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图为野生玉米种子和现代玉米种子。 新华社记者张建松摄
【科技前沿】
本报上海11月17日电(记者颜维琦)经过10年的努力，我国科研人员从野生玉米中克隆到了控制玉米高蛋白品质形成和氮素高效利用的关键变异基因——。 北京时间2022年11月17日，由中科院分子植物科学卓越创新中心巫永睿研究小组与上海师范大学王文琴研究小组合作完成的这一成果发表在《自然》(nature )上
玉米的祖先产于南美洲墨西哥南部的巴尔萨斯河流域，称为大刍草，长得像杂草一样，种子外裹着硬壶，不能直接食用。 人类祖先早在9000年前就开始驯养玉米，如今玉米已成为世界上产量最多的农作物之一，是最常用、用量最大的饲料。 但由于普通玉米籽粒蛋白质含量低，大部分杂交种籽粒蛋白质含量不足8%，饲料中需要补充大豆蛋白，大豆严重依赖进口，成为我国畜禽养殖业的“掐脖”问题。 “普通玉米蛋白质含量每提高一个百分点，相当于中国可以进口近800万吨大豆！ 因此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需要也是保障我国畜禽养殖业和饲料加工业健康发展的重要途径之一巫永睿说，野生玉米高蛋白形成的机制长期以来一直没有得到解决，科学家一直在寻找控制玉米总蛋白质含量和氮高效利用的关键基因。 2012年，团队开始了玉米高蛋白供体材料的探索、蛋白含量测定、遗传分析及群体构建。
实验表明，普通玉米自交系蛋白质含量约为10%，而“玉米祖先”野生玉米在不施氮肥条件下种子蛋白质含量高达30%，是野生玉米调控高蛋白含量的重要遗传这些基因是什么，在野生和现代玉米中发生了什么变化？ 挖掘是为了提高现代玉米的蛋白质含量吗？ 研究小组首先通过三代测序技术和三维基因组相结合的策略，解读出高度复杂的野生玉米基因组。 在此过程中，提取了4万多个样品的DNA进行基因型鉴定，测定了2万多个样品的蛋白质含量并进行了表位分析，最终从野生玉米克隆到了调控玉米高蛋白含量的第一个主效基因THP9。
下一步，研究小组在三亚南繁基地进行大规模田间试验，将野生玉米高蛋白基因Thp9-T杂交转入我国推广面积最大的玉米生产栽培品种郑单958，可显著提高杂交种籽粒蛋白质含量，对培育高蛋白玉米具有重要意义同时，通过减少氮肥施用条件，可以有效维持玉米生物量和植株及籽粒中氮含量水平，这对在低氮条件下促进玉米高产、稳产具有重要意义。
“这项了不起的工作，通过分子生物学、生物化学、比较基因组学、定量遗传学和育种等实验，阐明了玉米蛋白质含量和游离氨基酸积累的遗传学，显示出利用作物野生亲缘实现可持续农业的巨大潜力。 ’业内专家期待着这一成果。
巫永睿分析，由于过度使用化肥，野生玉米优良基因Thp9-T在长期育种过程中没有受到选择压力。 该研究成功克隆了野生玉米变异基因Thp9-T，不仅有助于提高现代栽培玉米籽粒蛋白质含量的遗传改良，而且对未来化肥施用削减和生态环境保护具有重要指导意义，对新形势下国家粮食安全战略的构建与实施、国家粮食安全和重要农产品
来源：光明日报
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