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中國首次從野生玉米中成功克隆出高蛋白基因，提高了現(xiàn)代玉米蛋白含量

2022.11.20 北京

經(jīng)過10年不懈努力，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心和上海師范大學科研團隊合作，首次從野生玉米中成功克隆出高蛋白基因，并通過雜交實驗，有效提高了現(xiàn)代玉米的蛋白含量，這一成果近日在國際學術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。

“玉米的祖先”藏著“密碼”

“玉米的祖先”——野生玉米，名叫“大芻草”，經(jīng)過9000多年人工馴化，被改造成現(xiàn)代玉米，成為世界上最高產(chǎn)的農(nóng)作物之一。

野生玉米“大芻草”和現(xiàn)代栽培玉米對比。（中科院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心供圖）

科研人員實驗發(fā)現(xiàn)，野生玉米在沒有施加氮肥條件下種子蛋白含量都高達30%，是現(xiàn)代普通栽培玉米的3倍，表明野生玉米含有控制高蛋白含量的關(guān)鍵基因。

從4萬多個樣本DNA中“解碼”

10年中，研究團隊提取了超過4萬個樣本的DNA進行基因型鑒定，測定了超過2萬個樣本的蛋白含量進行表型分析，并分別在回交群體的第4代BC4、第6代BC6及第8代BC8進行了3次大規(guī)模高蛋白遺傳群體的測序以及精細圖位克隆，最終從野生玉米中克隆出首個控制玉米高蛋白含量的主效基因THP9。

16日在中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心拍攝的野生玉米種子和現(xiàn)代玉米種子。

新發(fā)現(xiàn)的基因有多“關(guān)鍵”？

研究團隊在三亞進行了大規(guī)模田間試驗，將野生玉米高蛋白基因雜交導入我國推廣面積最大的玉米生產(chǎn)栽培品種“鄭單958”中，可以顯著提高蛋白含量，表明該基因在培育高蛋白玉米中具有重要的應(yīng)用潛能。

16日在中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心實驗室拍攝的玉米籽粒粉末樣品。

同時，在減少氮肥施用條件下，可以有效保持玉米的生物量以及植株和籽粒中氮含量水平，這對于在低氮條件下促進玉米高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。

為何要提高玉米蛋白含量？

70%的玉米都用作飼料，由于普通玉米籽粒蛋白含量較低，因此飼料中還需要補充大豆蛋白，而大豆嚴重依賴進口，這些成為我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的“卡脖子”問題。普通玉米蛋白含量每提高一個百分點，便相當于每年可以少進口700多萬噸大豆。

“我們在田間試驗中已經(jīng)將玉米蛋白含量從10%提高至14%。后續(xù)我們會將其提高到16%，理想情況下有可能達到20%?！敝袊茖W院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心研究員巫永睿說。如果玉米蛋白含量達到20%，其相對優(yōu)勢會非常突出。

業(yè)內(nèi)專家認為，這項研究成功找到的野生玉米高蛋白基因THP9，有利于現(xiàn)代栽培玉米提高籽粒蛋白含量的遺傳改良，展示了將“野生祖先”的遺傳變異引入優(yōu)質(zhì)作物的潛力，為確保我國糧食安全和重要農(nóng)產(chǎn)品有效供給、促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，提供了新的解決方案。

來源：綜合央視新聞、

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