玉米的“高蛋白秘籍”，上海科学家找到了！两位“老祖宗”基因联手，营养翻倍

有没有一项工作，既是“劳动密集型”，又是“技术密集型”？还真有。上海科研团队的最新成果，就同时集结了“面朝黄土背朝天”的田间辛劳，和“实验室精密操作”的科研硬功。

玉米是我国极为重要的粮食作物，更是猪、鸡、牛等畜禽的“当家口粮”。但很多人不一定清楚：我们日常种植的玉米，蛋白含量只有8%左右。动物光吃这些还不够，得额外添加大量从国外进口的豆粕来“补蛋白”。2025年，我国进口大豆超过1亿吨，其中很大一部分都进了饲料槽。

这个问题怎么解？科学家将目光投向了玉米的“老祖宗”——野生玉米。

野生玉米的蛋白含量高达30%，然而在长达9000多年的驯化过程中，人们只顾着让玉米多结籽、长得壮，那些控制高蛋白的“好基因”，却在不知不觉中一点点丢失了。好消息是，中国科学院分子植物科学卓越创新中心的巫永睿、王海海团队，联合上海师范大学和四川农业大学的科研人员，成功从野生玉米里“找”回了第二个高蛋白基因。加上2024年找到的第一个，两个基因联手，就能让普通玉米的蛋白含量大幅提升，而且产量一点都不降。

科研人员在松江作物栽培基地内的玉米田交流 摄影：陶磊

这项研究成果，于北京时间3日23时，在线发表于国际顶级学术期刊《自然》（Nature）。

“运输队长”联合“加工厂厂长”

玉米的蛋白质，主要来源于土壤中的氮元素。氮元素被根系吸收后，要经过一套复杂的“生产线”：先转化为一种叫“谷氨酸”的基础氨基酸，再进一步合成其他各种氨基酸，最后组装成蛋白质。

这套生产线里，有两个关键的“岗位”。

2024年，巫永睿团队挖掘到的首个高蛋白基因THP9-T，好比一个“运输队长”，负责把氮元素高效搬运到叶片和籽粒里。而这次新发现的THP3-T基因，则像是一位“加工厂厂长”——它编码一种关键酶，能极大加快氨基酸的生产速度。

THP3-T和THP9-T培育高蛋白玉米，将杂交种郑单958的籽粒蛋白含量从8.5%提升到12—13%，全株蛋白含量从7%提升到9%，且不影响产量

两个基因单独使用时，都能让玉米蛋白含量提升一截；合在一起，效果远超“1+1”。在一种常用的玉米自交系中，原本蛋白含量只有10%，两个基因一聚合，直接升到了15%以上。我国推广面积最大的玉米杂交种“郑单958”，原本籽粒蛋白含量只有8.5%，导入这两个基因后，涨至12%—13%。

好“传统”怎么就丢了？

研究团队在分析大量玉米品种的基因时，发现了一个有意思的事实：THP3-T在现代玉米里极为稀有——出现频率只有2.1%，也就是说，100颗玉米里只有两三颗还保留着它。

怎么会这样？巫永睿解释，在长达几千年的玉米驯化和育种过程中，人们主要盯着产量：穗子要大、籽粒要多、植株要抗倒伏……谁也没想到要去专门“保留”高蛋白的基因。久而久之，那些不增产、甚至可能稍微影响产量的高蛋白基因，就在不知不觉中被“淘汰”了。

科研人员把烘干的玉米粒磨成粉末，用于测量玉米的蛋白百分含量 摄影：陶磊

好在野生玉米里还完整地保存着这些“好传统”。研究团队花了多年工夫，从野生玉米里把这个珍稀的基因重新“请”回来，再借助现代的分子标记辅助育种技术，将其导入到现有优良玉米品种中，且不影响原有的高产特性。

据新民晚报了解，目前团队已改良了80多个国内主栽玉米品种的亲本材料，改良后的亲本蛋白含量能稳定超过14%。也就是说，育种专家以后可以直接用这些“高蛋白父母本”去配种子，种出来的玉米天生就是高蛋白的。

科研人员在进行玉米高蛋白基因的遗传鉴定 摄影：陶磊

少进口千万吨大豆，农民还能多挣钱

先算一笔“大账”：我国每年生产约3亿吨玉米，如果全国饲用玉米的蛋白含量普遍提高4个百分点，那么增加的蛋白质总量，相当于3000多万吨进口大豆——差不多是去年我国大豆进口总量的三成。

再算一笔“小账”：用这种高蛋白玉米配饲料，可以少加50%甚至100%的进口豆粕。豆粕现在不便宜，少加一半，一头猪从断奶到出栏能省下好几十块钱饲料费。养鸡场、养牛场同样受益。而且科学家已经验证过，这种高蛋白玉米的氨基酸全面增加，动物吃了消化吸收一点不差，肉、蛋、奶的品质反而更好。

“我们计划五年内克隆野生玉米所有高蛋白主效基因，并改良‘郑单958’。”巫永睿说，团队要让这项成果真正从论文里走出来，走进农田。这种“产学研用”一体化的研究范式，为实现培育全株高蛋白玉米、进行豆粕减量替代的“全产业链”构建，奠定了坚实基础。

科研人员在给玉米授粉 摄影：陶磊

值得一提的是，此次研究同样展现了分子植物卓越中心的协作“基因”——张余研究员团队为野生玉米酶活性的鉴定作出了重要贡献。

栏目编辑：马丹