这是一道长期以来悬而未决的世纪难题。乍一听,是一个玉米的故事。但其实,它事关大豆和粮食安全。
玉米被誉为“饲料之王”。我国的玉米年产量达2.7亿吨,其中70%的玉米被用作奶牛、生猪等畜禽的饲料,占了我国饲料市场的一半份额。然而,玉米蛋白含量较低,不到8%,因此饲料中需要补充大豆蛋白。2021年我国大豆进口超过1亿吨,对外依存度超过85%。如果普通玉米蛋白含量每提高一个百分点,相当于每年可减少进口近800万吨大豆。
经过10年不懈的努力,中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿研究团队与上海师范大学王文琴研究团队合作,从野生玉米“大刍草”中,成功找回玉米人工驯化过程中丢失的、一个控制高蛋白含量的优良基因THP9,克隆出来并正在申请专利。相关研究成果于北京时间11月17日在国际权威学术期刊《自然》发表。
丢失的“密码”基因
“玉米的祖先”——野生玉米,名叫“大刍草”,起源于墨西哥南部的巴尔萨斯河流域,它像杂草一样生长,种子外面包裹着坚硬的壳,无法直接食用。人类祖先早在9000年以前就开始驯化玉米,逐步把杂草一样的野生玉米改造成了现代玉米,成为世界上最高产的农作物之一。
有意思的是,野生玉米蛋白含量高达30%,是现代玉米的3倍多。这意味着野生玉米含有控制高蛋白的优良基因。然而,这些丢失的高蛋白“密码”基因,科学家多年来一直都没找到。
“了不起的工作”
研究团队经过艰苦攻关,破解了高度复杂的野生玉米基因组。通过在上海、海南、哈尔滨三地进行种植实验,构建了十代遗传群体;提取了超过4万个样本的DNA进行基因型鉴定,测定了超过2万个样本的蛋白含量进行表型分析,进行了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,从野生玉米中找到并克隆出首个控制玉米高蛋白含量的优良基因THP9,并经过深入分析揭示了其机理。
研究团队还在三亚开展了大规模田间试验,将野生玉米高蛋白基因THP9杂交导入我国推广面积最大的玉米品种中,结果显示杂交种籽粒的蛋白含量提高了12.7%。
“了不起的工作”“令人印象深刻的工作”……多位专家不吝称赞之词,认为这项工作展示了利用作物的野生亲缘,来实现可持续农业的巨大潜力。 (新华、上观)