠绿色基因“彩蛋”

  THP9可不仅能提高蛋白质含量,它还赠给科学家们一个“彩蛋”!研究发现,它还具有氮高效的特性。换句话说,即使氮肥减少,携带这一基因的玉米和正常施肥的普通玉米产量相当——这可是个降低种植成本、减少环境污染的“绿色基因”!

  研究团队在三亚南繁基地进行了大规模田间试验,将野生玉米高蛋白基因杂交导入我国推广面积最大的玉米生产栽培品种“郑单958”中,大田试验给出了喜人的结果:不仅“郑单958”的籽粒蛋白含量显著提高——自交系达到14%以上,而且在低氮条件下能有效保持玉米的生物量以及植株和籽粒氮含量水平。

  “牛奶玉米”更名副其实

  在巫永睿心里,有个高蛋白玉米基因挖掘和材料创制的“三步走”计划,第一步克隆一个主效高蛋白基因已然完成;下一步是要克隆4个最主效高蛋白基因,使其亲本自交系籽粒蛋白含量达到16%以上;而“终极目标”是克隆自然群体中所有高、低蛋白基因,改良“郑单958”,让蛋白含量突破20%大关!

  现在市场上有所谓的“牛奶玉米”,是因其籽粒如牛奶般白皙,并且入口鲜甜、汁水多能爆浆而得名。巫永睿说,未来当更多高蛋白基因被导入广泛栽培的玉米后,“牛奶玉米”会更名副其实。

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