原標(biāo)題：找回“丟失的”玉米高蛋白基因

來源：科技日?qǐng)?bào)

原標(biāo)題：找回“丟失的”玉米高蛋白基因

來源：科技日?qǐng)?bào)

◎本報(bào)記者 王延斌

日前，齊魯師范學(xué)院教授路小鐸團(tuán)隊(duì)的“高蛋白玉米種質(zhì)創(chuàng)制與新品種選育”項(xiàng)目獲批山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目。

玉米是一種以淀粉為主要成分的作物，其蛋白含量相對(duì)較低。路小鐸團(tuán)隊(duì)為何要讓玉米獲得高蛋白？他們又是如何創(chuàng)制高蛋白玉米種質(zhì)，培育高蛋白玉米品種的？帶著這些問題，記者走進(jìn)路小鐸團(tuán)隊(duì)工作的山東省作物營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化分子育種工程技術(shù)研究中心實(shí)驗(yàn)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(dān)起高蛋白基因克隆、優(yōu)異基因挖掘、分子標(biāo)記開發(fā)、含有目標(biāo)高蛋白位點(diǎn)的原始種質(zhì)資源創(chuàng)制等任務(wù)。

數(shù)據(jù)顯示，玉米是我國(guó)第一大作物，占糧食總產(chǎn)量的近40%。其中，60%以上的玉米被用于生產(chǎn)飼料。可以說，玉米是名副其實(shí)的“飼料之王”。

不過，路小鐸發(fā)現(xiàn)，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(chǎn)畜禽飼料時(shí)，大豆蛋白必不可少。

而大豆嚴(yán)重依賴進(jìn)口，限制了我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。“普通玉米蛋白含量每提高一個(gè)百分點(diǎn)，相當(dāng)于中國(guó)可以少進(jìn)口近800萬噸大豆。”路小鐸說，這意味著發(fā)展高蛋白玉米，可大幅減少我國(guó)對(duì)大豆進(jìn)口依賴。

在采訪時(shí)，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(xì)，玉米粒形似熏黑的瓜子。路小鐸解釋說，人類在對(duì)玉米的馴化過程中，過分追求產(chǎn)量，導(dǎo)致其蛋白基因逐漸丟失，使得當(dāng)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(tuán)隊(duì)在10年前便開始進(jìn)行玉米高蛋白供體材料的篩選、蛋白含量測(cè)定、遺傳分析以及群體構(gòu)建。研究團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，野生玉米種子蛋白含量都高達(dá)30%，是現(xiàn)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(guān)鍵基因。

2022年，路小鐸的研究團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員巫永睿團(tuán)隊(duì)從野生玉米中克隆出玉米人工馴化過程中丟失的一個(gè)控制高蛋白含量的優(yōu)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(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)基礎(chǔ)研究，路小鐸團(tuán)隊(duì)承擔(dān)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(jì)南基地、北京基地……

團(tuán)隊(duì)在南北基地頻繁穿梭，馬不停蹄地進(jìn)行大規(guī)模田間試驗(yàn)，將THP9基因重新導(dǎo)入我國(guó)推廣面積最大的玉米栽培品種——“鄭單958”中。大田試驗(yàn)給出了喜人的結(jié)果：不僅“鄭單958”的籽粒蛋白含量達(dá)到12%以上，而且在不影響產(chǎn)量的前提下節(jié)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(tuán)隊(duì)和合作伙伴成功培育出“卓越一號(hào)”。它是第一個(gè)蛋白含量達(dá)到14％，且產(chǎn)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(biāo)已經(jīng)突破，但在路小鐸心目中，他們還有更高的目標(biāo)：將玉米的蛋白含量提升18%，甚至22%。

談及團(tuán)隊(duì)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。”

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