文/奇冷

2022年第三季度，由于进口豆粕价格上涨，我国饲料价格持续上涨，达到近12年的历史新高。饲料中的蛋白质主要由豆粕提供，但中国大豆高度依赖进口，容易造成畜禽养殖“卡脖子”问题。因此，寻找一种可以替代豆粕的蛋白源对我国饲料加工业和畜禽养殖业具有重要意义。

经过十年的不懈努力，中国的研究人员已经从野生玉米中克隆了关键的突变基因，以控制高蛋白质量的形成和氮的有效利用。这不仅有利于提高现代栽培玉米的籽粒蛋白质含量，而且对今后减少化肥施用和保护生态环境具有指导意义。

近日，国际顶级科学期刊《自然》发表了这一成果。据悉，该研究由中国科学院分子植物科学卓越中心吴永瑞研究团队和上海师范大学王雯琴研究团队共同完成。

找回“丢失”的高蛋白优质基因

玉米的“祖先”起源于南美洲，又称“大草”。经过9000多年的人工驯化，成功转化为世界上产量最高的作物之一————现代玉米。根据Insight Research Report发布的《2022年全球玉米产业分析》报告，2021年，全球玉米年产量将超过12亿吨，中国将超过2.7亿吨，超过小麦成为最重要的粮食。同时，玉米作为高产作物之一，也是最重要的饲料粮，其中70%以上用作饲料。

2021/22全球粮食产量，图片：Insight研究报告

众所周知，玉米和豆粕都是饲料原料。因为我国普通玉米蛋白质含量较低，不到8%，所以用豆粕补充原料蛋白质含量是我国常用的方法。

但中国豆粕严重依赖进口，国内需求很大一部分仍靠进口满足。主要的外国供应商是巴西、美国、阿根廷和俄罗斯。据《2022年全球玉米产业分析》报道，中国在2021销售年度从美国购买了约8.45亿蒲式耳玉米。

2021年美国玉米的主要买家，图片：Insight研究报告。

面对我国大豆高度的对外依存度，中科院分子植物科学卓越与创新中心研究员吴永瑞说，“如果将大豆引入栽培玉米，整个蛋白质含量将从8%提高到14%。玉米蛋白质含量每提高一个百分点，每年可以少进口700多万吨大豆。”

恢复丢失的优质高蛋白基因，提高玉米蛋白质含量，不仅是保障国家粮食安全的重要战略要求，也是我国饲料加工业和畜禽养殖业健康发展的重要途径。

然而，野生玉米高蛋白和优质基因的形成机制是科学家们长达一个世纪的头痛问题，控制玉米总蛋白含量和氮高效利用的关键基因尚未找到。

离“蛋白自由”又近一步

为了帮助玉米恢复“高蛋白”，中科院分子植物科学卓越创新中心和上海师范大学王雯琴研究团队首次采用三代测序技术与三维基因组相结合的策略，从4万多个样本中提取DNA进行基因分型，测定2万多个样本的蛋白质含量进行表型分析，破解了高度复杂的野生玉米基因组。经过10年的不懈努力，它成功地从野生玉米“大草”中恢复了驯化过程中损失的高蛋白含量，用于控制高蛋白含量。17日，相关研究论文发表在国际权威学术期刊《自然》上。

当然，这远远不足以实现“蛋白质自由”。为了表明高蛋白质含量的主效基因THP9在培育“蛋白玉米”方面具有重要的应用潜力，课题组在三亚南繁基地进行了大规模的田间试验。同时，为促进玉米在低氮条件下高产稳产，做了大量试验。

最后，吴永瑞表示，该研究不仅成功克隆了野生玉米突变基因Thp9-T，有利于现代培育籽粒蛋白质含量高的玉米，而且对未来减少化肥施用、保护生态环境具有重要指导意义，为新形势下构建和实施国家粮食安全战略、保障国家粮食安全和重要农产品有效供给、促进农业可持续发展提供了新的解决方案。