找回“丢失的”玉米高蛋白基因

日前，丢失的齐鲁师范学院教授路小铎团队的玉米因“高蛋白玉米种质创制与新品种选育”项目获批山东省重点研发计划项目。

玉米是高蛋一种以淀粉为主要成分的作物，其蛋白含量相对较低。白基路小铎团队为何要让玉米获得高蛋白？他们又是丢失的如何创制高蛋白玉米种质，培育高蛋白玉米品种的玉米因？带着这些问题，记者走进路小铎团队工作的高蛋山东省作物营养强化分子育种工程技术研究中心实验室一探究竟。

在这里，白基玉米粒是丢失的主角。3位博士和8位硕士承担起高蛋白基因克隆、玉米因优异基因挖掘、高蛋分子标记开发、白基含有目标高蛋白位点的丢失的原始种质资源创制等任务。

数据显示，玉米因玉米是高蛋我国第一大作物，占粮食总产量的近40%。其中，60%以上的玉米被用于生产饲料。可以说，玉米是名副其实的“饲料之王”。

不过，路小铎发现，普通玉米籽粒蛋白含量较低，大部分玉米杂交种蛋白含量不到8%。因此，在生产畜禽饲料时，大豆蛋白必不可少。

而大豆严重依赖进口，限制了我国畜禽养殖业的发展。“普通玉米蛋白含量每提高一个百分点，相当于中国可以少进口近800万吨大豆。”路小铎说，这意味着发展高蛋白玉米，可大幅减少我国对大豆进口依赖。

在采访时，路小铎向记者展示了一幅图片。图片的左半部分是野生玉米，这种玉米棒子小而细，玉米粒形似熏黑的瓜子。路小铎解释说，人类在对玉米的驯化过程中，过分追求产量，导致其蛋白基因逐渐丢失，使得当前玉米蛋白平均含量降至8％。

为了提升玉米的蛋白含量，路小铎研究团队在10年前便开始进行玉米高蛋白供体材料的筛选、蛋白含量测定、遗传分析以及群体构建。研究团队通过实验发现，野生玉米种子蛋白含量都高达30%，是现代普通栽培玉米的3倍，这表明野生玉米含有控制高蛋白含量的关键基因。

2022年，路小铎的研究团队与中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员巫永睿团队从野生玉米中克隆出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。这一成果使得玉米的蛋白含量从原来的7%—8.5%提升至14%。

在提升玉米蛋白含量的研究中，巫永睿团队负责基础研究，路小铎团队承担着育种重任。这让他们多年如一日地奔波在三亚南繁基地、济南基地、北京基地……

团队在南北基地频繁穿梭，马不停蹄地进行大规模田间试验，将THP9基因重新导入我国推广面积最大的玉米栽培品种——“郑单958”中。大田试验给出了喜人的结果：不仅“郑单958”的籽粒蛋白含量达到12%以上，而且在不影响产量的前提下节约10%的氮肥，这是THP9带来的意外之喜。

找回“丢失的”玉米高蛋白基因后，路小铎团队和合作伙伴成功培育出“卓越一号”。它是第一个蛋白含量达到14％，且产量抗性未受影响的玉米品种。

如今，玉米籽粒蛋白含量14%的目标已经突破，但在路小铎心目中，他们还有更高的目标：将玉米的蛋白含量提升18%，甚至22%。

谈及团队下一步的研究，路小铎透露：“未来，我们将通过提高玉米籽粒及全株蛋白含量来缓解蛋白饲料缺乏问题。”