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　　本報上海11月17日電（記者顏維琦）經過10年努力，我國科研人員從(cong) 野生玉米中克隆了控製玉米高蛋白品質形成和氮素高效利用的關(guan) 鍵變異基因——北京時間2022年11月17日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心巫永睿研究團隊與(yu) 上海師範大學王文琴研究團隊合作完成的這一成果在《自然》（Nature）上發表。

　　玉米的祖先起源於(yu) 南美洲墨西哥南部的巴爾薩斯河流域，叫作大芻草，它像雜草一樣生長，種子外麵包裹著堅硬的殼，無法直接食用。人類祖先早在9000年以前就開始馴化玉米，如今，玉米已成為(wei) 世界上最高產(chan) 的農(nong) 作物之一，並且是最常用且用量最大的一種飼料。然而，由於(yu) 普通玉米籽粒蛋白含量較低，大部分雜交種籽粒蛋白含量不到8%，飼料中需要補充大豆蛋白，而大豆嚴(yan) 重依賴進口，成為(wei) 我國畜禽養(yang) 殖業(ye) 的“卡脖子”問題。“普通玉米蛋白含量每提高一個(ge) 百分點，相當於(yu) 中國可以少進口近800萬(wan) 噸大豆！因此，提高玉米蛋白含量不僅(jin) 是保障國家糧食安全的重大戰略需求，也是保障我國畜禽養(yang) 殖業(ye) 和飼料加工業(ye) 健康發展的重要途徑之一。”巫永睿介紹，野生玉米高蛋白形成的機理長期以來懸而未決(jue) ，科學家們(men) 一直在尋找控製玉米總蛋白含量和氮素高效利用的關(guan) 鍵基因。2012年，團隊開始了對玉米高蛋白供體(ti) 材料的尋找、蛋白含量測定、遺傳(chuan) 分析以及群體(ti) 構建。

　　實驗發現，普通玉米自交係蛋白含量約為(wei) 10%，而“玉米祖先”野生玉米在沒有施加氮肥條件下種子蛋白含量高達30%，這表明野生玉米含有控製高蛋白含量的關(guan) 鍵基因。這些基因是什麽(me) ，它們(men) 在野生和現代玉米中到底發生了什麽(me) 改變？它們(men) 能否被挖掘用於(yu) 提高現代玉米的蛋白含量？研究團隊首先通過三代測序技術和三維基因組相結合的策略，破解了高度複雜的野生玉米基因組。在這個(ge) 過程中，提取超過4萬(wan) 個(ge) 樣本的DNA進行基因型鑒定，測定了超過2萬(wan) 個(ge) 樣本的蛋白含量進行表型分析，最終從(cong) 野生玉米中克隆到首個(ge) 控製玉米高蛋白含量的主效基因THP9。

　　接下來，研究團隊在三亞(ya) 南繁基地進行了大規模田間試驗，將野生玉米高蛋白基因Thp9-T雜交導入我國推廣麵積最大的玉米生產(chan) 栽培品種鄭單958中，可以顯著提高雜交種籽粒蛋白含量，表明該基因在培育高蛋白玉米中具有重要的應用潛能。同時，在減少氮肥施用條件下，可以有效保持玉米的生物量以及植株和籽粒中氮含量水平，這對於(yu) 在低氮條件下促進玉米高產(chan) 、穩產(chan) 具有重要意義(yi) 。

　　“這項了不起的工作通過分子生物學、生物化學、比較基因組學、定量遺傳(chuan) 學和育種等實驗，解開了玉米蛋白質含量和遊離氨基酸積累的遺傳(chuan) 學，展示了利用作物的野生親(qin) 緣來實現可持續農(nong) 業(ye) 的巨大潛力。”業(ye) 內(nei) 專(zhuan) 家對這一成果充滿期待。

　　巫永睿分析，由於(yu) 化肥的過度使用，野生玉米優(you) 良基因Thp9-T在長期的育種過程中沒有受到選擇壓力。本項研究不僅(jin) 成功克隆了野生玉米變異基因Thp9-T，有利於(yu) 現代栽培玉米提高籽粒蛋白含量的遺傳(chuan) 改良，而且對將來減少化肥施用和保護生態環境具有重要指導意義(yi) ，為(wei) 構建和實施新形勢下的國家糧食安全戰略，確保國家糧食安全和重要農(nong) 產(chan) 品有效供給，促進農(nong) 業(ye) 可持續發展提供新的解決(jue) 方案。